大功率高转速三相同步电动机T6700-6/1730 10kV IP54的研制

赵坚 李彬

泰豪沈阳电机有限公司

一、前言

由中方总承包的越南和发集团榕橘钢铁有限公司180万吨/年球团项目施工全面展开。该项目建成后将成为东南亚规模最大的全红矿球团生产线，可大幅提升越南钢铁冶炼技术水平，有助于当地冶金产业结构调整，同时也让中国的冶金技术和中国制造设备走出国门、走向海外。随着“一带一路”战略为我国装备制造业“走出去”带来了新的发展机遇，近年来国内东南亚出口项目数量日益增大。我公司为越南和发集团榕橘钢铁有限公司生产的烧结风机用大功率高转速三相同步电动机，型号为T6700-6/1730 6700kW 10kV IP54，是公司具有代表性的出口项目之一，用于拖动烧结风机。

二、设计研制

（一）总体介绍

冶炼钢铁时，铁矿石在冶炼之前要用烧结炉进行烧结，而烧结炉则须用到烟气主抽风机。烧结厂用烟气主抽风机的主要选择是离心式鼓风机，因为其具备大风量、高负压的性能特点，而拖动离心式鼓风机必须用到本文介绍的大功率高转速三相同步电动机。

该电机的设计符合国家标准GB/T 755《旋转电机定额和性能》和JB/T 2224 《大型交流三相同步电动机技术条件》，电动机额定功率为6700kW，额定电压为10kV，额定电流为445A，额定频率为50Hz，F级绝缘，额定转速为1000 r/min，额定功率因数为0.9（超前），电动机定子引出线为6根，Y点打开，定额为连续定额S1，拖动机组飞轮力矩GD² = 68500kg·m²，电动机的外壳防护等级为IP54，电机冷却方式为轴、径向混合通风的空-上水冷，结构及安装型式为IM7311，电机定额为连续工作制S1。

电动机性能参数如下：在额定电压下，失步转矩标幺值的保证值为1.7，堵转转矩标幺值的保证值为1.0，牵入转矩标幺值的保证值为0.8，堵转电流标幺值的保证值为7.0。

（二）电磁计算

根据三相同步电动机的功率6700kW，极数6，确定机座号为1730（定子扇形片外圆）。根据电压等级10kV，来决定定子冲片的内径尺寸及冲片开槽的尺寸。通过调整定子铁心长度和定子线圈的匝数将定子齿磁密和磁极极身磁密控制在15500高斯以内，气隙磁密控制在8000高斯以内以确保电机性能的情况下提高材料利用率。由于对出口产品的质量控制，此次设计定子冲片采用50W-470冷轧无取向硅钢片。

参考电机拖动的风机转动惯量和负载曲线得知，风机的转动惯量及启动负载大，尤其是在多种因素共同起作用的时候，给电机的起动特别是牵入同步过程造成困难，本台电机功率达到6700kW，转速高达1000r/min，负载的GD²达到68.5t·m²，设计时需要保证电机起动性能，尤其是牵入转矩的保证。此外还要注意起动时发热量的数据，必要时需采用磁极线圈散热匝结构和极靴表面的散热处理。

（三）机械计算

对于高转速三相同步电动机，巨大的离心力导致转子各个部件必须进行机械强度计算，计算时应考虑转动过速Np=1.2＊n。首先要考虑的是临界转速；其次，是离心力体现在高速旋转零件的固定强度上，主要是转子线圈，处理方法是每极线圈由锻钢极靴板通过高强度螺栓固定在磁极极身上，并通过相邻线圈撑架进行径向固定。因此必须计算撑架强度，撑架固定螺栓强度，磁极螺钉强度及磁极螺钉螺纹牙及数量计算。

（四）结构设计

电机由定子、转子、冷却器构成，转子支撑采用Z系列座式滑动轴承。电机双轴伸，为标准圆柱形轴伸。

电机定子为箱式结构，构成定子的主要部件包括定子机座，定子铁芯，定子线圈及线圈端部支撑，线圈测温元件，主接线盒。定子机座是架构定子的主要铆焊件，机座的强度直接影响整个电机的稳定性。起主要结构作用的铁芯段机壁分别由40mm厚的Q235B钢板制成，并用圆周方向均布的16块20mm厚Q235B筋板支撑，整个机座贯穿6根直径90mm圆钢，铁芯中部增设中机壁，用以增加机座强度。定子铁芯是组成电机磁路的主要部件，由0.5mm冷轧无取向硅钢片叠压而成，叠压系数高达0.98以上。铁芯长度990mm，为达到散热目的，将铁芯分段后增设径向通风道。整个定子铁芯通过拉紧螺杆固定在定子机座上。定子线圈采用双玻璃丝薄膜铜扁线绕制，主绝缘为云母带及防晕高低阻带，绕组形式为双层叠绕组，同相上下层线圈中间放置定子测温元件（Pt100铂热电阻）。槽底及上下层线圈采用环氧玻璃布板绝缘，再用槽楔固定。为克服线圈端部电磁力，整个线圈端部用无磁性不锈钢端箍绑扎固定，再用绝缘支架固定。端部接线完成后进行高压耐压试验，无破压情况下整个定子进行真空高压浸漆（VPI）。

电机转子为6极凸极实心磁极结构，构成转子的主要部件包括转轴，磁轭和极靴，磁极线圈以及风扇。转轴使其机械性能满足以下几点：许用挠度为气隙的百分数不超过8%；轴承及轴肩处按疲劳计算的相当应力不超过500；临界转速避开1.3倍的额定转速；选取轴径时，轴承的计算负载不超过其允许的负载。

三、结论

此电动机制成后，通过厂内型式试验，性能数据合格，电动机研制成功。该电机在越南项目现场环境温度高达39℃的情况下温升振动指标正常，运行一次成功，是国产自主品牌打入国外市场的成功项目。为该类型电机在国外产品的应用积累了经验，更具有意义的是为东北工业基地的自主品牌打入国际市场奠定基础。