直流立式電動機技術(shù)

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(哈電集團哈爾濱電氣動力裝備有限公司，黑龍江哈爾濱150040)

0 引言

近年來，國內(nèi)鋼鐵行業(yè)對熱連軋帶鋼的市場需求依舊比較大，且?guī)т撋a(chǎn)線向中寬帶發(fā)展的趨勢比較明顯。這類軋機對電機性能的要求逐漸向大轉(zhuǎn)矩比、寬調(diào)速范圍、高過載的方向發(fā)展。對于熱連軋立輥驅(qū)動電機而言，達到上述需求并非易事，需要制造廠具備成熟的設(shè)計經(jīng)驗和先進的制造水平。我公司承接的某地鼎信1780mm不銹鋼熱連軋輔傳動直流立式電動機項目就因其大轉(zhuǎn)矩比、寬調(diào)整范圍、高過載能力這些特點，使得技術(shù)人員必須采用新的設(shè)計思路和制造工藝，來滿足電機的技術(shù)要求。

1 電機的規(guī)格

電機容量1200kW，電壓630V，轉(zhuǎn)速120～312r/min(0～120r/min為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)壓調(diào)速，120～312r/min為恒功率弱磁調(diào)速) 。勵磁方式為他勵220V，允許強行勵磁，F(xiàn)級絕緣，B級溫升考核；電機過載能力：在額定電壓、額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，帶115%額定功率負載長期運行；在額定電壓、額定轉(zhuǎn)速、額定負載連續(xù)運行后，緊接著以125%額定功率負載運行2h，溫升不超過JB/T 9577—2011標準之規(guī)定值；基速短時過載200%額定電流，歷時1min，高速短時過載150%額定電流，歷時1min，電機安裝方式為IM V2。

2 電機的設(shè)計特點

本電機由于高轉(zhuǎn)矩下的弱磁調(diào)整比較大，且要求電機快速性和動態(tài)性能好，電機鐵心比較長，且用于驅(qū)動立輥軋機，必須立式安裝，若采用傳統(tǒng)Z 900型直流電機的設(shè)計思路，無法滿足電機結(jié)構(gòu)和性能的要求。因此，必須采用新的設(shè)計思路，對電機的安裝形式和內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行綜合考慮，從而設(shè)計制造出能夠滿足使用工況的電機產(chǎn)品。電機的總裝結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 電機總裝結(jié)構(gòu)圖

2.1 定子部分

電機定子按8個主極，8個換向極進行設(shè)計。具體結(jié)構(gòu)特點如下

(1) 定子部分采用整體式框架結(jié)構(gòu)。機座采用八角形疊片結(jié)構(gòu)，與上、下端座和底板分別進行把合和打銷固定，這種定子結(jié)構(gòu)便于整體吊運，安裝和維護保養(yǎng)比較方便，整體體積小，重量輕。

(2) 換向極鐵心采用雙面涂漆的疊片結(jié)構(gòu)，換向極線圈采用4×28的裸銅扁線繞制，支路數(shù)aw=4，鐵心與線圈間采用聚芳纖維紙和無堿玻璃纖維布進行纏繞絕緣。

(3) 主極鐵心用1.5mm薄鋼板疊成，沖片上開有大孔，疊片后插入鋼棒，磁極螺栓擰入鋼棒中的螺孔，使得把合牢靠、穩(wěn)固。主極鉚釘拉緊螺栓采用絕緣結(jié)構(gòu)，以便適應(yīng)整流電源供電的要求。主極線圈采用自粘性玻璃絲包漆包線，繞制后在加熱爐中熱固化成型。

(4) 定子補償繞組采用整體式繞制的同心補償繞組。定子主極線圈、換向極線圈和補償線圈各裝有Pt100鉑熱測溫電阻兩支。

2.2 電樞部分

為了獲得足夠低的轉(zhuǎn)速，電機的電樞采用220槽的設(shè)計方案，電樞繞組則采用單疊異槽的下線形式。具體結(jié)構(gòu)特點如下。

(1)電樞鐵心是由整圓扇形沖片沖制而成，沖片厚度為0.5mm，材料為冷軋硅鋼片DW540-50，電樞鐵心帶有徑向通風(fēng)溝，通風(fēng)溝寬度為8mm。電樞下線后鐵心段和端部綁扎高強度網(wǎng)狀無緯帶。

(2)電樞繞組采用每槽2片全節(jié)距異槽式單迭繞組，這種繞組電抗電勢波形平坦、對稱性好。均壓線采用1/2均壓，安裝在電機的非換向器端。電樞線圈采用裸銅母線加工成型后外包絕緣，支架絕緣采用絕緣壓制件扣放在支架筋上，結(jié)構(gòu)簡單可靠。均壓線采用蝸卷式結(jié)構(gòu)，簡單合理，安裝方便。成型后整個均壓線懸掛固定在電樞壓板上。

(3)電樞支架采用星形輻板式支臂，與支架轂焊接成一體，整體性好、通風(fēng)空間大、抗彎抗剪和機械強度高。電樞支架與軸的配合采用過盈式熱套配合。轉(zhuǎn)子軸為35CrMo合金鋼，適應(yīng)高扭矩下的機械強度。

(4)換向器采用拱形結(jié)構(gòu)，換向器梯排采用銀銅合金材料，增加換向器的耐磨性能。換向片與升高片和線圈端頭間采用硬釬焊。

2.3 軸承結(jié)構(gòu)和潤滑方式

由于本電機的安裝方式為IM V2，所以電機的上下軸承結(jié)構(gòu)需要特殊考慮。

(1) 電機的上端即傳動端采用一套深溝球軸承來對電樞進行軸向固定。

(2) 電機的下端即換向器端采用兩套軸承的方案進行試驗和使用。由于電機出廠進行型式試驗時采用臥式安裝固定的方式，所以設(shè)計了一套試驗軸承來滿足電機出廠試驗的要求，試驗軸承同樣采用一套深溝球軸承。當(dāng)電機型式試驗合格后，需立式安裝進行旋轉(zhuǎn)試驗，此時，更換上一套適合現(xiàn)場使用工況的圓錐滾子軸承，用該軸承結(jié)構(gòu)來承擔(dān)電機的電樞重力。

(3) 為了便于現(xiàn)場維護使用，電機的上、下軸承均采用了脂潤滑的滾動軸承結(jié)構(gòu)，且上、下軸承內(nèi)外均設(shè)計安裝了進、出油管路。根據(jù)電機的使用轉(zhuǎn)速情況，軸承潤滑脂建議采用鋰基脂。

3 電機試驗

電機按GB 755—2008《旋轉(zhuǎn)電機定額和性能》和GB 1311—2008《直流電機試驗方法》進行了型式試驗，僅對電機進行了一次換向氣隙的調(diào)整后，電機的換向就獲得了較為良好的性能，同時，電機的發(fā)熱溫升也低于考核標準。試驗結(jié)果表明，通過對立輥電機的電磁方案和結(jié)構(gòu)方案進行特殊的優(yōu)化設(shè)計，電機的試驗和使用性能達到了預(yù)期的設(shè)計目標，滿足了相關(guān)標準和用戶的要求。

4結(jié)語

通過本次對Z 900-11L型直流立式電動機的設(shè)計和制造，我公司在中寬帶立輥驅(qū)動電機領(lǐng)域的產(chǎn)品類別得到了拓展，該電機在福建鼎信不銹鋼熱連軋生產(chǎn)線上性能表現(xiàn)良好，得到了用戶和某設(shè)計院的好評。此類電機在后續(xù)的出口項目、廣青科技術(shù)項目中都得到了使用，基于市場上對此型號電機的認可，公司于2016年度對該電機的結(jié)構(gòu)申請了國家新型專利的使用保護，并在2017年獲得了國家專利保護權(quán)。