YMPS630-6-TH-W1000kW10kVIP54碗式磨煤机用笼型异步电动机的 研制与设计

孟杰 赵贺全

摘 要：本文讨论了YMPS630-6-TH-W 1000kW 10kV IP54碗式磨煤机用笼型异步电动机的研制过程，围绕设计过程进行了分析，总结了设计心得，为今后同类产品的设计积累了经验。

关键词：碗式磨煤机;高起动转矩;低起动电流;电磁设计

1 问题的提出

磨煤机作为特殊工况下运动的负载，其起动惯量高，要求电动机的起动转矩倍数随之增大，才能在规定的短时间内起动电机并拖动负载，否则会长时间处于堵转，定、转子长时间通过很高的起动电流，电机的导条、端环及定子绝缘的温升会迅速升高，此时及易烧损电机。本文对该电机的设计与研制进行了分析，以期为该类电机设计开拓一个新的思路。

2 电动机的基本技术参数

2.1 电动机额定参数及结构特点

额定功率：1000kW;额定电压：10kV;额定电流：77A;额定频率：50Hz;額定转速：990r/min;绝缘等级：F级;防护等级：IP54;冷却方式：IC611;结构及安装型式：IMB3。

2.2 依据标准：GB755《旋转电机 定额和性能》

JB/T7128  YTM、YHP、YMPS系列磨煤机用三相异步电动机技术条件。

3 电动机的设计过程分析

3.1 电磁设计

（1）在满足负载起动转矩的要求下，使电机的起动电流倍数≤6.0，起动转矩倍数≥2.8，最大转矩倍数≥2.0。

（2）电机转子采用大直径双笼铜条结构。本电机为双鼠笼异步电动机，特点是转子上有两套笼，即上笼和下笼，上笼导条截面积较小，通常用黄铜或青铜等电阻系数较大的材料制成，故电阻较大;下笼导条截面积较大，用电阻系数较小的紫铜制成，故电阻较小;通常两套鼠笼各有自己的端环，可使上下笼因发热而各自自由伸长。起动时，转子电流频率较高，f2=f1，转子漏抗大于电阻，上下笼的电流分配将决定于漏抗。由于下笼的漏抗比上笼大很多，电流主要从上笼流过。因此起动时上笼起主要作用，由于它的电阻较大，可以产生较大的起动转矩，所以常把上笼称为起动笼。正常运行时，转子电流频率很低，f2=sf1，转子漏抗远比电阻小，于是上下笼的电流分配将决定于电阻，转子电流大部分从电阻较小的下笼流过，产生正常运行时的电磁转矩，所以下笼称为运行笼。双鼠笼电动机有较大的起动转矩，一般可以带额定负载起动;同时，它在额定负载下运动时也是有较高的转速，因而与较好的运行性能。

3.2 电磁参数的选取

（1）该电机的中心高为H=630mm，经过优化分析采用定转子冲片为Φ1060/Φ770/Φ520mm，铁芯长650mm，通风道数12，定子槽形为开口槽，为了提高起动转矩，转子槽形为双笼，上导条采用黄铜。（2）槽配合Q1/Q2的选取。定、转子槽配合对感应电机的附加损耗、附加转矩、振动和噪声的影响很大，因此选择槽配合时应遵循一定原则：1）为了减少谐波磁动势，每极每相槽数Q1一般取整数;为减少附加损耗，降低电机温升，应采用少槽-近槽配合;经过计算，本电机槽配合采用72/58。（3）为了避免在起动过程中，产生较强的异步附加转矩，应使Z2≤1.25（Z1+p）。（4）定子接法： 10kV Y接，1路。（5）气隙：2.6mm。（6）定子电密：3 A/mm?。（7）定子热负荷：1088 A/cm A/mm?。（8）转子导条电密：0.65 A/mm?。（9）定子端环电密：0.41 A/mm?。（10）定子齿磁密：15022GS。（11）定子轭磁密：15078GS。（12）转子齿磁密：14724GS。（13）转子轭磁密：15286GS。（14）气隙磁密：7699GS。

4 起动温升的计算

电机在拖动高起动惯量负载起动时，往往会遇到起动电流大、起动时间增加这类问题。因此在电机设计过程中，必须计算起动过程中电机个部分温升，以保证其不超过材料限制。由于电机在起动过程中时间较短，通常不考虑定子绕组与铁芯之间热传递，将这一过程视为绝热过程。

4.1 起动时间计算

异步电动机起动时，其转速与时间的关系，可按下列运动方程确定。

式中：Te——电动机的电磁转矩（N·m）;TL——负载阻力矩（N·m）;J——机组的转动惯量（kg·m2）;Ω——角速度（1/s）。

计算机组起动时间为20.5s。

4.2 转子导条及端环的起动温升计算

即在绝热状态下，计算转子导条和端环的起动温升。

在起动过程中，若忽略转子铁耗，输入转子的功率一半用来使转子加速;另一半为转子铜耗。若轴上无负载转矩，则转子损耗等于电动机额定功率乘以机械时间常数的1/2。当轴上有负载转矩时，不但使起动时间增长，还使电动机产生额外的转子损耗，从而导致转子温升增加。

计算后得出结果，该电机绕组起动温升58K，导条起动温升215K，端环起动温升69K，满足材料对于温升限制的要求，电磁方案的设计可以满足拖动起动惯量高磨煤机的要求。

5 结束语

由表1可见，该产品性能指标满足标准要求，电机如期合格出厂。该电机电磁设计及结构设计是成功的，为今后设计制造碗式磨煤机用笼型异步电动机积累了经验。

参考文献：

[1]交流电机设计手册[M].湖南人民出版社，1977.

[2]陈世坤.电机设计[M].北京：机械工业出版社，1990.

[3]傅丰礼，唐孝镐.异步电动机设计手册[M].北京：机械工业出版社，2001.