緊湊型繞線轉(zhuǎn)子電動機結(jié)構(gòu)設(shè)計與性能對比分析

(國家防爆電機工程技術(shù)研究中心，黑龍江佳木斯 154002)

0 引言

90年代以來，以西門子1LA1、1LL1系列和ABB公司HXR系列為代表的新一代全散熱片式電動機，無論是在外觀造型上還是在運行性能方面，其技術(shù)水平都高于國產(chǎn)YZR系列電動機。2004年，我公司主持設(shè)計了YZR3系列起重及冶金用繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動機，目的是促進國產(chǎn)全散熱片電動機的研制和發(fā)展，力爭在電動機的外觀、制造水平以及運行性能上接近或達到國際先進水平，以推動我國起重及冶金用電動機的設(shè)計制造水平。雖然YZR3系列電機基本上已經(jīng)與國際先進產(chǎn)品“接軌”，并且在結(jié)構(gòu)、性能、節(jié)約方面均較YZR系列電機有很大的進步，但是在電機容量上，還是與國外公司有一定的差距。針對這一差距，本文對YZRJ 315緊湊型起重及冶金用繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動機結(jié)構(gòu)進行分析并與YZR3及西門子電機進行對比分析(本文以YZRJ 315-4 315kW為例)。

1 總體結(jié)構(gòu)及主要零部件結(jié)構(gòu)

1.1 電機總體結(jié)構(gòu)

YZRJ 315緊湊型繞線轉(zhuǎn)子電動機的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1電機總體結(jié)構(gòu)圖

1.2 主要零部件結(jié)構(gòu)

1.2.1 機座

采用鑄鐵機座圓筒結(jié)構(gòu)，偏心圓平行散熱片見圖2，散熱片間距最小22，每個方向16根散熱片，最長64、最短40，材質(zhì)：球墨鑄鐵QT450-10。

圖2偏心圓平行散熱片

與YZR3 315電機機座重量、材質(zhì)對比見表1。

表1 重量、材質(zhì)對比圖

從表1可以看出YZRJ 315機座重量要低于YZR3 315電機機座重量，節(jié)約電機成本。

YZRJ 315電機機座鑄件采用兩種材質(zhì)HT200及QT450-10使用ANSYS分析結(jié)果分別見圖3、圖4。

圖3及圖4兩種材質(zhì)機座屬性的對比分析結(jié)果見表2。

表2 兩種材質(zhì)機座屬性的對比分析

由表2可見，球墨鑄鐵性能優(yōu)于灰鑄鐵。若使兩種材質(zhì)的機座具有相同的屬性，則灰鑄鐵材質(zhì)的機座需增大強度設(shè)計，在電機鑄件厚度上有所增加，其鑄件增加的重量成本與采用球墨鑄鐵增加的價格成本相當，所以YZRJ 315電機機座材質(zhì)采用節(jié)省空間、降低重量的球墨鑄鐵QT450-10。

圖3HT200分析結(jié)果

圖4QT450分析結(jié)果

1.2.2 轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)軸為實心軸，為達到與西門子電機互換的目的，軸伸尺寸與西門子樣機相同為φ90。材料為42CrMo。下面對轉(zhuǎn)軸強度進行核算。

按抗扭強度校核軸伸直徑：針對轉(zhuǎn)矩最大的功率檔進行軸伸校驗

42CrMo的屈服強度σs≥650MPa，則42CrMo的許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為

式中，ns—安全系數(shù)，取ns=2.5。

根據(jù)《電機設(shè)計》，軸伸最小直徑計算公式

式中，電機過載系數(shù)K=2.8倍，并且電機軸伸帶一個鍵槽，軸徑增大6%、正反轉(zhuǎn)增大1.3倍的原則，計算結(jié)果為φ86<φ90，合格。

同時，對電機軸的三維模型，對電機進行軸伸扭轉(zhuǎn)強度的ANSYS對比分析，計算結(jié)果見圖5。

圖5電機軸的三維模型計算結(jié)果

從圖5可以看出，軸伸屈服力最大在310.2MPa，比42CrMo鋼的屈服強度650MPa小很多，而且裕度很大。

2 性能對比分析

本文針對YZRJ 315緊湊型繞線轉(zhuǎn)子電動機與西門子電機進行了性能對比。

功率等級及參數(shù)對比見表3(設(shè)計值對比西門子樣本性能數(shù)據(jù))，表4(YZRJ與YZR3功率對比)，重量對比見表5。

表3 功率等級及參數(shù)對比

從表3、表5可以看出，西門子與YZRJ電機數(shù)據(jù)對比：額定電流、轉(zhuǎn)速、重量基本相當，最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)也在標準值2.8倍以上，轉(zhuǎn)子開路電壓與西門子電機電壓380V情況下的開路電壓相當，轉(zhuǎn)動慣量也與西門子相當,性能完全可以達到和西門子電機互換。

從表4可以看出YZRJ 315的功率等級高于YZR3的功率等級。

表4 YZRJ與YZR3功率對比

表5 重量對比

3 結(jié)語

YZRJ 315緊湊型起重及冶金用繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動機涵蓋了YZR3 355中心高及YZR3 400中心高第一檔功率等級，所以YZRJ 315緊湊型起重及冶金用繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動機的開發(fā)可節(jié)約材料、降低成本、減少制造工時，創(chuàng)造更多利潤。

YZRJ 315緊湊型起重及冶金用繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動機可以完全替代西門子1LT8系列315中心高繞線電機，并拓展了西門子1LT8 314-318系列電機功率等級，進一步引領(lǐng)我國起重冶金機電行業(yè)的發(fā)展方向，為后續(xù)緊湊型起重及冶金用繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動機的系列研發(fā)打下堅實基礎(chǔ)。