高压电机的结构设计

高压异步电动机的结构特点高压异步电动机的设计其基本原则是重量轻、体积小、效率高、质量好、结构简单、运行可靠、使用方便，其次根据供需双方共同签定的技术协议，选定优化电磁方案，再在电磁方案的基础上进行结构设计。由于使用要求的不同，电机结构形式也大相径庭。鉴于干法水泥生产线的现状，在此仅介绍YRKK和YKK两系列电机的结构特点。YRKK系列绕线型高压三相异步电动机的结构特点概述YRKK系列绕线型高压三相异步电动机采用箱式结构，主要由定子、转子、空气冷却器、端盖、轴承、集电环装置等部件组成。电压等级为6000V或10000V；绝缘等级为F级；冷却方式为IC611；防护等级为IP44或IP54；安装方式为IMB3。适用于环境差、防护等级要求高的场所。电机结构由三大部分组成即固定部分、转动部分和辅助部分。装配关系基本采用金加工后的凹沿止口和凸沿止口配合定位，确保定转子的同轴度和磁中心线对齐，满足设计精度要求。固定部分主要零部件结构3.1定子铁心：用定子冲片以一定方式固紧后所形成的整体，具有足够的刚度，使得在气隙对称与非对称磁拉力作用下保持稳定。用于固定定子线圈，构成电机磁回路，传递力矩的部件。体积大小、结构布置由磁密限值和通风要求所定。定子冲片：一般采用0.5mm优质高导磁、低损耗硅钢片冲制而成。并且两面涂有绝缘材料，防止产生较大的蜗流损耗。要有足够的刚度满足传递力矩需要。定子压圈：采用中厚钢板加工而成。用于夹紧定子冲片、通风槽板，从而能将冲片力矩由其传递给机座或基础；并对定子铁心机械强度和刚度有所加强，使铁心在变化磁通力的作用下不会产生不适当的变形；是定子铁心与机座连接固定部件。本身要有足够的刚度和机械强度来满足传递力矩需要。通风槽板：一般采用薄钢板冲制而成，将通风槽片铆在其上或点焊在其上组成。在叠压定子铁心时分段放置，构成冷却通风道，便于冷却空气通过此处时带走热能，冷却发热部件，保证电机正常运行。铁心紧固筋：一般采用中厚钢板按要求尺寸加工而成，待定子冲片叠压后，与铁心分段焊接、与定子压圈焊接牢固，保持铁心的夹紧力和铁心尺寸精度。对定子铁心刚度和机械强度有所增强。3.2定子绕组：采用双层筐形叠绕组，每个线圈有多匝有效导体组成，由定子线圈按照一定规律连接组成，组成定子导电回路。定子线圈：根据定子电流密度和热负荷的选择值，决定所需导体的截面积。定子线圈通常采用电磁线绕制成形，包对地绝缘材料，按所需尺寸制成，是定子电路的重要元件，电磁线一般选用玻璃丝绕包薄膜线。绕组绝缘：一般分为对地绝缘和匝间绝缘两部分，对地绝缘所承受的电压一般是电机的额定电压，匝间绝缘所承受的电压是线圈内部匝与匝之间的电压。现广泛采用F级绝缘材料，允许最高温度为155℃，对地主绝缘采用云母带。6000V以上的电机，对地绝缘外表面有防电晕层，产生电晕是因为高压线圈与铁心之间存在空气间隙，当线圈和铁心之间有高压存在时，空气就会被游离而发生火花放电。电晕对线圈对地绝缘有损害，影响绝缘寿命，所以高压线圈必须采取有效的防电晕措施。一般用半导体材料包于线圈外表面形成防电晕层，通过防电晕层把线圈表面接地，使线圈表面和铁心的电位相等，因而就不会发生电离放电。我厂地处海拔1500多米的兰州，海拔较其他电机厂高得多，6kV的电机，如不采取适当的防电晕措施，就很难出厂。因此，我们对电机的防电晕措施作了研究，并且在产品上作了大量的实践，结果证明是可靠、有效的。我们除了选用优质、抗电晕性好的电磁线以增加内部防电晕能力外，定子线圈外部还采用了我厂研制的“外屏蔽”防电晕处理结构。例如：我厂为地处海拔3800米的西藏高争水泥2000T/D提供的高压YRKK采用真空压力浸工艺浸渍（VPI），增强了绕组的绝缘强度和机械强度。槽楔：一般采用绝缘板加工成形，与定子槽紧密配合，将定子线圈固定在槽内。引接线：采用高压电缆线，且与定子线圈引出头连接。是定子绕组与外部电源的连接件。按电压等级、绝缘等级和电流密度选用。定子端箍：一般采用圆钢或方钢卷制成圆环，并按照绝缘规范要求包绝缘。将每个线圈与端箍进行牢固邦扎。主要作用是承受定子绕组端部与转子绕组端部之间的相互作用力和定子绕组端部相互之间的作用力。使定子线圈不产生有害变形，保证线圈的正常运行。3.3机座：是固定定子铁心、承受和传递扭矩、支持端盖和冷却器的部件，对电机而言没有电和磁的要求，仅起机械固定作用，但机座内腔与定子铁心之间构成用于冷却空气的通道，还与防护罩一起构成防护隔离体，达到较高的防护等级要求。由于异步机定转子之间的气隙很小，因此机座的刚度尤为重要。箱式电机机座广泛采用钢板焊接成箱式机座，机座中的侧板一方面把各机座壁联成一体，另一方面本身厚度也较大的影响着机座刚度；机座中的机壁是决定机座刚度的重要零件，也是定子铁心与机座的连接件和传递力矩件，同时是把端盖支承转子的主要零件；机座中的地脚板是电机安装、抗机座变形的主要零件，也是将力传递到基础上的直接零件。对机座刚度有较大影响，经常用厚钢板制成。3.3挡风板：把吸入与排出的风隔开部件，经常用薄钢板制成。转动部分主要零部件结构转子铁心：是转子冲片直接套在转轴上，以一定方式固紧后所形成的整体，具有足够的刚度，使得在气隙的对称与非对称拉力作用下保持稳定。主要用于固定转子线圈，构成磁回路，传递力矩的部件。体积大小、结构布置由磁密限值和通风效果所定。2）转子冲片：一般采用0.5mm优质硅钢片冲制而成。并且两面涂有绝缘材料，防止产生蜗流损耗。有足够的刚度和机械强度。转子压圈：采用中厚钢板焊接成所要求的形状。用于夹紧转子冲片、通风槽板；加强转子铁心强度，使铁心在变化磁通力和离心力的作用下不会产生不适当的变形；是转子铁心固定在转轴上的部件。同时还肩负着固定转子线圈端的作用。4）通风槽板：一般采用薄钢板冲制成形，并将通风槽片铆在其上组成整体。在叠压转子铁心时分段放置，构成通风道和风压元件。以便冷却空气通过此处时带走热能，冷却发热元件保证正常运行。有足够的刚度和机械强度，克服离心力引起有害变形。5）弧键和平键：（1）平键用于将转子铁心固定在转轴上，并将转子铁心力矩传递到转转轴上。必须有足够的强度，克服挤压力和剪切力起有害变形。（2）弧键嵌放在轴槽中并与轴焊牢，用于固定转子压圈，必须有足够的强度，克服挤压力和剪切力起有害变形。6）转轴：转轴是电机旋转部分的核心，它在电机与配套机械之间传递着转矩。有足够的强度，能够承受电机运转时可能有的一切负荷而不产生残余变形。必须有足够的刚度，一般转轴的最大挠度不超过单边气隙的5%，不致出现定、转子相碰的危险。临界转速与额定转速有一定差距，第一临界转速至少高于额定转速20%以上。我们一般采用筋板与圆钢或锻钢焊接成焊筋轴。筋板的作用一方面可增加轴的刚度，另一方面将转子铁心的力矩传递到轴伸上，还起到组成冷却空气通风道的作用。转子绕组：一般采用双层全节距波绕组，每个线圈只有一个有效导体，这是因为转子电压不宜太高，因为电压太高使得维护困难，绝缘也不可靠。将转子线圈按一定规律连接组成转子回路。用并头套套装转子线圈端部，采用铜银中频焊接方法，确保证电机运行时不开焊。转子线圈：根据转子导线电流密度和热负荷的选择值，决定所需导体的截面积，再确定导线尺寸。导体材料一般选用裸扁铜线。转子线圈由扁铜线和外包F级绝缘材料组成。引接线：用于连接转子绕组和转子集电环的元件。一般用扁铜线外包绝缘制成或用电缆线制成。转动部分动平衡：作转动部分的动平衡，平衡品质等级按G2.5靠核。防止振动超差，对电机运行带来的振动危害。5．辅助部分1）轴承装置轴承：在电机中属通用部件，承受转子重量、单边磁拉力、转子不平衡所产生的力、装配不良和转子负荷所带来的附加力。轴承要有足够的强度、适当的润滑和冷却、防止漏油。常用的轴承有两类1）滚动轴承；2）滑动轴承。滚动轴承主要根据负荷的大小和方向、转速、寿命、经济性和通用性来选型。滑动轴承是在滚动轴承满足不了运行要求时才选用，我公司大型电机一般选用自调心球形座轴承较多。轴承润滑：滚动轴承的润滑的主要作用是：1.防止在滚动体与轴承圈之间产生干磨；2.防止滚动体表面和套圈工作面生锈；3.使因摩擦而产生的热能均匀到轴承的各部分并且散出；4.防止灰尘进入轴承内部。2）润滑油的选择：润滑油与轴承的负荷、转速和工作温度有关。轴承负荷大，单位压力大时应选用粘度大的油，因粘度大的有较大的凝聚力不易从摩擦面挤出来，同时因粘度大容易形成连续油膜，适用低转速运转的轴承。转速高，油层相对位移增大，由油分子的内摩擦所引起的发热量也增大，油易干化，转速高，故宜选用粘度低的油。我们一般推荐轴脂2#。滑动轴承的润滑主要作用是：1.防止在轴瓦与转轴之间产生干磨；2.防止转轴工作面生锈。2）润滑油的选择：高速轴承选用粘度低的润滑油，因为转速高，摩耗发热大；低速轴承选用粘度较大的润滑油，不然油楔不易建立。3)润滑方式：可以采用油环供油自润滑方式、压力循环供油方式和油环和压力循环复合方式。a.油环供油自润滑方式：油环的内径大于轴颈直径，油环围挂在轴颈上，轴带动油环旋转，油环的下部浸在油槽中，依附在油环上的油被带到轴颈上对轴进行润滑。b.压力润滑方式:外部提供的润滑油通过轴承座上的油孔到达轴瓦上,然后使油进入轴瓦的下半部分外经周围油槽中，通过油槽使油进入轴瓦每一侧水平开口中的经向通道内，再进入缝隙中润滑轴颈。端盖式滑动轴承的结构特点：自调心宽球面轴瓦能保证轴瓦和轴承座之间的热传导，提高了轴向力的承受能力；浮动密封环结构，提高了轴承的防漏油能力；为防止轴承室内和电机内部的压差引起的吸油现象，使油雾进入电机内部，安装了气封装置；端盖轴承主要组成部分：（1）轴承座：一般由铸铁制成，其表面带有散热筋。轴承盖：一般由铸铁制成，其表面带有散热筋。轴瓦：它是轴承的核心元件，轴瓦壳材料通常采用铸铁，轴瓦内表面采用轴承合金，作为摩擦面它具有耐摩性、机械强度性能不应变化、可塑性要好以免损伤轴颈，一般为上下两半便于装配和维护。油环：一般用铜材加工成内圈带槽的圆环。内、外油密封托架：一般采用铝材加工。浮动密封环：采用绝缘材料制成。压力平衡通道和压力平衡腔：在铸造轴承座、轴承盖时一同完成制成。轴承绝缘:电机旋转时，与转轴、轴承、机座闭合回路相交链的磁通，有可能变化，俱而在该回路上就会产生电流—轴电流，轴电流会使轴颈和轴瓦损坏。为了防止有害的轴电流发生，在轴承座的内球面上覆贴力学性能和电性能良好、摩擦系数较小的绝缘薄膜隔离开该闭合回路，同时与机座把合的标准件也应采用绝缘材料进行隔离。2）冷却系统结构1．概述：电机在运行时将产生各种损耗，损耗会转变成热量，使电机各部件发热，温度升高，而电机中的某些部件只能在一定温度限值内才能可靠工作。这就需要采取冷却措施，将电机中的热量散发出去，使其在允许的温度限值内运行，保证电机的可靠运行。2．冷却方式：采用密闭通风循环冷却。一次冷却介质与周围环境隔离自成闭合循环回路。一次冷却介质吸热后通过回路中的冷却器将热量传递给二次冷却介质带出机外，二次冷却介质通常是空气。电机的通风系统：采用径向通风系统，由风扇和转子通风槽片组成压头，风道由转轴筋板、定子挡风板、定转子通风槽板、机座和冷却器组成。内风扇：是电机的附加压头元件。它与转子旋转的压头元件共同维持电机所需风量。一般4、6极电机选用轴流风扇，有旋向要求；8极以上选用离心风扇，无旋向要求。风扇材质有铸铝和钢板焊接两种。风扇可直接装在转轴上。外风扇：是外风路的压头元件。它维持外风路所需风量。一般是后倾叶片式离心风扇。风扇材质为钢板焊接。通过风扇坐与转轴相连。冷却器：采用气体—气体冷却器。由冷却管、撑管板、侧板、顶板和端板组成，其中冷却管多为铝管；其它元件为钢板。冷热空气通过铝管进行热量交换，并由外风路带出电机。导风罩：是约束电机周围新鲜空气进入冷却管的管道部件，是热交换器和外风扇通风系统之间所必需的部件。由钢板焊接而成，要求有一定的机械强度和有足够的通风面积。3）集电环装置1．绕线转子异步电机的集电环和电刷用于接通起动电阻，并在电机起动后将转子绕组短路。2．集电环装置组成滑环：三相绕线型异步电机设有三个滑环，作为其转子绕组的端点，和转子绕组一起旋转。滑环一般采用低碳钢制成或用锡青铜制成。滑环热套在由铸铁制成的套筒上，套筒与滑环之间有绝缘材料隔离。一相的导杆仅与一个滑环相连接而与其余滑环绝缘。导杆由紫铜制成，允许的电流密度为4~6A/mm2。滑环大小是根据电流的大小、电刷数量、电刷尺寸、轴承大小、滑环温升以及通风情况来选定。滑环间隔根据电压所需绝缘距离及安装刷握、电刷等零件所需空间决定。另外当滑环表面的圆周速度为30~70m/s时，其接触面的气膜将引起电刷浮动，使电刷与滑环接触不良，电流分布不均出现火花、电蚀，造不良运行。此时应在化环表面加工螺旋槽可防止不上述情况的发生。电刷装置：由电刷、刷握、刷杆和刷杆座等零件组成，通过固定的电刷和旋转的滑环之间的接触，把外电路与转子绕组电路连接。刷杆固定在刷杆座上，刷杆座固定在集电环外罩上，集电环外罩通过支架固定在定子机座上，刷杆和刷杆座有足够的刚度，保证电机正常运行时，不产生有害的变形和机械振动；保证电刷与环良好的接触，刷握沿滑环周向均匀分布。刷握由刷盒和恒压弹簧组成，刷握应使电刷在其内上下自由滑动，恒压弹簧应能保证电刷压力在15~25kPa，在电刷磨损过程中压力能保持大致不变。电刷一般选石墨碳刷。集电环罩：既是隔离带电体与外界空气接触的防护罩也是固定电刷装置的部件；是用钢板焊接成具有足够刚度和机械强度的壳体。壳体大小由散热能力、电刷维护等因素而定。风扇：为增加散热能力而设，由钢板焊接而成，尺寸大小由所需风量而定。6．YRKK系列绕线型高压三相异步电动机的结构图YKK系列鼠笼型高压三相异步电动机的结构特点概述YKK系列鼠笼型高压三相异步电动机采用箱式结构，主要由定子、转子、空气冷却器、端盖、轴承组成。电压等级为6000V或多10000V；绝缘等级为F级；冷却方式为IC611；防护等级为IP44或IP54；安装方式为IMB3。适用于环境差、防护等级高的场所。电机结构由三大部分组成即固定部分、转动部分和辅助部分。装配关系基本采用金加工后的凹凸止口定位，确保定转子的同心度和磁中心线对齐，满足设计精度要求。固定部分主要零部件结构同YRKK系列绕线型高压三相异步电动机的结构，不再赘述。转动部分主要零部件结构转子铁心：是转子冲片直接套在转轴上，以一定方式固紧后所形成的整体，具有足够的刚度，使得在气隙的对称与非对称拉力作用下保持稳定。主要用于固定转子线圈，构成磁回路，传递力矩的部件。体积大小、结构布置由磁密限值和通风效果所定。2）转子冲片：一般采用0.5mm优质硅钢片冲制而成。并且两面涂有绝缘材料，防止产生蜗流损耗。有足够的刚度和机械强度。转子压圈：采用中厚钢板焊接成所要求的形状。用于夹紧转子冲片、通风槽板；加强转子铁心强度，使铁心在变化磁通力和离心力的作用下不会产生不适当的变形；是转子铁心固定在转轴上的部件。同时还肩负着固定转子线圈端的作用。4）通风槽板：一