北京电缆价格联盟

YB3/YBBP355~560系列低压大容量隔爆型三相异步电动机开发设计

南阳防爆2020-04-04 15:22:46


【摘要】介绍两个系列低压大容量隔爆电动机的电磁设计和结构设计情况,试验结果表明,性能符合标准要求。

 

0 引言

现有低压大容量隔爆电机YB2/YBBP-355~500型谱容量低,已不能适用市场的需要,要重新规划;原有的YB2电机是钢板机座,散热性能不好,生产效率不高,而且不能生产更大功率的电机。随着低压大容量电机订货量的增加,已满足不了大批量生产的需要。

YB3/YBBP 355~560开发目的,就是为满足市场上大批量低中心高大功率电机需求。与YB2/YBBP电机相比,电机的型谱增加了一个机座号,而电机中心高降低了一个机座号,因主要结构件是铸件,生产效率大大提高,达到了以低成本,高效率来满足市场需求的目的。

此产品是前瞻性研发,是原有YB2/YBBP升级换代产品,符合电机发展的方向。

 

1 设计思路

电机的功率因数、堵转电流、堵转转矩、最大转矩、最小转矩与原有YB2/YBBP400~500相当。

电机的效率按最新的IEC 60034-30-1的2013版IE2执行。

振动按GB 10068-2008《轴中心高为56 mm及以上电机的机械振动振动的测量、评定及限值》考核;噪声按GB 10069.3-2006《旋转电机噪声测定方法及限值第3部分:噪声限值》考核。

电机的型谱在原有的YB2-400~500基础上降低一个中心高,型谱扩容两个中心高。

 

2 开发设计

2.1 主要引用技术标准

GB 3836.1-2010爆炸性环境第1部分:设备通用要求

GB 3836.2-2010爆炸性环境第2部分:由隔爆外壳“d”保护的设备

GB 755-2008旋转电机定额和性能

GB 14711-2013中小型旋转电机通用安全要求

GB 10068-2008轴中心高为56mm及以上电机的机械振动振动的测量、评定及限值

GB 18613-2012中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级

GB/T 4772.1-1999旋转电机尺寸和输出功率等级第1部分:机座号36~400和凸缘号55~1080

GB/T 4942.1-2006旋转电机整体结构的防护等级 (IP代码) 分级

GB/T 10069.1-2006旋转电机噪声测定方法及限值第1部分:旋转电机噪声测定方法

JB/T 12309.1-2015隔爆型三相异步电动机技术条件第1部分:YB3系列隔爆型三相异步电动机技术条件 (机座号400~500)

Q/NF010.2-2014YB3及派生系列隔爆型电机 (d II) (80-450) 技术条件

Q/NF201-2014隔爆型变频调速三相异步电动机 (80-450) 技术条件

Q/NF201.3-2012隔爆型变频调速三相异步电动机 (500-560) 技术条件

2.2 基本参数

(1) 型谱

YB3/YBBP 355~560系列共5个机座号,机座号与功率、极数对应关系见表1,与行业YB3400~500大体相同,多了355、560两个中心高,与西门子低压大功率相同。

(2) 环境温度:最高不超过40℃,最低为-15℃。

(3) 最湿月月平均最高相对湿度为90%,同时该月月平均最低温度不高于25℃。

(4) 海拔高度:不超过1 000 m。

(5) 工作制:S1。

(6) 绝缘等级:180 (H) 级

表1 机座号与功率、极数对应关系

注:1.中心高355原来是在YB2/YBBP 400生产,用户要求要400生产时也可接受订货;2.超出此电压和功率可特殊定制;3.括号内是不推荐规格。

(7) 冷却方式:隔爆电机IC411;变频隔爆电机IC416 (如要用IC411,可特殊生产制造) ;或者是平方律负载 (也称为平方减转矩负载) 类的水泵、风机负载。

(8) 防护等级:IP55。

(9) 额定电压:380 V、660 V、690 V、380/660V、660/1 140 V。

(10) 额定频率:

普通电机:50 Hz;

变频电机:2极为3~60 Hz,4极及以上为3~70 Hz。

(11) 防爆标志:Ex d I Mb,Ex dⅡB T4 Gb,Ex dⅡC T4 Gb[1-2]。

 

3 电磁设计

因低压大容量电机80%以上订货都是变频电机,为了标准化和生产管理的方便,电机电磁都按变频设计。温升设计要有一定的裕量,以适应变频环境。电机的绝缘也按变频电机的要求进行设计。中心高355~400电磁按散下线设计,中心高450~560电磁按成形绕组设计。

3.1 三圆设计

(1) 电机三圆按表2设计 (与同类型高压电机对比,中径适当放大处理) 。

表2 电机三圆尺寸/mm

3.2 绕组形式和槽满率

H400绕组采用散下线,H400散下线槽满率控制在76%以下。

H450及以上绕组采用成形绕组:在线圈设计时注意上下层伸出铁心的长度为不等长,以防止同一个槽内上下层边在拐弯R角处干涉,以提高槽满率降低中垫的高度;电磁设计时尽量不采用奇数匝,如采用奇数匝时,多匝线圈高度不超过槽形有效高度的一半,以防止上一个槽与下一个槽内的多匝定子线圈干涉,多匝线圈与少匝线圈的线规选择不一样,小匝线圈线规大一些,这样就能在满足电气性能情况下,有效利用定子槽形,降低热负荷[3];选择合理线圈间隙,在合理控制端部长 (可以有效降低绕组的铜耗和节省绕组安装空间) 和绕组端部外径 (为定子装压提供足够工艺空间) 情况下,保证端部线圈引出线引出,端部线圈之间不挤扛,要求车间尽量控制绕组端部小板凳高度,合理分布绕组引出线位置,以控制绕组出线端端部的长度,节省机座安装空间。

3.3 电磁负荷及热负荷

(1) 电磁负荷

H400散下线电磁负荷定子齿磁密15000Gs以下;H450及以上硬线圈定子齿部磁负荷按12000Gs控制,轭部磁负荷按16000Gs控制,转子齿部和轭部磁负荷按16000Gs控制,有利于将铁耗集中在轭部,减少槽口开槽契处的磁饱和,有效降低设计铁耗与实际铁耗的离散性和电机散热[4-5]。

(2) 热负荷

机座散热能力、风扇的大小及电机的转速、机座与铁心配合面积统一考虑;还要与电磁设计 (铁耗与铜耗分配) 及电机冷却方式统筹考虑;绝缘结构和绝缘工艺只能通过试制进行确认,保证电机产生的热量能被带走。

3.4 槽形设计

定子槽形设计成“深而窄”,可以抑制高次谐波,减少定子电抗,同等铜耗情况下有利于降低铁耗,提高电机的过载性能。转子槽形面积尽可能大,减少转子铜耗,不考虑对启动性能影响;槽形宜浅不宜深 (采用胖短型) ,提高最大转矩[5-7]。

 

4 结构设计

4.1 主体结构

YB3/YBBP 355~560系列电机结构设计时,首先要总结原有的YB2 400~500电机生产经验,为降低成本、提高生产效率及提高机座的散热能力,全系列电机均采用铸铁机座结构,主体铸件模型与高压的YB3 355~560通用。普通电机冷却方式按IC411设计,变频电机冷却方式按IC416,接线盒借用原来YB2 400~500的接线盒,中心高500及560电机新设计一个M36接线盒。为降低模具费用,Ex dⅡB T4 Gb,Ex dⅡC T4 Gb模具统一 (或者局部增加小模块) ,只是加工尺寸不一样,总体结构见图1。

 图1 电机总体结构

4.2 定子

机座与有绕组定子铁心配合按过盈配合,有效地降低电机温升。

(1) 绕组

H400采用散下线结构,H450及以上采用成形线圈绕组。

(2) 机座

机座上带有4个通风道;机座两端鼓包结构(有散热筋与加强筋) ,方便出线、内部通风、增强机座强度和通风散热;机座筒在与地脚配合地方和在水平方向进行了加厚,增强机座结构强度;吊环设置在水平上方45度方向 (与通风道上同一方向) ,吊环对角起吊,防止起吊过程定子变形或者是电机变形。

4.3 转子

转子采用带轴向径向通风结构,在风扇端加装内风扇 (出风口面积小于进风口面积,增加风压,内风扇外径适量加大,加大风量) ,增加内部热交换,能有效地降低电机温升;铸铝转子与轴采用小过盈加上键配合方式。能有效适用于冲击负载的情况。转子结构见图2。

 图2 转子结构

 (1) 铸铝转子

为节省成本和提高生产效率,全系列采用铸铝转子,转子冲片400-2P。为得到可靠的启动性能,采用4号刀形开口槽,其他采用15号圆底闭口槽,是为了适用于煤矿的负载不均匀,启动次数多,过载能力大的工况。两端都有适当加长风叶,增加绕组端部风量扰动,降低绕组端部温升而又不影响内部主风路。

(2) 轴

H355~400-2,4采用光轴结构:其中H355~400-2转子冲片适当放大轴孔尺寸,以提高转子临界转速,其他型号的电机采用焊筋的结构,中心高450及上电机轴的材质采用45#锻制圆钢(适用于煤矿皮带机冲击负载和绞车负载) ,其他轴的材质为45#圆钢。

4.4 通风系统

(1) 普通电机IC411冷却方式,内部转子上带有内风扇,机座内部有四个通风道,实现电机内外部的双冷却,冷却结构示意图见图3。

图3 冷却结构示意图

 (2) 变频电机IC416冷却方式,将外风扇改为强迫风机,强迫风机采用原有的YBBP成熟结构。

4.5 风扇

内风扇:高强度铝合金铸造而成的双向离心风扇。既有效散热又便于调向。

外风扇:2P单向轴流风扇,材质为轻质高强度复合材料;4极电动机:H355~400中心高采用双向离心风扇;H450及以上中心高采用单向离心风扇;6极及以上电动机均采用双向离心风扇;4极及以上电动机风扇均为金属材质。

4.6 风罩

采用一定厚度的钢板焊接而成,保证能接受防爆要求的冲击试验,又能保证强迫风机不振动,采取特殊降噪设计,噪声能达到声压级85 d B以下[1-2]。

4.7 轴承及轴承装置

根据防爆电机特殊工况,在保证轴承寿命情况下,选取轴承型号情况如表3所示。为方便现场装配和用户维护,中心高500及以上均采用轴承套结构,轴承注排油结构均设置在轴承外盖上,排油结构采用括式排油结构,用户能方便快速排油。

表3 轴承型号

4.8 接线

(1) 主接线盒

电动机接线盒具有优良的隔爆结构性能和较高防护等级,且具有较大的空腔以便于接线,进线分为橡套电缆、钢管布线二种,并可按用户的特殊要求做成格兰出线,见表4。

表4 接线盒参数

(2) 辅助接线盒

设置有单独的定子轴承测温及加热接线盒,加热与定子轴承测温共用一个接线盒,但定子轴承测温与加热腔体分开。

4.9 端盖

为了节省模具费用,与高压隔爆系列统一设计,在端盖内外部都有散热筋 (加强筋) ,能有效地降低轴承温升和电机的振动。

4.10 附加功能配备

绕组带加热,定子轴承测温PT100。

4.11 结构分析和流体分析

全系列进行结构分析、风路分析和温度场分析,保证电机性能及温升情况下,成本最低;电机到了用户现场能安全可靠运行。

4.12 安全性考虑

机座上直接铸出接地符号,接地螺栓为M12×20。

定子上选择起重余量大的吊环,并做好入厂检验[3]。

 

5 结论

通过2013-2014年来对典型规格样机的性能测试,性能指标符合技术条件的规定,满足标准要求。2015年对部分温升裕量大的产品进行了电磁调整,已开始向市场批量供货,每年的产量达到40万kW。

 

参考文献

[1]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.爆炸性环境第1部分:设备通用要求:GB3836.1—2010[S].北京:中国标准出版社,2011:8.

[2]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.爆炸性环境第2部分:由隔爆外壳“d”保护的设备:GB 3836.2—2010[S].北京:中国标准出版社,2011:8.

[3]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.中小型旋转电机通用安全要求:GB 14711—2013[S].北京:中国标准出版社,2013:12.

[4]辜承林.电机学[M].3版.武汉:华中科技大学出版社,2010.

[5]傅丰礼.异步电动机设计手册[M].2版.北京:机械工业出版社,2006.

[6]黄国治,傅丰礼.Y2系列三相异步电动机技术手册[M].北京:机械工业出版社,2004.

[7]陈世坤.电机设计[M].北京:机械工业出版社,2000.

本文转自《电气防爆》2018年第2期

Copyright © 北京电缆价格联盟@2017