現(xiàn)以公司YB2系列560機(jī)座號(hào)1 400kW電動(dòng)機(jī)為例，與大家共同分享中大型高壓隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)
1電動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)
1)電動(dòng)機(jī)電氣性能要求。額定功率：1 400kW；額定電壓：6 000V；額定電流：156.5A；額定頻率：50Hz；額定轉(zhuǎn)速：1 492rpm；冷卻方式：IC411；工作制：S1；外形尺寸：2 580mm×1 640mm×1 500mm。
2)電動(dòng)機(jī)在電壓、頻率為額定值時(shí)，允許電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比為1.0倍；堵轉(zhuǎn)電流與額定電流之比為6.5倍。電動(dòng)機(jī)額定值時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比為2.0倍；起動(dòng)及運(yùn)行過程中的最小轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比為0.5倍；效率94.5%；功率因數(shù)0.90。
3)電動(dòng)機(jī)的制造、安裝及公差符合等均執(zhí)行JB/T 8674—2007行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。
2電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
電動(dòng)機(jī)的整體結(jié)構(gòu)為圖。
1-軸承外蓋；2-油封；3-甩油環(huán)；4-軸承；5-軸承套；6-注油管；7-端蓋；8-機(jī)座；9-定子線圈；10-平衡環(huán)；11-軸；12-定子鐵芯；13-轉(zhuǎn)子鐵芯；14-導(dǎo)風(fēng)筒；15-內(nèi)風(fēng)扇；16-外風(fēng)扇；17-風(fēng)扇罩。
電動(dòng)機(jī)定子線圈采用云母帶包自粘性雙玻單膜聚酰亞胺扁銅線繞制而成，絕緣等級(jí)為F級(jí)。經(jīng)真空壓力整浸無溶劑漆后，有很好的機(jī)械性能和防潮性能。
電動(dòng)機(jī)采用三軸承結(jié)構(gòu),軸伸端雙軸承固定支撐結(jié)構(gòu)，由深溝球軸承和圓柱滾子軸承組成，為NU232ECM/C3和6232/C3；非軸伸端為游動(dòng)端，為圓柱滾子軸承NU230ECM/C3。前端放置SN70-TC16019013、后端放置SN70-TC15018013各一個(gè)骨架密封，防止外界油或水流入電機(jī)主腔。
電動(dòng)機(jī)內(nèi)外風(fēng)扇均為離心式風(fēng)扇。當(dāng)冷卻空氣流經(jīng)定轉(zhuǎn)子鐵心、線圈等發(fā)熱部件時(shí)，將其熱量帶走，變?yōu)闊犸L(fēng)；內(nèi)風(fēng)扇將熱風(fēng)吹入機(jī)座的軸向通風(fēng)道內(nèi)，將熱量傳遞給機(jī)座的散熱片；外風(fēng)扇安裝在風(fēng)扇罩內(nèi)，驅(qū)動(dòng)周圍環(huán)境空氣流經(jīng)散熱片，將熱量帶走，使散失在周圍環(huán)境中，達(dá)到冷卻的目的。
3ANSOFT 2D 有限元校核與分析
初步選擇YB系列電磁計(jì)算方案，定子沖片外徑/內(nèi)徑為Φ990/Φ630mm、鐵芯長(zhǎng)度820mm、氣隙2.5mm，轉(zhuǎn)子沖片內(nèi)徑Φ310mm；定轉(zhuǎn)子槽配合60/47；定子槽寬18.4mm×78.8mm；轉(zhuǎn)子凸形槽，上部槽寬12 mm×12mm×上部槽高22mm、下部槽寬為17mm×15mm×下部槽高48mm。
在瞬態(tài)仿真界面里設(shè)置電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子裝配體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為85（kg·m2），摩擦阻尼系數(shù)為1.877（N?m?sec/rad），設(shè)置負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性在0s～2s之間空載運(yùn)行工況，2s～2.6s之間為額定負(fù)載運(yùn)行工況。仿真后電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩、電流等與時(shí)間的變化。
圖8額定負(fù)載的磁場(chǎng)圖
圖9額定負(fù)載的磁場(chǎng)圖
圖19 定子相電流曲線
圖20 轉(zhuǎn)矩與速度曲線
圖21 定子相電壓曲線
圖22轉(zhuǎn)速-時(shí)間曲線
圖27 0.5s時(shí)轉(zhuǎn)子籠條電密分布圖
瞬態(tài)數(shù)值計(jì)算表明電動(dòng)機(jī)在2s內(nèi)完成空載啟動(dòng)，在0.5s時(shí)定子電流峰值達(dá)2 125A，定子電密J1=30A/mm2；在0.5s～1.15s內(nèi)定子電流峰值平均值1 250A，定子電密J1=14A/mm2；在2.5s時(shí)額定負(fù)載定子電流平均值為153.1A，定子電密J1=2.5A/mm2。啟動(dòng)過程中的最小轉(zhuǎn)矩約為12 500 N.m，且電動(dòng)機(jī)體積大、慣量大，從其0rpm啟動(dòng)到1492rpm轉(zhuǎn)速，上升較慢、平穩(wěn)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條受電磁力較大，將引起轉(zhuǎn)子導(dǎo)條溫升上升。
下為電動(dòng)機(jī)瞬態(tài)計(jì)算結(jié)果。
4電動(dòng)機(jī)整體電磁方案調(diào)整
瞬態(tài)仿真圖可直觀看到，在其自身轉(zhuǎn)動(dòng)慣性和機(jī)械摩擦阻尼條件下，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)，定子繞組、轉(zhuǎn)子導(dǎo)條受電流沖擊較大。從電動(dòng)機(jī)磁路電磁方案與穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)仿真結(jié)果比較看，本方案計(jì)算的啟動(dòng)電流倍數(shù)偏高達(dá)7.0倍多，而轉(zhuǎn)子電密余量較大，改進(jìn)設(shè)計(jì)，縮小轉(zhuǎn)子凸形槽結(jié)構(gòu)，更改為上部槽寬6 mm×6mm×上部槽高14mm、下部槽寬為15mm×12mm×下部槽高40mm。
修改設(shè)計(jì)前，轉(zhuǎn)子電密額定負(fù)載時(shí)I2=1746A,J2=1.9A/mm2、定子電密為J1=2.29A/mm2；啟動(dòng)電流為1 004.8A；修改設(shè)計(jì)后，轉(zhuǎn)子電密額定負(fù)載時(shí)I2=1763A, J2=2.8A/mm2定子電密為J1=2.32A/mm2；啟動(dòng)電流為800A。使堵轉(zhuǎn)電流與額定電流之比降為5.1倍；堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比提高到1.5倍，最大轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比為2.1倍。效率為94.5%；功率因數(shù)為0.9。中大型高壓隔爆型電動(dòng)機(jī)其損耗隨著功率的增大而增大，因此磁路與電負(fù)荷進(jìn)行均衡調(diào)整，是電動(dòng)機(jī)電磁方案計(jì)算的關(guān)鍵。
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