空气压缩机用三相同步电动机TKS900―42500kW10kV设计

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摘要：文章介绍了空气压缩机用TKS900-4 2500kW 10kV三相同步电动机的研制过程。通过具体分析和试验，详细介绍了此型号电机的结构设计及性能参数。

关键词：空气压缩机用同步电动机 电磁计算 结构设计

中图分类号：TH 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2013）05-0246-01

随着电机行业的不断发展，电机产品的外压和内涵亦不断拓展，电机产品也广泛的应用于能源、交通、石油、化工、建筑等各个领域，并且电机通用性逐渐在改变，打破了过去同一类电机分别用于不同性质、场合的局面，电机正向专业性、特殊性、个性化发展。目前，随着现代化工业生产规模的逐步增大，与之配套的生产设备也向着大型化、高运转率方向发展，因而拖动大型机械设备的电动机功率也随之越来越大，高电压等级、高功率、大容量、高性能电机的发展方向成为最重要的方向之一，这促使电机生产企业纷纷向高压电机行业靠拢，以提高企业的行业竞争力。

每台产品在订货之前根据用户的要求需要做电磁方案的设计，确定电机的各项参数之后，电机外形图交给用户认证，达到用户的认可，订货后才可以做整体结构设计。根据本台电机的功率2500 kW转速1500r/min来确定电机中心高为900，再由电压等级10kV，来决定定子冲片的内外径尺寸及冲片开槽的宽高，按照所选取的冲片开槽尺寸与10 kV电机的绝缘要求来选取定子线规的尺寸，通过调节其定子线圈匝数，并联路数，铁芯长，以满足50W-400号硅钢片对磁密的要求，并保证定转子的温升和起动性能；四六电机的气隙一般选15mm或16mm，转子的外径由此确定。带风机负载的电机，负载机械的飞轮力矩很大，本台电机负载的GD2达到7.5 t・m2， 需要计算电机起动过程中发热量，超过限值，需增加磁轭铁长及做一些工艺上的处理。

该电机采用卧式箱型结构，端盖式球面滑动轴承，电机轴伸为标准圆柱形，电机顶部装有空-水冷却器，内部带空间加热器，底部带底板。

定子，包括机座、定子铁芯、定子线圈。机座是定子的主要结构件。由多个加工后的钢板单件焊接而成，起承受冷却器重量、定子重量，固定铁芯的作用。采用箱式机座，其外形尺寸由电磁方案所选取的定子冲片的尺寸及电压等级决定，为提高机座强度和刚度，外壁板采用用40mm厚钢板，为定子吊装及翻转用，钢板开吊装孔，中间两壁板间设有环筋板，以固定铁芯冲片，两壁板用圆钢贯穿，可承受比正常更大的负荷。

定子铁芯使用50W-400硅钢片叠压而成，全圆由9张扇形片拼成，1/3迭片，整圆共72槽，冲片叠压系数不低于0.98。定子采用内压装，径向通风道结构，即以冲片外圆定位，依次将单张或数张冲片，以一定记号孔定位放入机座内，冲片和机座采用一定的间隙配合，藉机座内筋板及拉紧螺杆紧固。.压装后，由定子压圈压紧，压圈与机座外壁板采用间断焊，焊接时做消除应力处理。

定子绕组为双层叠绕组，线规两根并绕，为削弱5、7次谐波电动势，经过计算取节距1～16，下线前定子铁芯喷整浸防晕低阻漆，下线后用半导体环氧引拔槽楔塞紧固定，绕组相邻端部用涤纶毡适形材料卷包环氧层压玻璃布板后填充填充两处。线圈间连接和极间连接均采用搭焊，用焊料焊牢。定子引线与接头采用强力冷挤压后搪锡，线圈按标准规定进行耐压及防电晕试验后，整个定子采用VPI真空加压浸漆工艺，且绕组端部表面喷环氧覆盖漆，绕组端部和直线部位固化成整体，从而减小匝间短路的可能，同时，浸渍漆充分占满槽内空间，提高散热性能。

转轴承受整个转子的重量及负载施加给电机的扭矩，轴材质采用45#钢，磁轭材料为铸钢ZG270-500，根据现有工装开磁极螺钉孔，为避免极面电流流向磁极螺钉引起火花，磁轭与极靴接触面应保证平整光滑，根据转轴配合处的轴径尺寸，磁极线圈引线的位置，撑架的位置，对磁轭进行相应的加工。做磁轭部分设计时需要做一些机械计算，包括磁极螺纹牙的强度计算，磁极线圈撑架的强度计算及撑架的螺纹牙强度计算，根据以往经验这都是比较容易出问题的地方，计算时留有一定的余量。

极靴材质45#钢板，极靴的电阻率较高，此类电机起动电流较大，起动转矩较高，而牵入转矩较低，极靴在粗加工后精加工前进行调质处理。

磁极线圈的线规在电磁计算时已经选定，结构为焊制线圈。线圈联接采用银焊焊牢，且各拼焊处须焊透、修平，引线端搪锡。本台电机铁芯长，转速高，为防止磁极线圈在运行中变形，线圈之间加撑架，经过计算撑架数量为两个，要求线圈热压成型后外表面整洁平整，以保证撑架撑紧线圈。极靴还可起到压紧磁极线圈的作用。

轴承采用端盖式球面滑动轴承， 按转子重量及跨距计算的轴承负荷值，本台电机采用油环、油盘与压力加油复合，油根据轴颈圆周速度选用。为了防止产生轴电流，在非轴伸端进行绝缘处理。

空-水冷却器由冷却器箱体和外购的冷却器组成。冷却器箱体由钢板焊接而成。冷却器容量由电机的额定功率和计算效率选取。

电机本体与上部冷却器形成一个封闭空间，采用电机两端对称压入的径向通风系统。在电机两端装有两个同轴风扇，它将电机内部热气流由电机机座中心吹入顶部的空-水冷却器，经过空-水冷却器的冷却后，冷空气从罩板的两端进风口进入，电机两端空腔内。一部分经定子绕组端部，通过通风孔经定子铁芯外圆表面流出；一部分经定、转子绕组，通过定、转子气隙，经定子通风道流出；两路气流汇合，从定子铁芯外部溢出，再进入顶部的空-水冷却器，从而完成内部冷却空气循环流动散热的功能。这个风路循环体系使定子绕组端部和铁芯端部得到较好的冷却，电机各部分的温升能较均匀地分布，从而降低最高局部温升，提高绝缘寿命。

此次空气压缩机用tks900-4 2500kW 10kV三相同步电动机的设计原则是在总结国内电机行业先进经验及我公司的实际生产经验，将可靠性放在首位，在可靠的基础上改善性能，节省材料和加工工时，提高技术经济效益，使其设计达到技术条件及订货合同要求.。

参考文献：

[1]机械电子工业部上海电器科学研究所全国旋转电机标准化技术委员会秘书处：《中国电机标准宣贯资料》

[2]机械工程手册与电机工程手册编辑委员会：《电机工程手册》第4卷

[3]湘潭电机厂：《交流电机设计手册》，湖南人民出版社，1977

[4]许实章：《电机学》，机械工业出版社，1992

[5]陈世坤：《电机设计》第二版，机械工业出版社，2000