北京電纜價格聯盟

YB3/YBBP355~560系列低壓大容量隔爆型三相異步電動機開發設計

南陽防爆2020-05-12 15:28:30


【摘要】介紹兩個系列低壓大容量隔爆電動機的電磁設計和結構設計情況,試驗結果表明,性能符合標準要求。

?

0 引言

現有低壓大容量隔爆電機YB2/YBBP-355~500型譜容量低,已不能適用市場的需要,要重新規劃;原有的YB2電機是鋼板機座,散熱性能不好,生產效率不高,而且不能生產更大功率的電機。隨著低壓大容量電機訂貨量的增加,已滿足不了大批量生產的需要。

YB3/YBBP 355~560開發目的,就是為滿足市場上大批量低中心高大功率電機需求。與YB2/YBBP電機相比,電機的型譜增加了一個機座號,而電機中心高降低了一個機座號,因主要結構件是鑄件,生產效率大大提高,達到了以低成本,高效率來滿足市場需求的目的。

此產品是前瞻性研發,是原有YB2/YBBP升級換代產品,符合電機發展的方向。

?

1 設計思路

電機的功率因數、堵轉電流、堵轉轉矩、最大轉矩、最小轉矩與原有YB2/YBBP400~500相當。

電機的效率按最新的IEC 60034-30-1的2013版IE2執行。

振動按GB 10068-2008《軸中心高為56 mm及以上電機的機械振動振動的測量、評定及限值》考核;噪聲按GB 10069.3-2006《旋轉電機噪聲測定方法及限值第3部分:噪聲限值》考核。

電機的型譜在原有的YB2-400~500基礎上降低一個中心高,型譜擴容兩個中心高。

?

2 開發設計

2.1 主要引用技術標準

GB 3836.1-2010爆炸性環境第1部分:設備通用要求

GB 3836.2-2010爆炸性環境第2部分:由隔爆外殼“d”保護的設備

GB 755-2008旋轉電機定額和性能

GB 14711-2013中小型旋轉電機通用安全要求

GB 10068-2008軸中心高為56mm及以上電機的機械振動振動的測量、評定及限值

GB 18613-2012中小型三相異步電動機能效限定值及能效等級

GB/T 4772.1-1999旋轉電機尺寸和輸出功率等級第1部分:機座號36~400和凸緣號55~1080

GB/T 4942.1-2006旋轉電機整體結構的防護等級 (IP代碼) 分級

GB/T 10069.1-2006旋轉電機噪聲測定方法及限值第1部分:旋轉電機噪聲測定方法

JB/T 12309.1-2015隔爆型三相異步電動機技術條件第1部分:YB3系列隔爆型三相異步電動機技術條件 (機座號400~500)

Q/NF010.2-2014YB3及派生系列隔爆型電機 (d II) (80-450) 技術條件

Q/NF201-2014隔爆型變頻調速三相異步電動機 (80-450) 技術條件

Q/NF201.3-2012隔爆型變頻調速三相異步電動機 (500-560) 技術條件

2.2 基本參數

(1) 型譜

YB3/YBBP 355~560系列共5個機座號,機座號與功率、極數對應關系見表1,與行業YB3400~500大體相同,多了355、560兩個中心高,與西門子低壓大功率相同。

(2) 環境溫度:最高不超過40℃,最低為-15℃。

(3) 最濕月月平均最高相對濕度為90%,同時該月月平均最低溫度不高于25℃。

(4) 海拔高度:不超過1 000 m。

(5) 工作制:S1。

(6) 絕緣等級:180 (H) 級

表1 機座號與功率、極數對應關系

注:1.中心高355原來是在YB2/YBBP 400生產,用戶要求要400生產時也可接受訂貨;2.超出此電壓和功率可特殊定制;3.括號內是不推薦規格。

(7) 冷卻方式:隔爆電機IC411;變頻隔爆電機IC416 (如要用IC411,可特殊生產制造) ;或者是平方律負載 (也稱為平方減轉矩負載) 類的水泵、風機負載。

(8) 防護等級:IP55。

(9) 額定電壓:380 V、660 V、690 V、380/660V、660/1 140 V。

(10) 額定頻率:

普通電機:50 Hz;

變頻電機:2極為3~60 Hz,4極及以上為3~70 Hz。

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

?

3 電磁設計

因低壓大容量電機80%以上訂貨都是變頻電機,為了標準化和生產管理的方便,電機電磁都按變頻設計。溫升設計要有一定的裕量,以適應變頻環境。電機的絕緣也按變頻電機的要求進行設計。中心高355~400電磁按散下線設計,中心高450~560電磁按成形繞組設計。

3.1 三圓設計

(1) 電機三圓按表2設計 (與同類型高壓電機對比,中徑適當放大處理) 。

表2 電機三圓尺寸/mm

3.2 繞組形式和槽滿率

H400繞組采用散下線,H400散下線槽滿率控制在76%以下。

H450及以上繞組采用成形繞組:在線圈設計時注意上下層伸出鐵心的長度為不等長,以防止同一個槽內上下層邊在拐彎R角處干涉,以提高槽滿率降低中墊的高度;電磁設計時盡量不采用奇數匝,如采用奇數匝時,多匝線圈高度不超過槽形有效高度的一半,以防止上一個槽與下一個槽內的多匝定子線圈干涉,多匝線圈與少匝線圈的線規選擇不一樣,小匝線圈線規大一些,這樣就能在滿足電氣性能情況下,有效利用定子槽形,降低熱負荷[3];選擇合理線圈間隙,在合理控制端部長 (可以有效降低繞組的銅耗和節省繞組安裝空間) 和繞組端部外徑 (為定子裝壓提供足夠工藝空間) 情況下,保證端部線圈引出線引出,端部線圈之間不擠扛,要求車間盡量控制繞組端部小板凳高度,合理分布繞組引出線位置,以控制繞組出線端端部的長度,節省機座安裝空間。

3.3 電磁負荷及熱負荷

(1) 電磁負荷

H400散下線電磁負荷定子齒磁密15000Gs以下;H450及以上硬線圈定子齒部磁負荷按12000Gs控制,軛部磁負荷按16000Gs控制,轉子齒部和軛部磁負荷按16000Gs控制,有利于將鐵耗集中在軛部,減少槽口開槽契處的磁飽和,有效降低設計鐵耗與實際鐵耗的離散性和電機散熱[4-5]。

(2) 熱負荷

機座散熱能力、風扇的大小及電機的轉速、機座與鐵心配合面積統一考慮;還要與電磁設計 (鐵耗與銅耗分配) 及電機冷卻方式統籌考慮;絕緣結構和絕緣工藝只能通過試制進行確認,保證電機產生的熱量能被帶走。

3.4 槽形設計

定子槽形設計成“深而窄”,可以抑制高次諧波,減少定子電抗,同等銅耗情況下有利于降低鐵耗,提高電機的過載性能。轉子槽形面積盡可能大,減少轉子銅耗,不考慮對啟動性能影響;槽形宜淺不宜深 (采用胖短型) ,提高最大轉矩[5-7]。

?

4 結構設計

4.1 主體結構

YB3/YBBP 355~560系列電機結構設計時,首先要總結原有的YB2 400~500電機生產經驗,為降低成本、提高生產效率及提高機座的散熱能力,全系列電機均采用鑄鐵機座結構,主體鑄件模型與高壓的YB3 355~560通用。普通電機冷卻方式按IC411設計,變頻電機冷卻方式按IC416,接線盒借用原來YB2 400~500的接線盒,中心高500及560電機新設計一個M36接線盒。為降低模具費用,Ex dⅡB T4 Gb,Ex dⅡC T4 Gb模具統一 (或者局部增加小模塊) ,只是加工尺寸不一樣,總體結構見圖1。

?圖1 電機總體結構

4.2 定子

機座與有繞組定子鐵心配合按過盈配合,有效地降低電機溫升。

(1) 繞組

H400采用散下線結構,H450及以上采用成形線圈繞組。

(2) 機座

機座上帶有4個通風道;機座兩端鼓包結構(有散熱筋與加強筋) ,方便出線、內部通風、增強機座強度和通風散熱;機座筒在與地腳配合地方和在水平方向進行了加厚,增強機座結構強度;吊環設置在水平上方45度方向 (與通風道上同一方向) ,吊環對角起吊,防止起吊過程定子變形或者是電機變形。

4.3 轉子

轉子采用帶軸向徑向通風結構,在風扇端加裝內風扇 (出風口面積小于進風口面積,增加風壓,內風扇外徑適量加大,加大風量) ,增加內部熱交換,能有效地降低電機溫升;鑄鋁轉子與軸采用小過盈加上鍵配合方式。能有效適用于沖擊負載的情況。轉子結構見圖2。

?圖2 轉子結構

?(1) 鑄鋁轉子

為節省成本和提高生產效率,全系列采用鑄鋁轉子,轉子沖片400-2P。為得到可靠的啟動性能,采用4號刀形開口槽,其他采用15號圓底閉口槽,是為了適用于煤礦的負載不均勻,啟動次數多,過載能力大的工況。兩端都有適當加長風葉,增加繞組端部風量擾動,降低繞組端部溫升而又不影響內部主風路。

(2) 軸

H355~400-2,4采用光軸結構:其中H355~400-2轉子沖片適當放大軸孔尺寸,以提高轉子臨界轉速,其他型號的電機采用焊筋的結構,中心高450及上電機軸的材質采用45#鍛制圓鋼(適用于煤礦皮帶機沖擊負載和絞車負載) ,其他軸的材質為45#圓鋼。

4.4 通風系統

(1) 普通電機IC411冷卻方式,內部轉子上帶有內風扇,機座內部有四個通風道,實現電機內外部的雙冷卻,冷卻結構示意圖見圖3。

圖3 冷卻結構示意圖

?(2) 變頻電機IC416冷卻方式,將外風扇改為強迫風機,強迫風機采用原有的YBBP成熟結構。

4.5 風扇

內風扇:高強度鋁合金鑄造而成的雙向離心風扇。既有效散熱又便于調向。

外風扇:2P單向軸流風扇,材質為輕質高強度復合材料;4極電動機:H355~400中心高采用雙向離心風扇;H450及以上中心高采用單向離心風扇;6極及以上電動機均采用雙向離心風扇;4極及以上電動機風扇均為金屬材質。

4.6 風罩

采用一定厚度的鋼板焊接而成,保證能接受防爆要求的沖擊試驗,又能保證強迫風機不振動,采取特殊降噪設計,噪聲能達到聲壓級85 d B以下[1-2]。

4.7 軸承及軸承裝置

根據防爆電機特殊工況,在保證軸承壽命情況下,選取軸承型號情況如表3所示。為方便現場裝配和用戶維護,中心高500及以上均采用軸承套結構,軸承注排油結構均設置在軸承外蓋上,排油結構采用括式排油結構,用戶能方便快速排油。

表3 軸承型號

4.8 接線

(1) 主接線盒

電動機接線盒具有優良的隔爆結構性能和較高防護等級,且具有較大的空腔以便于接線,進線分為橡套電纜、鋼管布線二種,并可按用戶的特殊要求做成格蘭出線,見表4。

表4 接線盒參數

(2) 輔助接線盒

設置有單獨的定子軸承測溫及加熱接線盒,加熱與定子軸承測溫共用一個接線盒,但定子軸承測溫與加熱腔體分開。

4.9 端蓋

為了節省模具費用,與高壓隔爆系列統一設計,在端蓋內外部都有散熱筋 (加強筋) ,能有效地降低軸承溫升和電機的振動。

4.10 附加功能配備

繞組帶加熱,定子軸承測溫PT100。

4.11 結構分析和流體分析

全系列進行結構分析、風路分析和溫度場分析,保證電機性能及溫升情況下,成本最低;電機到了用戶現場能安全可靠運行。

4.12 安全性考慮

機座上直接鑄出接地符號,接地螺栓為M12×20。

定子上選擇起重余量大的吊環,并做好入廠檢驗[3]。

?

5 結論

通過2013-2014年來對典型規格樣機的性能測試,性能指標符合技術條件的規定,滿足標準要求。2015年對部分溫升裕量大的產品進行了電磁調整,已開始向市場批量供貨,每年的產量達到40萬kW。

?

參考文獻

[1]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局,中國國家標準化管理委員會.爆炸性環境第1部分:設備通用要求:GB3836.1—2010[S].北京:中國標準出版社,2011:8.

[2]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局,中國國家標準化管理委員會.爆炸性環境第2部分:由隔爆外殼“d”保護的設備:GB 3836.2—2010[S].北京:中國標準出版社,2011:8.

[3]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局,中國國家標準化管理委員會.中小型旋轉電機通用安全要求:GB 14711—2013[S].北京:中國標準出版社,2013:12.

[4]辜承林.電機學[M].3版.武漢:華中科技大學出版社,2010.

[5]傅豐禮.異步電動機設計手冊[M].2版.北京:機械工業出版社,2006.

[6]黃國治,傅豐禮.Y2系列三相異步電動機技術手冊[M].北京:機械工業出版社,2004.

[7]陳世坤.電機設計[M].北京:機械工業出版社,2000.

本文轉自《電氣防爆》2018年第2期

Copyright ? 北京電纜價格聯盟@2017
云南11选5前三