高壓繞線雙軸伸電機的設(shè)計

孫曉霞

(山東華力電機集團股份有限公司，山東榮成264300)

0 引言

異步電動機繞線式轉(zhuǎn)子為三相繞組形式，電動機起動和運行時，在轉(zhuǎn)子上串入電阻，可以減小起動電流，增加起動轉(zhuǎn)矩，改變電動機轉(zhuǎn)速，因此應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。隨著市場需求的不斷擴大，用戶對電機的使用要求不斷提高，根據(jù)用戶需要將YR710-6 電機設(shè)計為雙軸伸形式，為高壓繞線雙軸伸電機的制造積累了寶貴經(jīng)驗。

1 技術(shù)指標(biāo)

型號YR710-6;功率2 240kW;額定電壓6kV;效率95.6%;功率因數(shù)0.85;最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)1.8;定子溫升≤80K;工作制S1;絕緣等級F 級(溫升按B 級考核);防護(hù)等級IP23;冷卻方式IC01;安裝方式IMB3;電機具有雙軸伸，兩端軸伸尺寸相同。

2 設(shè)計難點

繞線式轉(zhuǎn)子電動機帶有滑環(huán)裝置，滑環(huán)用于將轉(zhuǎn)子的三相電流引入到滑環(huán)接線盒，用戶將電阻的接線接入滑環(huán)接線盒，就可以改變轉(zhuǎn)子電阻的大小。滑環(huán)裝置熱套在電機軸上，為了避免滑環(huán)碳刷與滑環(huán)圈摩擦產(chǎn)生的碳灰影響電機性能，通常將滑環(huán)罩和滑環(huán)裝置安裝在電機的非軸伸端(見圖1)。

圖1 高壓繞線轉(zhuǎn)子電機裝配圖

高壓繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子繞組為雙層波繞組，接法為Y 接，轉(zhuǎn)子線電流大，每相線電流300 ～400A，因此轉(zhuǎn)子線圈為插入式硬繞組線圈，采用5×25 銅排外包粉云母帶絕緣。為了接線方便，轉(zhuǎn)子線圈的上層線圈由軸伸端穿入，下層線圈由滑環(huán)端穿入，嵌好線圈后，轉(zhuǎn)子每個槽中有上下兩層線圈，兩層線圈的裸露部分由拼頭套包住，焊接成一體。軸伸端有三個槽的下層線圈用于封星點，滑環(huán)端有三個槽的上層線圈用于三相出線。三個上層線圈的裸露部分與三個導(dǎo)電排焊接，將轉(zhuǎn)子出線的六根電纜分別與三個導(dǎo)電排連接。轉(zhuǎn)子每相出線為2 根70mm2電纜，為了將轉(zhuǎn)子三相出線電纜接入滑環(huán)裝置，將電機的軸在非軸伸端鉆直徑80 ～110mm 孔，轉(zhuǎn)子三相電纜通過軸上6 個均勻分布的斜孔穿入通孔中，從軸的非軸伸端引出后接入滑環(huán)裝置的三個接線柱。電機軸見圖2，轉(zhuǎn)子見圖3。這種結(jié)構(gòu)決定繞線轉(zhuǎn)子電機只能是單軸伸形式，由軸伸端連接負(fù)載傳動。市場需求繞線電機具有雙軸伸，兩個軸伸都可以輸出轉(zhuǎn)矩，我們對繞線轉(zhuǎn)子電機的轉(zhuǎn)子做了改進(jìn)，以滿足雙軸伸電機的要求。

圖2 高壓繞線電機軸

圖3 高壓繞線電機轉(zhuǎn)子

3 電磁設(shè)計

電磁設(shè)計按以下范圍控制

氣隙磁密Bg:控制在0.6 ～0.8T;

定子齒磁密Bts:控制在1.35 ～1.55T;

定子軛磁密Bys:控制在1.2 ～1.5T;

轉(zhuǎn)子齒磁密Btr:控制在1.35 ～1.65T;

轉(zhuǎn)子軛磁密Byr:控制在1.35 ～1.55T;

電機熱負(fù)荷AJ:控制在1800 ～2500。

該電機設(shè)計參數(shù)，槽配合選用72/90，三圓選用1180/850/535，氣隙為2.6mm。為了優(yōu)化電機性能，縮短鐵心長度，確定鐵心長度為770mm。將電機定子線圈和轉(zhuǎn)子線圈的絕緣厚度減薄，定子線圈銅線的漆膜厚度為0.4mm，外包絕緣層單邊厚度1.65mm，轉(zhuǎn)子線圈絕緣層單邊厚度0.5mm。

4 定子結(jié)構(gòu)

電動機機座為鋼板焊接方箱式結(jié)構(gòu)，機座內(nèi)部空間大，為增加電機的整體剛度，提高其固有頻率，降低電磁噪聲，在機座內(nèi)鐵心長度方向中間位置增加一道環(huán)筋板。定子沖片為整圓沖片，定子鐵心采用外壓裝的方式壓入機座。定子線圈采用雙層疊繞組線圈，在定子繞組內(nèi)埋設(shè)了6 支Pt100鉑熱電阻，用來檢測線圈及鐵心的溫度。為了加強定子繞組端部的固定，在線圈端部相隔80mm綁扎兩道軟端箍，綁扎方便易于整形。軟端箍經(jīng)VPI 浸漬固化后形成兩道玻璃鋼環(huán)，具有強度高、無磁性的特點。定子線圈固定的槽楔為分段固定，每槽內(nèi)嵌入3 段槽楔，槽楔間隔100mm 左右，這樣可以最大化減小徑向風(fēng)阻，通風(fēng)冷卻效果好。定子的接線為2 路Y 接，定子出線在軸伸端，出線電纜通過定子筋與機座環(huán)筋板的空隙引入主電源接線盒。

5 轉(zhuǎn)子的改進(jìn)

軸粗加工后，在軸的滑環(huán)端六個斜孔處，相隔120°銑槽，槽的寬度為30mm，深度為16mm，槽銑到滑環(huán)裝置安裝臺前端。圓軸上加工一擋臺，用鋼板加工一個軸套熱套在圓軸上。軸套為臺階式，內(nèi)徑與軸過盈配合，軸套的粗端緊靠在圓軸擋臺上，外徑比軸承內(nèi)蓋的內(nèi)徑大10mm，軸套的細(xì)端外徑比軸承內(nèi)徑大10mm，軸套的長度滿足軸承裝配的空間需要。三個銑槽從軸套內(nèi)孔穿過，然后對軸進(jìn)行精加工，在軸套上加工出軸承安裝臺、軸承內(nèi)蓋臺、軸承外蓋臺和軸承擋圈槽，改進(jìn)后的軸見圖4。

圖4 改進(jìn)后的繞線轉(zhuǎn)子電機軸

轉(zhuǎn)子嵌線完成后，用三個25×5 扁銅母線制作的導(dǎo)電排代替6 根出線電纜，連接到滑環(huán)裝置。導(dǎo)電排外包云母帶絕緣層，包繞后尺寸為30×10mm。將滑環(huán)裝置的接線柱方向改為朝向軸伸端，導(dǎo)電排壓入軸上的槽內(nèi)，每根導(dǎo)電排根據(jù)在軸上的距離用線夾和螺栓固定在軸上，并用環(huán)氧無堿玻璃絲帶纏緊。導(dǎo)電排穿過軸套內(nèi)的槽后，將裸露銅導(dǎo)體部分與電纜焊接，將電纜連接到滑環(huán)裝置的接線柱上。轉(zhuǎn)子經(jīng)VPI 浸漬固化后，環(huán)氧無堿玻璃絲帶與導(dǎo)電排凝固成一體，導(dǎo)電排沒有位移量。電纜與滑環(huán)裝置連接，滑環(huán)裝置拆卸時，將電纜接線頭與滑環(huán)裝置分離，導(dǎo)電排與滑環(huán)裝置不直接連接，有利于保護(hù)轉(zhuǎn)子絕緣不受破壞。改進(jìn)后的繞線轉(zhuǎn)子見圖5。

圖5 改進(jìn)后的繞線電機轉(zhuǎn)子

6 軸承結(jié)構(gòu)

軸承采用滾動軸承，前軸伸端為一套圓柱軸承和一套球軸承NU244+6244，后軸伸端為一套圓柱軸承NU244，三軸承結(jié)構(gòu)能承受軸向力和一定的徑向力，能夠適應(yīng)復(fù)雜的受力環(huán)境，而且結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便。沒有采用絕緣軸承，在軸承室采用了絕緣墊片、絕緣套裝置，這樣可以保證軸承不被軸電流灼傷，同時降低了成本。電動機兩端的軸承上各帶有一支Pt100 鉑熱電阻，用于檢測軸承溫度。

7 滑環(huán)罩及通風(fēng)冷卻系統(tǒng)

滑環(huán)罩設(shè)計為方箱式，與機座樣式相似，外形美觀。在滑環(huán)罩前后側(cè)板上部，裝有觀察窗，可以觀察滑環(huán)狀況。下部裝有百葉窗，用于氣流的進(jìn)出。滑環(huán)轉(zhuǎn)動部分裝有風(fēng)扇，旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生氣流，對滑環(huán)進(jìn)行冷卻。在滑環(huán)罩后部焊接兩層鉆孔的孔板，孔板之間有30mm 厚的無紡布，脫落的碳灰從孔板落下，被無紡布吸附，滑環(huán)罩后端板裝有可拆卸的蓋板，打開蓋板可以取出無紡布清除碳灰。電機采用軸向通風(fēng)方式，氣流從電機的后軸伸端的進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入，然后沿軸向從前軸伸端的出風(fēng)口流出，內(nèi)風(fēng)扇裝在前軸伸端。

8 結(jié)語

通過高壓繞線式雙軸伸電機的設(shè)計，不僅在電氣性能上滿足工況要求，而且在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行獨具匠心的改造。改進(jìn)高壓繞線轉(zhuǎn)子電機的軸和轉(zhuǎn)子，使繞線電機可以滿足雙伸軸的要求，加工方法簡單，可以應(yīng)用到小機座號的繞線轉(zhuǎn)子電機上。雙伸軸的繞線轉(zhuǎn)子電機，擴大了電動機的使用領(lǐng)域，更好地滿足客戶需求，提高了產(chǎn)品的競爭力。

［1］ 陳世坤.電機設(shè)計.機械工業(yè)出版社，2000.

［2］ 鐘一諤.轉(zhuǎn)子動力學(xué).清華大學(xué)出版社，1987.