王宇峰 朱雪健

摘要：本文討論了YXKK450-6 6kV超高效三相異步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)研制過程。圍繞著設(shè)計(jì)過程中各個(gè)部分進(jìn)行了分析設(shè)計(jì)，為今后設(shè)計(jì)制造超高效三相異步電動(dòng)機(jī)奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：超高效三相異步電動(dòng)機(jī)；異形銅排；設(shè)計(jì)；研制

1 前言

YXKK三相異步電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、公共設(shè)施及家用電器等各領(lǐng)域中的機(jī)械裝備、風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)、冶金、石化、紡織、造紙、交通、建筑、礦山、食品等行業(yè)。目前，電動(dòng)機(jī)的用電量平均占世界各國總用電量的40%以上，占工業(yè)用電量的60%以上。

我國是亞洲第一大電力消耗國，也是世界上目前缺電最為嚴(yán)重的發(fā)展中國家，從1992年起我國的年發(fā)電量和用電量均居世界第二位，而其中60%以上的電能被用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，電動(dòng)機(jī)能源效率水平的提高對(duì)于我國能源節(jié)約、環(huán)境保護(hù)以及資金節(jié)約均具有重要意義，并且隨著節(jié)能減排意識(shí)的增強(qiáng)，超高效電動(dòng)機(jī)的制造迫在眉睫。

2 YXKK450-6 6kV超高效三相異步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)過程分析

2.1總體設(shè)計(jì)

超高效電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)是降低各項(xiàng)損耗，提高電動(dòng)機(jī)效率，縮短線圈端部長度，加強(qiáng)沖片和定子鐵芯的制造質(zhì)量，從而減少鐵耗引起的銅耗；改善轉(zhuǎn)子槽絕緣工藝，降低負(fù)載雜耗；合理選擇槽配合和硅鋼片的牌號(hào)，降低鐵損和定子銅耗。

2 . 2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本產(chǎn)品主要由定子、轉(zhuǎn)子、滾動(dòng)軸承、空-空冷卻器、后傾角風(fēng)葉風(fēng)扇、接線盒等幾大部分組成。

（1）定子

定子由定子鐵芯、定子線圈、機(jī)座、定子測(cè)溫元件、接線盒和空間加熱器等部分組成。

（a）定子鐵芯

定子沖片采用50W350優(yōu)質(zhì)冷軋電工鋼片做導(dǎo)磁材料，解決了熱軋硅鋼片因厚度不均，鐵芯迭壓后出現(xiàn)較大偏差的問題，又減少了鐵耗，降低了振動(dòng)和噪聲；并利用Ansys分析每段風(fēng)道的風(fēng)壓風(fēng)量設(shè)計(jì)合理的通風(fēng)道分布及風(fēng)道數(shù)量，嚴(yán)格的控制電機(jī)風(fēng)摩耗。

（b）定子機(jī)座

定、轉(zhuǎn)子及冷卻器等都裝在機(jī)座上面。它需要承受扭轉(zhuǎn)負(fù)荷，軸的彎曲應(yīng)力和電機(jī)本身重量，為滿足這些要求，機(jī)座設(shè)計(jì)成由底腳板及壁板組成的鋼板焊接而成的箱式機(jī)座，加強(qiáng)了機(jī)座整體的強(qiáng)度，使電機(jī)能安全穩(wěn)定的運(yùn)行。機(jī)座內(nèi)部采用圓筒狀的導(dǎo)風(fēng)裝置，轉(zhuǎn)子風(fēng)扇產(chǎn)生的風(fēng)可集中順著圓筒狀導(dǎo)風(fēng)裝置引入鐵芯，起到了導(dǎo)流的作用，減少了風(fēng)量流失，加大了鐵芯散熱的風(fēng)壓，提高了電機(jī)的散熱效果。

（c）定子繞組

定子繞組材料采用薄膜繞包銅扁線GLEMB-155/0.4-YN，采用較短的鐵芯長度和合理的線圈線規(guī)，降低硅鋼片、電磁線和部分鋼材等材料用量，節(jié)約成本。

（2）轉(zhuǎn)子

轉(zhuǎn)子主要由轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)子鐵芯、內(nèi)風(fēng)扇等部分組成，如圖1所示：

（a）轉(zhuǎn)軸：

轉(zhuǎn)軸采用35#鍛鋼，軸上焊接6根輻板，材料為Q235B碳素鋼。

（b）銅排：

轉(zhuǎn)子采用異形銅排轉(zhuǎn)子，具有比傳統(tǒng)鑄鋁轉(zhuǎn)子更小的損耗，提高了整體效率；不僅擁有普通矩形銅排損耗小的優(yōu)點(diǎn)，而且能保證滿足用戶對(duì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的要求。

（c）轉(zhuǎn)子鐵芯：

轉(zhuǎn)子采用鼠籠式結(jié)構(gòu)，采用50W350優(yōu)質(zhì)冷軋電工鋼片，質(zhì)量好，單位鐵耗小。

（d）后傾角風(fēng)葉風(fēng)扇：

將電機(jī)內(nèi)、外風(fēng)扇葉片設(shè)計(jì)成后傾式結(jié)構(gòu)，使風(fēng)扇進(jìn)、出風(fēng)口角度為35°，在滿足電機(jī)散熱所需風(fēng)量和風(fēng)壓的前提下，降低了機(jī)械損耗，提高電機(jī)效率，同時(shí)也降低電機(jī)由于風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)引起的空氣動(dòng)力噪聲。

（3）軸承：

軸承采用國產(chǎn)軸承，軸承牌號(hào)為軸伸端6228M/C3，非軸伸端6228M/C3。軸承測(cè)溫元件采用WZPDA-3G。潤滑油采用L-XBCHA3鋰基脂進(jìn)行軸承潤滑，為了防止產(chǎn)生軸電流，在非軸伸端進(jìn)行絕緣處理。

（4）通風(fēng)系統(tǒng)：

空-空冷卻器由鋼板和冷卻鋼管焊接而成。冷卻器內(nèi)分布一定數(shù)量的冷卻管，由內(nèi)風(fēng)扇將電機(jī)內(nèi)部熱氣流吹入冷卻器內(nèi)部，通過熱傳遞使熱量被冷卻管內(nèi)的冷空氣吸收，外風(fēng)扇推動(dòng)冷卻管內(nèi)冷空氣流動(dòng)，從而完成散熱的過程。進(jìn)、出風(fēng)溫差15°C左右，起到散熱的作用。

（5）通風(fēng)系統(tǒng)：

電機(jī)采用兩端對(duì)稱進(jìn)風(fēng)的徑向通風(fēng)系統(tǒng)。在電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵芯左右兩端各裝有一個(gè)后傾式風(fēng)扇。它將電機(jī)內(nèi)部熱氣流經(jīng)過電機(jī)中心吹入到冷卻器內(nèi)，經(jīng)過冷卻器的冷卻后，將熱量帶走，再由冷卻器兩側(cè)進(jìn)入電機(jī)內(nèi)部。冷卻器內(nèi)分布一定數(shù)量的冷卻管，由外風(fēng)扇推動(dòng)冷卻管內(nèi)部氣體流動(dòng)，從而完成流動(dòng)散熱的功能。使各部的溫升能較均勻地分布，從而降低最高局部溫升，提高絕緣壽命，同時(shí)提高電機(jī)的使用壽命。

3 結(jié)束語

本產(chǎn)品的效率為95.2%，同等級(jí)異步電動(dòng)機(jī)效率93.5%，按照平均每年工作8000小時(shí)，工業(yè)用電1.0元/千瓦時(shí)計(jì)算，該產(chǎn)品每年節(jié)約用電（95.2%-93.5%）×400×8000=54400千瓦時(shí)，節(jié)約用電成本1.0×54400=5.44萬元，年可節(jié)約用電5.44萬千瓦時(shí)左右，相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤11.5噸，減少二氧化碳排放量25噸。

隨著節(jié)能減排意識(shí)的增強(qiáng)，可見超高效電機(jī)制造的必要性。在這次YXKK450-6 6kV超高效三相異步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)、制造，為今后該類電機(jī)的設(shè)計(jì)起到重要作用。

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（作者單位：泰豪沈陽電機(jī)有限公司）