孟杰 趙賀全

摘 要：本文討論了YMPS630-6-TH-W 1000kW 10kV IP54碗式磨煤機用籠型異步電動機的研制過程，圍繞設計過程進行了分析，總結了設計心得，為今后同類產品的設計積累了經驗。

關鍵詞：碗式磨煤機;高起動轉矩;低起動電流;電磁設計

1 問題的提出

磨煤機作為特殊工況下運動的負載，其起動慣量高，要求電動機的起動轉矩倍數隨之增大，才能在規(guī)定的短時間內起動電機并拖動負載，否則會長時間處于堵轉，定、轉子長時間通過很高的起動電流，電機的導條、端環(huán)及定子絕緣的溫升會迅速升高，此時及易燒損電機。本文對該電機的設計與研制進行了分析，以期為該類電機設計開拓一個新的思路。

2 電動機的基本技術參數

2.1 電動機額定參數及結構特點

額定功率：1000kW;額定電壓：10kV;額定電流：77A;額定頻率：50Hz;額定轉速：990r/min;絕緣等級：F級;防護等級：IP54;冷卻方式：IC611;結構及安裝型式：IMB3。

2.2 依據標準：GB755《旋轉電機 定額和性能》

JB/T7128? YTM、YHP、YMPS系列磨煤機用三相異步電動機技術條件。

3 電動機的設計過程分析

3.1 電磁設計

（1）在滿足負載起動轉矩的要求下，使電機的起動電流倍數≤6.0，起動轉矩倍數≥2.8，最大轉矩倍數≥2.0。

（2）電機轉子采用大直徑雙籠銅條結構。本電機為雙鼠籠異步電動機，特點是轉子上有兩套籠，即上籠和下籠，上籠導條截面積較小，通常用黃銅或青銅等電阻系數較大的材料制成，故電阻較大;下籠導條截面積較大，用電阻系數較小的紫銅制成，故電阻較小;通常兩套鼠籠各有自己的端環(huán)，可使上下籠因發(fā)熱而各自自由伸長。起動時，轉子電流頻率較高，f2=f1，轉子漏抗大于電阻，上下籠的電流分配將決定于漏抗。由于下籠的漏抗比上籠大很多，電流主要從上籠流過。因此起動時上籠起主要作用，由于它的電阻較大，可以產生較大的起動轉矩，所以常把上籠稱為起動籠。正常運行時，轉子電流頻率很低，f2=sf1，轉子漏抗遠比電阻小，于是上下籠的電流分配將決定于電阻，轉子電流大部分從電阻較小的下籠流過，產生正常運行時的電磁轉矩，所以下籠稱為運行籠。雙鼠籠電動機有較大的起動轉矩，一般可以帶額定負載起動;同時，它在額定負載下運動時也是有較高的轉速，因而與較好的運行性能。

3.2 電磁參數的選取

（1）該電機的中心高為H=630mm，經過優(yōu)化分析采用定轉子沖片為Φ1060/Φ770/Φ520mm，鐵芯長650mm，通風道數12，定子槽形為開口槽，為了提高起動轉矩，轉子槽形為雙籠，上導條采用黃銅。（2）槽配合Q1/Q2的選取。定、轉子槽配合對感應電機的附加損耗、附加轉矩、振動和噪聲的影響很大，因此選擇槽配合時應遵循一定原則：1）為了減少諧波磁動勢，每極每相槽數Q1一般取整數;為減少附加損耗，降低電機溫升，應采用少槽-近槽配合;經過計算，本電機槽配合采用72/58。（3）為了避免在起動過程中，產生較強的異步附加轉矩，應使Z2≤1.25（Z1+p）。（4）定子接法： 10kV Y接，1路。（5）氣隙：2.6mm。（6）定子電密：3 A/mm?。（7）定子熱負荷：1088 A/cm A/mm?。（8）轉子導條電密：0.65 A/mm?。（9）定子端環(huán)電密：0.41 A/mm?。（10）定子齒磁密：15022GS。（11）定子軛磁密：15078GS。（12）轉子齒磁密：14724GS。（13）轉子軛磁密：15286GS。（14）氣隙磁密：7699GS。

4 起動溫升的計算

電機在拖動高起動慣量負載起動時，往往會遇到起動電流大、起動時間增加這類問題。因此在電機設計過程中，必須計算起動過程中電機個部分溫升，以保證其不超過材料限制。由于電機在起動過程中時間較短，通常不考慮定子繞組與鐵芯之間熱傳遞，將這一過程視為絕熱過程。

4.1 起動時間計算

異步電動機起動時，其轉速與時間的關系，可按下列運動方程確定。

式中：Te——電動機的電磁轉矩（N·m）;TL——負載阻力矩（N·m）;J——機組的轉動慣量（kg·m2）;Ω——角速度（1/s）。

計算機組起動時間為20.5s。

4.2 轉子導條及端環(huán)的起動溫升計算

即在絕熱狀態(tài)下，計算轉子導條和端環(huán)的起動溫升。

在起動過程中，若忽略轉子鐵耗，輸入轉子的功率一半用來使轉子加速;另一半為轉子銅耗。若軸上無負載轉矩，則轉子損耗等于電動機額定功率乘以機械時間常數的1/2。當軸上有負載轉矩時，不但使起動時間增長，還使電動機產生額外的轉子損耗，從而導致轉子溫升增加。

計算后得出結果，該電機繞組起動溫升58K，導條起動溫升215K，端環(huán)起動溫升69K，滿足材料對于溫升限制的要求，電磁方案的設計可以滿足拖動起動慣量高磨煤機的要求。

5 結束語

由表1可見，該產品性能指標滿足標準要求，電機如期合格出廠。該電機電磁設計及結構設計是成功的，為今后設計制造碗式磨煤機用籠型異步電動機積累了經驗。

參考文獻：

[1]交流電機設計手冊[M].湖南人民出版社，1977.

[2]陳世坤.電機設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，1990.

[3]傅豐禮，唐孝鎬.異步電動機設計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2001.