高压绕线双轴伸电机的设计

孙晓霞

(山东华力电机集团股份有限公司，山东荣成264300)

0 引言

异步电动机绕线式转子为三相绕组形式，电动机起动和运行时，在转子上串入电阻，可以减小起动电流，增加起动转矩，改变电动机转速，因此应用领域广泛。随着市场需求的不断扩大，用户对电机的使用要求不断提高，根据用户需要将YR710-6 电机设计为双轴伸形式，为高压绕线双轴伸电机的制造积累了宝贵经验。

1 技术指标

型号YR710-6;功率2 240kW;额定电压6kV;效率95.6%;功率因数0.85;最大转矩倍数1.8;定子温升≤80K;工作制S1;绝缘等级F 级(温升按B 级考核);防护等级IP23;冷却方式IC01;安装方式IMB3;电机具有双轴伸，两端轴伸尺寸相同。

2 设计难点

绕线式转子电动机带有滑环装置，滑环用于将转子的三相电流引入到滑环接线盒，用户将电阻的接线接入滑环接线盒，就可以改变转子电阻的大小。滑环装置热套在电机轴上，为了避免滑环碳刷与滑环圈摩擦产生的碳灰影响电机性能，通常将滑环罩和滑环装置安装在电机的非轴伸端(见图1)。

图1 高压绕线转子电机装配图

高压绕线转子异步电动机转子绕组为双层波绕组，接法为Y 接，转子线电流大，每相线电流300 ～400A，因此转子线圈为插入式硬绕组线圈，采用5×25 铜排外包粉云母带绝缘。为了接线方便，转子线圈的上层线圈由轴伸端穿入，下层线圈由滑环端穿入，嵌好线圈后，转子每个槽中有上下两层线圈，两层线圈的裸露部分由拼头套包住，焊接成一体。轴伸端有三个槽的下层线圈用于封星点，滑环端有三个槽的上层线圈用于三相出线。三个上层线圈的裸露部分与三个导电排焊接，将转子出线的六根电缆分别与三个导电排连接。转子每相出线为2 根70mm2电缆，为了将转子三相出线电缆接入滑环装置，将电机的轴在非轴伸端钻直径80 ～110mm 孔，转子三相电缆通过轴上6 个均匀分布的斜孔穿入通孔中，从轴的非轴伸端引出后接入滑环装置的三个接线柱。电机轴见图2，转子见图3。这种结构决定绕线转子电机只能是单轴伸形式，由轴伸端连接负载传动。市场需求绕线电机具有双轴伸，两个轴伸都可以输出转矩，我们对绕线转子电机的转子做了改进，以满足双轴伸电机的要求。

图2 高压绕线电机轴

图3 高压绕线电机转子

3 电磁设计

电磁设计按以下范围控制

气隙磁密Bg:控制在0.6 ～0.8T;

定子齿磁密Bts:控制在1.35 ～1.55T;

定子轭磁密Bys:控制在1.2 ～1.5T;

转子齿磁密Btr:控制在1.35 ～1.65T;

转子轭磁密Byr:控制在1.35 ～1.55T;

电机热负荷AJ:控制在1800 ～2500。

该电机设计参数，槽配合选用72/90，三圆选用1180/850/535，气隙为2.6mm。为了优化电机性能，缩短铁心长度，确定铁心长度为770mm。将电机定子线圈和转子线圈的绝缘厚度减薄，定子线圈铜线的漆膜厚度为0.4mm，外包绝缘层单边厚度1.65mm，转子线圈绝缘层单边厚度0.5mm。

4 定子结构

电动机机座为钢板焊接方箱式结构，机座内部空间大，为增加电机的整体刚度，提高其固有频率，降低电磁噪声，在机座内铁心长度方向中间位置增加一道环筋板。定子冲片为整圆冲片，定子铁心采用外压装的方式压入机座。定子线圈采用双层叠绕组线圈，在定子绕组内埋设了6 支Pt100铂热电阻，用来检测线圈及铁心的温度。为了加强定子绕组端部的固定，在线圈端部相隔80mm绑扎两道软端箍，绑扎方便易于整形。软端箍经VPI 浸渍固化后形成两道玻璃钢环，具有强度高、无磁性的特点。定子线圈固定的槽楔为分段固定，每槽内嵌入3 段槽楔，槽楔间隔100mm 左右，这样可以最大化减小径向风阻，通风冷却效果好。定子的接线为2 路Y 接，定子出线在轴伸端，出线电缆通过定子筋与机座环筋板的空隙引入主电源接线盒。

5 转子的改进

轴粗加工后，在轴的滑环端六个斜孔处，相隔120°铣槽，槽的宽度为30mm，深度为16mm，槽铣到滑环装置安装台前端。圆轴上加工一挡台，用钢板加工一个轴套热套在圆轴上。轴套为台阶式，内径与轴过盈配合，轴套的粗端紧靠在圆轴挡台上，外径比轴承内盖的内径大10mm，轴套的细端外径比轴承内径大10mm，轴套的长度满足轴承装配的空间需要。三个铣槽从轴套内孔穿过，然后对轴进行精加工，在轴套上加工出轴承安装台、轴承内盖台、轴承外盖台和轴承挡圈槽，改进后的轴见图4。

图4 改进后的绕线转子电机轴

转子嵌线完成后，用三个25×5 扁铜母线制作的导电排代替6 根出线电缆，连接到滑环装置。导电排外包云母带绝缘层，包绕后尺寸为30×10mm。将滑环装置的接线柱方向改为朝向轴伸端，导电排压入轴上的槽内，每根导电排根据在轴上的距离用线夹和螺栓固定在轴上，并用环氧无碱玻璃丝带缠紧。导电排穿过轴套内的槽后，将裸露铜导体部分与电缆焊接，将电缆连接到滑环装置的接线柱上。转子经VPI 浸渍固化后，环氧无碱玻璃丝带与导电排凝固成一体，导电排没有位移量。电缆与滑环装置连接，滑环装置拆卸时，将电缆接线头与滑环装置分离，导电排与滑环装置不直接连接，有利于保护转子绝缘不受破坏。改进后的绕线转子见图5。

图5 改进后的绕线电机转子

6 轴承结构

轴承采用滚动轴承，前轴伸端为一套圆柱轴承和一套球轴承NU244+6244，后轴伸端为一套圆柱轴承NU244，三轴承结构能承受轴向力和一定的径向力，能够适应复杂的受力环境，而且结构简单，安装方便。没有采用绝缘轴承，在轴承室采用了绝缘垫片、绝缘套装置，这样可以保证轴承不被轴电流灼伤，同时降低了成本。电动机两端的轴承上各带有一支Pt100 铂热电阻，用于检测轴承温度。

7 滑环罩及通风冷却系统

滑环罩设计为方箱式，与机座样式相似，外形美观。在滑环罩前后侧板上部，装有观察窗，可以观察滑环状况。下部装有百叶窗，用于气流的进出。滑环转动部分装有风扇，旋转时产生气流，对滑环进行冷却。在滑环罩后部焊接两层钻孔的孔板，孔板之间有30mm 厚的无纺布，脱落的碳灰从孔板落下，被无纺布吸附，滑环罩后端板装有可拆卸的盖板，打开盖板可以取出无纺布清除碳灰。电机采用轴向通风方式，气流从电机的后轴伸端的进风口进入，然后沿轴向从前轴伸端的出风口流出，内风扇装在前轴伸端。

8 结语

通过高压绕线式双轴伸电机的设计，不仅在电气性能上满足工况要求，而且在结构上进行独具匠心的改造。改进高压绕线转子电机的轴和转子，使绕线电机可以满足双伸轴的要求，加工方法简单，可以应用到小机座号的绕线转子电机上。双伸轴的绕线转子电机，扩大了电动机的使用领域，更好地满足客户需求，提高了产品的竞争力。

［1］ 陈世坤.电机设计.机械工业出版社，2000.

［2］ 钟一谔.转子动力学.清华大学出版社，1987.