YKS800-2 10 kV 4 000 kW大型高压电动机的研究与设计

李培德，李贤明，张福东，王 松，林洪涛，刘文超，陈 鲲

(山东齐鲁电机制造有限公司，山东济南 250100)

0 引言

近年来，经过深入的研究和创新设计，我们已经解决了电动机的振动和轴承漏油问题，开发试制出了顾客满意的优良的产品。

1 电磁设计

1.1 基本技术参数

额定功率:4 000 kW 额定电压:10 kV

额定转速:2 992 r/min 额定频率:50 Hz

额定电流:263 A 极 数:2

相 数:3 定子接法:Y

绝缘等级:F级 结构形式:IMB3

防护等级:IP54 定额类型:S1

效 率:96.8% 功率因数:0.90

最大转矩倍数:2.67 堵转转矩倍数:0.84

堵转电流倍数:6.74 冷却方式:IC81W

1.2 设计技术数据

定子槽数:48，外径:1 300 mm，内径:640 mm，净铁心长:682 mm，定子通风道数:20(宽6);

转子槽数:40，气隙:5.5 mm，内径:340 mm，净铁心长:682 mm，转子通风道数:10(宽12)，端环截面面积:40×100。

2 铁心及风路设计

该型号的电机由于采用水冷结构，密封较好，噪声一般不会超标，重点应该考虑的是在保证电机效率的前提下，采用合理的内部通风系统和大小适中的风扇。

电磁计算程序计算结果显示，风道是否对齐对该型号电机的性能几乎没有影响。根据西屋公司的研究结果，转子风道宽12 mm，定子风道宽6 mm，风道之间宽窄两种叠片厚度间隔排列，由于定子风道数增加导致散热面积增加，加上采用风道不对齐结构，可以有效地降低通风噪声和定子温升，见图1。

图1 定转子铁心风道排列

有的资料上建议大型箱式结构电动机特别是低速电机采用轴向通风比较好，认为轴向通风可以在电机一端采用足够大的离心风扇，以增加通风量。我们认为轴向通风风路长，风阻大，如果采用径向通风相当于把同样长的风路掐断后并联。风路变短，通风面积成倍增大，再把电机一端的大风扇改成两个小风扇装在电机两端，避免了窝风，通风效果大大改观。由于该电机是2极高转速电机，电机两端的风扇设计成钢板焊接结构的轴流风扇，实践证明:如果将风扇设计成后倾式离心风扇，电机反方向旋转时对冷却效果的影响不大。

3 转子结构设计

如果转子在运行过程中有易松动件，势必引起电机振动，高速电机尤其严重。应该引起高度重视。

由于离心力的作用，电机高速旋转时可能引起转子导条在槽内松动，因此设计时在槽底增加了楔键槽，穿入导条后打入楔键楔紧并在两端焊死。

轴由一整根35CrMo锻钢加工而成，转子铁心和轴之间采用过盈30丝配合加25 mm宽的键的连接方式，既避免了纯过盈配合时对铁心的过度加热，降低了加热温度，又防止了纯键连接的易松动现象。工艺性和可靠性都很好。

端环为锻紫铜材料，计算证明电机高速旋转时离心力将导致端环发生变形，因此在端环外面加装了护环，护环材料为50Mn18Cr5。护环外端加装平衡环，平衡环热套在轴上用以防止互环发生轴向位移，装配时护环和平衡环之间留有1 mm的间隙作为导条受热时的伸缩空间;平衡环上开有环状通风孔，以保证足够的轴向风量，转子冲片和转子压圈都留有轴向通风孔。见图2。

图2 端环固定结构

另外，为了保证压指有足够的压力并避免压指松动，转子压圈采用整块钢板(16Mn)线切割而成，周边带压指结构。

4 端盖防漏油结构设计

该电机采用的是端盖式滑动轴承:DQY18-200B/BJ端盖式滑动轴承，复合润滑。虽然轴承本身有两道密封结构，但是，面对大功率两极高速电机内风扇产生的负压，电机运行时会不断有油雾被吸到电机内部，即所谓的轴承漏油。轴承漏油对电机本身特别是电机绝缘不会产生有害的影响，但清理起来非常麻烦，会造成润滑油不必要的浪费和环境污染，为此，该电机在端盖的外侧上方增加了一道扇形百叶窗盖板，在端盖内侧增加了一道分半式漏斗形挡风扳，见图3。这样，挡风扳3就将轴承1和负压区隔离开来，挡风扳3内侧的负压可以将外侧的空气通过挡风扳3和轴之间的很小间隙吸到电机内部，挡风扳3外侧的空气又和百叶窗外面的空气相通，大大减小了电机内部负压对轴承内润滑油的吸力，挡风扳3内圆车环形密封槽和轴之间留有间隙，加上其它密封措施防护等级可以达到IP54。基本上可以避免油雾进入到电机内部。

图3 防漏油端盖结构

5 机座结构设计

为避免因机座刚度不够引起的电机振动，在机座的侧板和底板上焊接“井”字形分布的加强筋，轴向在四个角上焊接4根直径φ120 mm钢管，机座轴向包括端板在内共分布了7个环筋板，其中两个用来固定档风板的厚度为12 mm，其余5个厚度为45 mm，铁心中部的环筋板也可以采用20 mm厚的。侧板和底板的两端中间开口，用以安装图3中的挡风板3。

6 安装调试与试验

该3台电机的试制过程非常顺利，只是由于电机转速高，功率大，动平衡要求较高，很小的不平衡量就会导致电机振动，电动机实验站借用了我公司汽轮发电机专用的八通道平衡仪经过15天的认真调试才解决了振动问题。

7 结论与探讨

型式试验表明:该电机的温升70 K，噪声、额定电流、效率、功率因数等技术数据与设计值一致并满足标准要求，轴承基本不存在漏油现象，说明各项设计数据和技术措施是很成功和有效的。电机外形图见图4。

另外，定子铁心分成20个6 mm宽的通风道，虽然通风面积增加了噪声变小，但是风阻变大了，冷却效果改善应该不会太明显，对于水冷式封闭电机降低噪声的效果也不是很明显。完全可以定转子都采用10个10 mm宽的通风道，不对齐分布。

2极高速电机也可以采用后倾式离心风扇，这样电机反转时对冷却效果的影响不大。

图4 电机外形轴伸端视图