現(xiàn)以公司YB2系列560機座號1 400kW電動機為例，與大家共同分享中大型高壓隔爆型三相異步電動機的設(shè)計與制造技術(shù)
1電動機性能指標
1)電動機電氣性能要求。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)電動機在電壓、頻率為額定值時，允許電動機直接起動，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。電動機額定值時的最大轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比為2.0倍；起動及運行過程中的最小轉(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)電動機的制造、安裝及公差符合等均執(zhí)行JB/T 8674—2007行業(yè)標準的規(guī)定。
2電動機結(jié)構(gòu)設(shè)計
電動機的整體結(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)風筒；15-內(nèi)風扇；16-外風扇；17-風扇罩。
電動機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，絕緣等級為F級。經(jīng)真空壓力整浸無溶劑漆后，有很好的機械性能和防潮性能。
電動機采用三軸承結(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各一個骨架密封，防止外界油或水流入電機主腔。
電動機內(nèi)外風扇均為離心式風扇。當冷卻空氣流經(jīng)定轉(zhuǎn)子鐵心、線圈等發(fā)熱部件時，將其熱量帶走，變?yōu)闊犸L；內(nèi)風扇將熱風吹入機座的軸向通風道內(nèi)，將熱量傳遞給機座的散熱片；外風扇安裝在風扇罩內(nèi)，驅(qū)動周圍環(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系列電磁計算方案，定子沖片外徑/內(nèi)徑為Φ990/Φ630mm、鐵芯長度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)置電動機的轉(zhuǎn)子裝配體轉(zhuǎn)動慣量為85（kg·m2），摩擦阻尼系數(shù)為1.877（N?m?sec/rad），設(shè)置負載轉(zhuǎn)矩特性在0s～2s之間空載運行工況，2s～2.6s之間為額定負載運行工況。仿真后電動機的動態(tài)轉(zhuǎn)矩、電流等與時間的變化。
圖8額定負載的磁場圖
圖9額定負載的磁場圖
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-時間曲線
圖27 0.5s時轉(zhuǎn)子籠條電密分布圖
瞬態(tài)數(shù)值計算表明電動機在2s內(nèi)完成空載啟動，在0.5s時定子電流峰值達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時額定負載定子電流平均值為153.1A，定子電密J1=2.5A/mm2。啟動過程中的最小轉(zhuǎn)矩約為12 500 N.m，且電動機體積大、慣量大，從其0rpm啟動到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。
下為電動機瞬態(tài)計算結(jié)果。
4電動機整體電磁方案調(diào)整
瞬態(tài)仿真圖可直觀看到，在其自身轉(zhuǎn)動慣性和機械摩擦阻尼條件下，電動機啟動時間較長，定子繞組、轉(zhuǎn)子導(dǎo)條受電流沖擊較大。從電動機磁路電磁方案與穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)仿真結(jié)果比較看，本方案計算的啟動電流倍數(shù)偏高達7.0倍多，而轉(zhuǎn)子電密余量較大，改進設(shè)計，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)計前，轉(zhuǎn)子電密額定負載時I2=1746A,J2=1.9A/mm2、定子電密為J1=2.29A/mm2；啟動電流為1 004.8A；修改設(shè)計后，轉(zhuǎn)子電密額定負載時I2=1763A, J2=2.8A/mm2定子電密為J1=2.32A/mm2；啟動電流為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機其損耗隨著功率的增大而增大，因此磁路與電負荷進行均衡調(diào)整，是電動機電磁方案計算的關(guān)鍵。
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