銅條轉子焊接釬料的節能分析

胡建平1 ，鄭龍平2

(1南昌ABB發電機有限公司，江西南昌330096；

2上海電機系統節能工程技術研究工程中心有限公司，上海200063)

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銅條轉子焊接釬料的節能分析

胡建平1 ，鄭龍平2

(1南昌ABB發電機有限公司，江西南昌330096；

2上海電機系統節能工程技術研究工程中心有限公司，上海200063)

摘要高效電動機設計由于增容大部分按銅條轉子設計，但由于采用銅條轉子成本昂貴，現從優化銅條轉子設計，在端環槽內增加填充塊，有效的節省釬料需求量，從而降低電動機的制造成本，優化高效電機性能。

關鍵詞端環銅條；釬料；焊接

0引言

電動機從轉子結構分鼠籠式和繞線式。鼠籠式電動機轉子又分鑄鋁轉子和銅條轉子，鑄鋁轉子雖然具有結構簡單、制造方便、堅固耐用的特點，但隨著電動機容量的增大，轉子的體積也增大，轉子的鑄鋁工藝也復雜起來，鑄鋁的均質性難以保證。因此，大型異步電動機和大功率電動機大都采用銅條轉子，鑄鋁轉子通常用于小功率負載電動機中。

隨著“國家惠民工程電動機能效提升計劃”的實施，高壓高效電動機的開發越來越受到重視。目前我國高壓電動機與國外同類產品有很大差距，因此高壓高效電動機既要提高效率，又要增加功率。高效電動機設計由于增容大部分按銅條轉子設計。由于采用銅條轉子成本較高，因此節約電動機制造成本是非常重要的。降低成本可從電動機結構、工藝及用材等方面著手，本文介紹通過節省用料的方法來降低電動機成本的措施。

1銅條轉子設計優化

銅條轉子通常由轉子鐵心、銅條、端環等零部件組成。據了解目前端環設計存在如下兩種方法：(1)在端環一平面上銑槽，加工槽按銅條尺寸及槽數加工，通常槽較深；(2)端環平面整體在立車上車一深度圓環。具體如圖1所示。

為降低電動機制造成本，采用端環平面整體車以深度圓環槽，此種加工方便耗時短，同時在此提出一項節省釬料用量的設計方案，具體如圖2所示。

2節省釬料方案

以往銅條轉子設計時，端環與銅條焊接，端環槽內充滿填充釬料，釬料通常用BCu80AgP或HLAgCu80-5。為減少釬料用量，在兩插入端環槽的銅條之間放置填充塊，以取代部分的釬料。每間隔槽內填充 2mm厚銅塊，尺寸根據銅條接觸端環槽，兩銅條之間的樣形配加工，由于填充的銅塊與銅條母材相同，不影響電動機性能，釬料建議采購時要求供應商提供顆粒狀，以方便放入槽內。

端環槽設計時不宜太深，通常按3mm設計，太深會增加了釬料的填充量。目前端環與銅條焊接采用中頻感應釬焊或火焰加熱釬焊兩種方式，大多數廠家均采用中頻感應釬焊，此技術能有效的保證端環的焊接可靠性。為考慮端環焊接可靠性，推薦采用參考文獻[1]方案，端環與銅條焊接端環上增加工藝凹槽，為避免焊接存在夾縮孔，在端環槽內加工工藝凹槽，以解決焊接時存在氣孔，焊縫不緊密等問題，以達到焊接熔料和銅條及端環為一整體性。

因釬料的價格約1100～1200元/kg，銅板的價格65～70元/kg，銅板價格和釬料的價格差異較大，故采用填充銅塊節約焊接所用的釬料是一項較大的節約成本的措施。

3成本分析

某公司生產一臺YLKK630-6 1500kW6kV電動機，端環槽尺寸外徑D1 為670.5mm、內徑D2為566mm，槽深h1為3mm，銅條規格a×b為8×45銅母線TMY，根數Z2為74根，現比較填充填充塊前后釬料用量及成本，計算公式如下。

3.1填充塊面積

(1)

按式(1)計算的填充塊面積

3.2填充塊體積

V1=S1h2(mm3)

(2)

式中，h2—填充塊的厚度2mm。

按式(2)計算的填充塊體積

V1=1371×2=2742(mm3)

3.3填充塊總體積

V2=V1×Z2=74×2742=202908mm3

3.4填充塊總重量

m1=ρ1V2=202908×8900×10-9≈1.806(kg)

式中，ρ1—銅的比重8900kg/m3。

3.5端環槽體積

(3)

按式(3)計算的端環體積

3.6銅條截面積

SB=a×b=8×45=360(mm2)

3.7銅條占用端環槽內總體積

VB= SB×h1×Z2

=360 ×3×74

=79920(mm3)

3.8未填充填充塊所用釬料用量

m2=(VR-VB)×ρ2

=(304454-79920) ×10-9×8400

=1.886(kg)

3.9未填充填充塊所用釬料價格

1.886×1100=2074.6元

3.10填充填充塊后所用釬料用量

m3=(VR-VB-V1)×ρ2

(4)

式中，ρ2—釬料的比重8400kg/m3。

按式(4)計算的釬料用量

m3=(304454-79920-202908) ×10-9×8400

= 0.182(kg)

3.11填充填充塊后所用釬料及填充塊之和的價格

1100×0.182+65×1.806≈318元

3.12填充填充塊前后成本差異

2074.6-318=1756.6元

由此可見，單臺可節約成本1756.6元。 目前我司聯合國內20多家公司進行高壓高效電動機聯合設計，在設計過程中為滿足電動機節能，提升電動機效率，電動機主導采用銅條轉子。按每家公司年生產600臺高壓銅條轉子電動機，一年將有12000多臺轉子設計采用上述方法，在端環與銅條焊接時，在端環槽內放置一定填充塊，電動機制造成本按綜合單臺平均節約成本900元，將節省1080萬元成本，節約成本顯著。

4結語

銅條轉子端環槽內通過改進工藝，增加填充塊，可以節省端環焊接的釬料，從而降低了電動機制造成本，具有非常可觀的經濟效益和社會效益。

參考文獻

[1]徐波.史文卿.轉子銅條與端環的焊接.大電動機技術，2005.

[2]王強，陳金剛.籠型三相異步電動機檢測試驗分析.防爆電機，2013.4.

[3]程小華.異步電機轉子繞組折算的充要條件.防爆電機，2011.5.

ReducingSolderConsumptionofWeldingCopperBarRotor

Hu Jianping and Zheng Longping

(1.NanchangABBGeneratorsCo.,Ltd.,Nanchang330096,China；2.ShanghaiEngineeringResearchCenterofMotorSystemEnergySavingCo.,Ltd.,Shanghai200063,China)

AbstractAs for the capacity-increasing, most high efficiency motors are designed based on copper bar rotor. Because the cost of using copper bar is too high, now solder consumption can be effectively saved by optimizing copper bar rotor and adding filled blocks into the end-ring groove, then manufacturing cost can be reduced and performance of high efficiency motor can be optimized.

Key wordsEnd-ring；solder；welding

收稿日期：2015-11-25

作者簡介：胡建平男1986年生；畢業于東華理工大學長江學院，現從事大中型高壓電機及發電機產品研究工作.

中圖分類號：TM301.4

文獻標識碼：A

文章編號：1008-7281(2016)01-0046-003

DOI:10.3969/J.ISSN.1008-7281.2016.01.14