魏银秀

(兰州电机股份有限公司，甘肃 兰州 730050)

一种紧凑型高速立式电动机的结构设计*

魏银秀

(兰州电机股份有限公司，甘肃 兰州 730050)

为解决三相变频高速立式电机因长径比大引起电动机重心高、电机振动及稳定性的问题，介绍产品结构设计机理：将电机的内风路系统移至外部，减小电机的长径比，降低电机的重心，从而提高电机的稳定性。通过厂内试验及现场安全运行证明该电动机结构合理、运行稳定，为完善产品结构设计提供经验和基础。

变频;高速；立式；长径比

1 电机结构设计

1.1 电机的规格和性能

型号：YPTQLSK450-4；额定电压：690V；防护等级：IP54；安装方式：IMV1；设计性能参数(设计值)；额定电流：766.5A；效率：95.59%；堵转电流倍数：5.78；最大转矩倍数：2.48；额定功率：800 kW；频率：33.6 Hz；工作方式：S1；冷却方式：IC81W；额定转速：995 r/min；功率因数：0.902；堵转转矩倍数：1.85。

1.2 电磁设计

绝缘规范采用兰州电机股份有限公司10 kV绝缘规范。定子采用2.8×5.3的云母导线，转子采用3×10×40的梯形铜排，定子槽楔为环氧布板。定子电密3.4 A/mm2,线负荷626 A/cm,定转子气息1.6 mm,定子温升50 K,转子温升49 K，考核温升为105 K。对各频率段方案进行严格的细调，在最大程度降低电机材料成本的基础上力求温升调到最低、技术指标达到最佳。

1.3 结构设计特点[3-4]

电机安装形式为IMV1，即电机下面带凸止口的法兰与底座安装连接。电机单侧带水空冷却器，冷却器上端装有低压电动机带动冷却器内的风扇，形成内风路冷却系统。转子铁心两端不带轴流风扇。为确保电机性能的准确性，设计电磁方案时尽量使气隙磁场分布接近合理化，使电机在各个频率点的性能指标达到最高，定、转子均采用中型新系列通用冷轧硅钢片设计。电机上下轴承均才用滚动轴承。电机的主轴伸向上，副轴伸端装有测速编码器。电机结构图如图1所示。

图1 电机结构图

1.3.1 电机重点部分设计

由于该电机长期工作在试验平台上，基础刚度差，故在电机设计时要将电机的外型尺寸压缩到最小：即机座的直径、机座的高度。该电机的额定电流大，在有限的机座空间内设计采用了4个导电排引接线，极间汇流排采用10×30铜母线TMR，重叠放置在线圈端部的周围如图2所示。在大量压缩机座尺寸的情况下，给截面尺寸大的汇流排设置安放位置、预留操作空间都极其困难，同时给生产工艺带来了一定的难度。在设计此处时，综合考虑了设计、工艺、生产等多方面的不利因素，合理利用电磁和机械的各方面特点，对电机进行优化设计。

为降低电机的重心，改善电机长径比大造成的不良因素，取消电机内转子铁心上的离心风扇及定子两端的挡风板座和挡风罩，使用电机侧面冷却器中的外部风扇抽、送风。外风扇送进电机的冷风经过定子的上端部，进入转子铁心档，当电机工作时，靠离心力和电机内外的风压差，冷风经过定子铁心档，再被送到电机外的冷却器内。定子铁心上端的压圈、机座的环板上没有设置通孔，以免进入电机的冷风从此处短路如图3所示。设计线圈下侧端部冷却时,合理的利用风阻的特性，在压圈和机座环板上设计了通风孔，降低此处的风阻，从主风路上抢一小部分冷风来冷却电机的下侧端部如图4所示。另外，在定子铁心档的机座立筋上设计了腰形通风孔，让机座内腔圆周内各个角落的热风运动起来，防止死角，提高散热效率如图5所示。

图2 汇流排布置图 图3 上端部风路示意图

图4 下端部风路示意图 图5 机座立筋通风孔

电机外侧冷却器腔体内的风路设计采用单循环形式。冷却器罩顶部装有电动机(Y132S-4B5,电压AC380 V，容量5.5 kW)， 其腔体内上部安装了离心风扇，使得冷却器腔体内形成负压区。从电机铁心档出来的热风经过贴于机座表面的水空冷却器冷却后，在导风筒的引导下汇流到冷却器罩腔体上部的离心风扇内侧。离心风扇在外置电机的驱动下，将冷风送到电机内，以此达到电机的冷却目的。这种风路的优点是对电机铁心段的冷却效果较好，会强迫大量的冷风从此铁心段经过，带走热量，达到最好的冷却且节省材料 。冷却器结构图如图6所示。

图6 冷却器结构图

1.3.2 其他配套部件

在该系列内首次采用大型角接触球轴承，使长期工作在刚度差的试验平台上的瘦高型电机具有很好的调心。其次，在不加大主体尺寸的基础上，增加下法兰的把合面直径,提高电机的稳定性。为防止冷却器漏水损坏电机绝缘，设置了渗漏水报警装置。

2 电机试验

2.1 振动和噪音

通过试验对电机各点的振动和噪音进行了仔细的检测，均符合标准如表1所列。

表1 噪声和振动测定数据表

2.2 空载特性

电机的空载试验是给定子加额定频率的额定电压，空载运行的试验。其目的是检查电机运转的灵活情况，有无异常噪音和较强的振动；通过测试求的电机在额定电压时的铁心损耗和在额定转速时的机械损耗，这两个损耗是电机的五大损耗之一，是采用损耗分析法求取电机效率的必须参数。

通过试验得出空载电流与空载电压的关系曲线，这条曲线其实是一条磁化曲线。

曲线反应电机磁路的工作情况：铁心材料的性能、尺寸、定子绕组的匝数及形式、定转子气隙等的设计时否合理。

该电机的空载曲线如图7所示,由曲线求得:

PFe=9.97 kW,Pfw=1.28 kW

图7 空载特性曲线

2.3 性能参数

该电机的各项性能参数和温升是最主要的考核，性能参数和温升值的高低直接反应出本次设计是否成功。通过试验验证了电机的性能及指标均达到协议要求和相关标准。各项型式试验数值如表2所列。

3 结 语

解决电机的长径比，提高立式电机的稳定性，增强卧式电机的绕度，始终是设计电机的重点思想。减少制造电机的原材料，压缩电机成本，一直是行业关注的内容。该方法是仅从改变电机的冷却风路方面做了改进，试验结果证明电机结构合理、稳定性好，为以后设计同类产品积累了经验。在此基础上，逐步完善电机的整体设计。

表2 试验数值

[1] 汤藴璆.电机学[M].北京:机械工业出版社,1986.

[2] 龚 坰.电机制造工艺学[M].北京:机械工业出版社,1982.

[3] 有色冶金设计研究院.机械设计手册[M].北京:化学工业出版社,2002.

[4] GB 755-2008,旋转电机定额和性能[S].

[5] 机械工业部.电机工程师手册[M].北京:机械工业出版社,1996.

A Structure Design of the Compact Type High Speed Vertical Motor

WEI Yin-xiu

(LanzhouElectricCo.,Ltd，LanzhouGansu730050，China)

In order to solve the high center of gravity caused by big length diameter ratio,the motor vibration and stability for the high speed vertical motor, a design mechanism of product structure is introduced that the external wind path system of the motor will be moved outside, the motor length diameter ratio is reduced, the motor center of gravity is reduced,so as to improve the stability of the machine.Through the test and operation ,it shows that the motor is reasonable in structure,the running is stability.It could provide experience and foundation for improving the product structure design.

variable-frequency; high speed; vertical

2013-11-26

魏银秀(1969-)，女，甘肃兰州人，工程师，主要从事大型电机设计方面的工作。

TH113

A

1007-4414(2014)01-0119-03