YXKK315～630系列高压高效箱式三相异步电动机

乔建伟， 刘彦华， 于喜伟

(1. 卧龙电气南阳防爆集团股份有限公司，河南 南阳 473008； 2. 河南工业职业技术学院，河南 南阳 473008)

YXKK315～630系列高压高效箱式三相异步电动机

乔建伟1， 刘彦华2， 于喜伟1

(1. 卧龙电气南阳防爆集团股份有限公司，河南 南阳 473008； 2. 河南工业职业技术学院，河南 南阳 473008)

YXKK315～630系列高压高效箱式三相异步电动机，产品具有高可靠性、高效率、低振动、低噪声、结构紧凑、重量轻、节能环保等特点。对基本数据、电磁设计、结构设计进行了介绍。产品样机测试数据表明了该系列产品的先进性。

YXKK315～630； 高压高效； 三相异步电机； 设计

0 引 言

依据国家对节能环保电机的需求[1]，结合南阳防爆集团公司长期稳定的高压电机设计制造经验，利用先进的ANSYS结构分析软件[2]、ANSOFT电磁分析软件、FLUENT通风分析软件，2014年成功开发了YXKK315～630新一代高压高效三相异步电动机，也是南阳防爆集团公司高压箱式三相异步电动机的升级换代产品。该产品中心高更低、重量更轻、品质更好、性价比更高，符合国家节能环保的推广政策。

1 基本技术

1.1 技术数据

YXKK315～630新一代高压高效三相异步电动机技术参数具体如下： 型号为YXKK315～630；额定功率为200～4500kW；额定电压为6000V、10000V；额定电流为16～489A；额定频率为50Hz；相数为3；极数为2～20p；热分级为155(F)级；工作制定额为S1(连续)；使用系数为1.0；安装方式为IMB3；主体外壳防护等级为IP55；冷却方式为IC611(空空冷却)；轴承温度≤80℃；轴承类别为滚动、滑动轴承自润滑、滑动轴承强制润滑；轴承润滑油为滚动轴承为长城牌HTHS、滑动轴承为30号汽轮机油(ISOVG46)；旋转方向为顺、逆、双时针(6p及以上可以是双向)。

1.2 电动机性能指标

效率： 全面满足国家惠民和GB30254—2013能效标准中二级能效。

温升、功率因数、堵转转矩倍数、堵转电流倍数、最大转矩倍数： 满足国家技术条件。

噪声：LpdB(A)≤85dB(A)。

振动： 振动等级A、刚性安装下振动保证值为位移13μm，速度1.8mm/s。

2 电磁设计

2.1 设计输入控制

三圆： 三圆基通用大YB和YB2，且6p和8p、10p和12p、14p和16p、18p和20p相同。

铁心分段： 50为一档。若对称风路分段为60 50 40 40 … 40 40 50 60，若单风路分段为 … 40 40 50 60 70，通风道宽度为10mm。

定子冲片： 槽型采用开口槽，装槽楔口处角度采用45°，高度2～8p为4.5mm，10p以上3.5mm。

转子冲片： 都为3号槽，充分利用转子有效面积，降低转子铝耗，提高电机效率。

定子线圈： 功率≤2000kW，电压分别为10kV、6kV，电机主绝缘厚度分别是4.9mm、2.6mm，匝间绝缘分别是0.5mm、0.4mm；功率大于2000kW，电压分别为10kV、6kV；电机主绝缘厚度分别是5.3mm、3.0mm，匝间绝缘分别是0.5mm、0.4mm。

冲片材质： 均为50W470。

槽楔： 磁性槽楔，角度采用45°，厚度2～8p为4mm，10p以上3mm。

2.2 计算结果控制

磁负荷控制： 定子齿部磁密略高于轭部磁密，定子齿部磁密最高值不超过1.8T，气隙磁密控制在0.9T。

电负荷控制： 导条电密最大值不超过4A/mm2，2p端环电密最大值不超过3A/mm2，4p和6p端环电密最大值不超过2A/mm2。

热负荷控制： 不超过2500A2/mm3，不同极数和中心高控制值略有不同。

损耗控制： 铜耗和铁耗相差不多，铝耗略小于前两者，杂耗按推荐值，所有机械耗都按实际数据。

性能指标控制： 根据电动机性能指标及计算值与试验值之间的误差，合理控制计算值。

成本控制： 所有冲片材质均为50W470，转子为铸铝转子，零部件高度通用化，因要保证效率，定子用铜量相应增加。

3 结构设计

3.1 总装

该电机整体结构为箱式结构，卧式安装，冷却方式为全封闭空-空冷却型，双轴承支撑，冷却器在电机上部，主电机为一独立空腔，整体由定子、转子、风路系统、轴承、端盖、接线盒等组成，电机剖视图如图1所示。

图1 电机剖视图

3.2 定子

定子主要由机座、定子铁心、定子绕组、加热器、固定板组成。

机座由端板、隔板、侧板、顶板、底板、底脚板焊接成一牢固整体，端板与隔板、隔板与隔板之间由6个φ50mm×5mm的钢管支撑，侧板采用折弯结构，增强强度、减少焊接量。顶板不加工，两端带排水孔和测温、加热钢管走线。

机座最大特点是板壁薄、重量轻、外形美观、采购成本低，整体结构对电机振动[3]、散热、降噪都有很大优点。对同一中心、同一风路结构的电机，在不同铁心长、不同极数下机座规格相同，对组织生产、利用库存带来了极大便利。

定子铁心由定子冲片、定子齿压板、定子压圈、筋叠压焊接而成，定子冲片叠压后，在保压下8根(2p为12根)筋圆周均布交错焊接。2～4p定子铁心两端压圈相同，无挡风板，6p及以上定子铁心带挡风板，下压圈带装筋槽。定子冲片材质为50W470。

定子绕组采用中胶粉云母带绕包线圈，白坯下线后经V.P.I整浸处理，浸漆后绕组端部具有很大的机械强度，能够防止定子绕组端部承受电磁力而变形[4]。每相绕组设2支测温元件，6支测温元件引线在非接线端出线，测温引线圆周方向均匀绑扎在圆环上，在绕组两端各绑1支加热带。

所有穿线管和过线孔都设有保护套，主引线、测温引接线、加热引接线按一定角度和方向从绕组中引出，抬入机座时，找好角度，引线以最短的距离、对应的方向引入相应接线盒，避免引线交错、凌乱。

为保证有绕组定子铁心的可拆卸性，有绕组定子铁心与机座采用过盈H6/p6(2p)、过渡H6/k7(4p及以上)配合。有绕组定子铁心装配时采用6个导向块导向、固定，轴向在铁心筋上增加6个挡块并固定。图2为有绕组定子铁心与机组固定。

加热器采用加热带，加热器规格为400W、220V。

图2 有绕组定子铁心与机组固定

3.3 转子

转子由轴、转子铁心、内风扇组成。YXKK315-2～6p、YXKK355～400-2～4p、YXKK450～560-2p采用光轴，YXKK630-2采用抱筋轴，其他采用焊筋轴。转子铁心全系列为铸铝转子，2、4p不带平衡柱，4p及以上带平衡轴，转子铁心与轴采用热压，转子冲片材质为50W470。

内风扇2、4p采用对称轴流风扇，风扇套内外带平衡槽，4p及以上采用单侧离心风扇，内风扇带键槽并用卡圈固定。转子不带平衡环，平衡量较大的可以直接在铁心两端焊筋上加重，平衡量较小的2、4p可以在风扇内测平衡槽平衡，4p及以上可以用平衡柱平衡，对2、4p高速电机可以现场动平衡，在内风扇外侧平衡槽平衡。

3.4 轴承

全系列除YXKK500～630-2p外都可以采用滚动轴承。根据计算轴承寿命、极限转速、加油周期选取合适的轴承牌号[5]，滚动轴承采用双球轴承，前端定位，后端放开。甩油环和甩水环共用，不带V型密封环，采用曲路密封。

YXKK450～630也可以采用滑动轴承强制润滑，其中2p电机最大功率2500kW(6kV)及2000kW(10kV)，4p电机最大功率3500kW(6kV)及3150kW(10kV)，也可以采用滑动轴承自润滑。为了解决滑动轴承漏油问题和2p自润滑温升高问题，全系列采用了端盖式A型轴承。2p滑动轴承润滑油牌号L-TSA32(ISO VG32)，4p及以上滑动轴承润滑油牌号L-TSA46(ISO VG46)。

3.5 接线盒结构

高压接线盒防护等级IP55，接线空腔大，接线盒在电动机右侧(轴伸端视之)，当电动机功率大于2000kW时，在电动机带中性点接线盒，在电动机左侧(轴伸端视之)，单口出线，出线方式为喇叭口φ70mm或钢布G2.5，适用电缆外径φ39mm～φ63mm。也可根据用户要求配置出线口尺寸或增加格兰头。

测温接线盒采用铸铝结构，内设接线排1排(接线端子40或48个)，默认为双口出线，出线口格兰尺寸为M25mm×1.5mm，适用电缆外径φ6mm～φ18mm。

加热器接线盒采用铸铝结构，单口出线，出线口格兰尺寸为M25mm×1.5mm，适用电缆外径φ6mm～φ18mm。

3.6 端盖

端盖全部采用铸铁端盖，材质为HT250的铸铁，端盖内外侧增加有水平、竖直的加强筋，不但可以增加端盖，还可以加快轴承的散热，降低轴承温度。端盖与轴承套为一体，方便安装，在水平和垂直方向带4个测隙孔，与机座配合止口处增加有密封槽。

3.7 通风冷却系统

2、4p电机采用对称离心内风扇，4p及以上采用单侧后倾式离心内风扇。外风扇采用后倾式离心内风扇[6-8]，2p带轴套、4p及以上不带轴承，风扇盘直接用螺栓固定在转子轴上。端罩采用U型结构，带吸音面，结构简单，焊接方便。2p高速电机为了保证低噪声要求，进出气口带消音措施。

冷却器与导风筒为一体化设计，进风部分采用弧形结构，中间增加导流板。可有效降低该部分的涡流损耗，降低风阻，提高外风路的冷却风量。合理的导流板结构设计，可使各部分冷却管内的风速分布合理，提高冷却器的散热效率。

4 产品的先进性

通过2014年产品试制，共完成180多个规格电机的型式试验，通过数据对比(典型规格试验数据如表1所示)，表明各种性能良好、成本低。

表1 典型规格电机试验数据

注：η0为国家能效等级标准中二级能效值或惠民工程中效率值，Δη为试验值与考虑值差值，其余是试验值。

4.1 中心高低

该系列电机中心高比JB/T10315.2《YKK系列高压三相异步电动机技术条件》中同功率、同极数、同电压的低1～2个中心高，同时南阳防爆集团公司率先开发出中心高315(6kV)、355(10kV)箱式电机。

4.2 性能优良

效率高。效率全部符合国家惠民和国家二级能效指标，部分接近一级能效；温升控制好，为考虑成本，该系列电机温升控制在65～80K之间，相对以前产品温升高，但基本在合格范围之内；噪声低，除2、4p大功率噪声低于85dB外，其他大部分噪声约为80dB；振动低，振动都是一次合格，基本在1.2以下；其他性能全部符合技术条件。

4.3 重量轻、成本低

全系列电机平均重量比原资料降低20%，比同行业平均轻24%；材料成本降低较多，经过详细核算，材料成本约降低12.0%。

4.4 其他

高度通用化，如同中心高的机座、冷却器、端盖、冷却器等通用；外观统一、布线规范；参数化、标准化设计；批量生产基本没有问题；已申报专利26项，其中发明专利2项，目前正在准备申报科技成果。

5 结 语

目前该系列电机已批量生产，经过了现场验证，各种性能要求超过了预期目标，达到国内领先、国际先进水平，但是与ABB、西门子在型谱、重量、稳定性、可靠性等方面还有一定的差距。希望我国电机企业不断科技创新、加快技术进步，全面赶超世界先进技术。

[1] 高压三相笼型异步电动机能效限定值及能效等级： GB30254—2013.[S].

[2] 刘雪梅,倪泽浩,李爱平.基于ANSYS的大型异步电机转子系统动态特性分析[J].中国工程机械学报,2013,11(6)： 480-481.

[3] 王天煜,王凤翔.大型异步电动机定子振动与模态分析[J].中国电机工程学报,2007，27(12)： 41-45.

[4] 鲍晓华,程晓巍,方勇,等.大型异步电机定子端部绕组电磁力的研究[J].电机与控制学报,2013，17(10)： 27-32.

[5] 苏湘君.电动机轴承异常分析及处理[J].华电技术,2009，31(1)： 47-49.

[6] 李贤明,王同章,周平.大功率高速电动机高效率低噪声离心风扇的研究与设计[J].防爆电机,2005，40(1)： 9-12.

[7] 汪书苹,赵争鸣,冯径.YKK355～630系列高压三相异步电动机高效风扇的设计[J].清华大学学报,2009(1)： 9-12.

[8] 郑国丽,周黎民,邓尧强,等.高效电机风路结构设计参数优化[J].电机与控制应用,2015，42(4)： 62-65.

YXKK315～630 Series High Voltage High Efficiency Three-Phase Asynchronous Motor

QIAOJianwei1，LIUYanhua2，YUXiwei1

(1. Wolong Electric Nanyang Explosion Protection Group Co., Ltd., Nanyang 473008, China； 2. Henan Polytechnic lnstitute, Nanyang 473008, China)

YXKK315～630 series high voltage high efficiency motors have many remarkable features, such as high reliable performance, high efficiency, low vibration, low noise, compact construction, light weight, energy-saving etc. Introducing the basic data, electromagnetic design and construction design. According to the sample motor performance test and the data analysis, this series motor had advanced performance.

YXKK315—630； high voltage high efficiency； three-phase asynchronous motor； design

乔建伟(1975—)，男，本科，高级工程师，研究方向为高压电动机的设计与开发。 刘彦华(1977—)，女，本科，副教授，研究方向为电机电气、自动控制技术教学与科研。

TM 343

A

1673-6540(2016)07-0063-04

2015-10-22