现以公司YB2系列560机座号1 400kW电动机为例,与大家共同分享中大型高压隔爆型三相异步电动机的设计与制造技术
1电动机性能指标
1)电动机电气性能要求。额定功率:1 400kW;额定电压:6 000V;额定电流:156.5A;额定频率:50Hz;额定转速:1 492rpm;冷却方式:IC411;工作制:S1;外形尺寸:2 580mm×1 640mm×1 500mm。
2)电动机在电压、频率为额定值时,允许电动机直接起动,堵转转矩与额定转矩之比为1.0倍;堵转电流与额定电流之比为6.5倍。电动机额定值时的最大转矩与额定转矩之比为2.0倍;起动及运行过程中的最小转矩与额定转矩之比为0.5倍;效率94.5%;功率因数0.90。
3)电动机的制造、安装及公差符合等均执行JB/T 8674—2007行业标准的规定。
2电动机结构设计
电动机的整体结构为图。
1-轴承外盖;2-油封;3-甩油环;4-轴承;5-轴承套;6-注油管;7-端盖;8-机座;9-定子线圈;10-平衡环;11-轴;12-定子铁芯;13-转子铁芯;14-导风筒;15-内风扇;16-外风扇;17-风扇罩。
电动机定子线圈采用云母带包自粘性双玻单膜聚酰亚胺扁铜线绕制而成,绝缘等级为F级。经真空压力整浸无溶剂漆后,有很好的机械性能和防潮性能。
电动机采用三轴承结构,轴伸端双轴承固定支撑结构,由深沟球轴承和圆柱滚子轴承组成,为NU232ECM/C3和6232/C3;非轴伸端为游动端,为圆柱滚子轴承NU230ECM/C3。前端放置SN70-TC16019013、后端放置SN70-TC15018013各一个骨架密封,防止外界油或水流入电机主腔。
电动机内外风扇均为离心式风扇。当冷却空气流经定转子铁心、线圈等发热部件时,将其热量带走,变为热风;内风扇将热风吹入机座的轴向通风道内,将热量传递给机座的散热片;外风扇安装在风扇罩内,驱动周围环境空气流经散热片,将热量带走,使散失在周围环境中,达到冷却的目的。
3ANSOFT 2D 有限元校核与分析
初步选择YB系列电磁计算方案,定子冲片外径/内径为Φ990/Φ630mm、铁芯长度820mm、气隙2.5mm,转子冲片内径Φ310mm;定转子槽配合60/47;定子槽宽18.4mm×78.8mm;转子凸形槽,上部槽宽12 mm×12mm×上部槽高22mm、下部槽宽为17mm×15mm×下部槽高48mm。
在瞬态仿真界面里设置电动机的转子装配体转动惯量为85(kg·m2),摩擦阻尼系数为1.877(N•m•sec/rad),设置负载转矩特性在0s~2s之间空载运行工况,2s~2.6s之间为额定负载运行工况。仿真后电动机的动态转矩、电流等与时间的变化。
图8额定负载的磁场图
图9额定负载的磁场图
图19 定子相电流曲线
图20 转矩与速度曲线
图21 定子相电压曲线
图22转速-时间曲线
图27 0.5s时转子笼条电密分布图
瞬态数值计算表明电动机在2s内完成空载启动,在0.5s时定子电流峰值达2 125A,定子电密J1=30A/mm2;在0.5s~1.15s内定子电流峰值平均值1 250A,定子电密J1=14A/mm2;在2.5s时额定负载定子电流平均值为153.1A,定子电密J1=2.5A/mm2。启动过程中的最小转矩约为12 500 N.m,且电动机体积大、惯量大,从其0rpm启动到1492rpm转速,上升较慢、平稳,转子导条受电磁力较大,将引起转子导条温升上升。
下为电动机瞬态计算结果。
4电动机整体电磁方案调整
瞬态仿真图可直观看到,在其自身转动惯性和机械摩擦阻尼条件下,电动机启动时间较长,定子绕组、转子导条受电流冲击较大。从电动机磁路电磁方案与稳态及瞬态仿真结果比较看,本方案计算的启动电流倍数偏高达7.0倍多,而转子电密余量较大,改进设计,缩小转子凸形槽结构,更改为上部槽宽6 mm×6mm×上部槽高14mm、下部槽宽为15mm×12mm×下部槽高40mm。
修改设计前,转子电密额定负载时I2=1746A,J2=1.9A/mm2、定子电密为J1=2.29A/mm2;启动电流为1 004.8A;修改设计后,转子电密额定负载时I2=1763A, J2=2.8A/mm2定子电密为J1=2.32A/mm2;启动电流为800A。使堵转电流与额定电流之比降为5.1倍;堵转转矩与额定转矩之比提高到1.5倍,最大转矩与额定转矩之比为2.1倍。效率为94.5%;功率因数为0.9。中大型高压隔爆型电动机其损耗随着功率的增大而增大,因此磁路与电负荷进行均衡调整,是电动机电磁方案计算的关键。
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