电动机结构设计论文

摘要:随着我国抽水蓄能电站的发展,抽水蓄能机组将由国内厂家自主研发。依据蒲石河抽水蓄能电站18kV发电电动机电压母线及相关设备技术规范中的技术条件及电站实际布置结构形式,论述离相封闭母线发、散热及动、热稳定计算,确定离相封闭母线的具体结构设计形式并做以总结,促进抽水蓄能电站发电电动机电压母线的国产化设计。下面是小编整理的《电动机结构设计论文(精选3篇)》，仅供参考，大家一起来看看吧。

电动机结构设计论文 篇1：

４４００ｋＷ大型变频异步电动机结构设计说明

摘要：本文阐述了大型变频异步电动机的基本结构，并对电机定、转子，轴承及通风冷却系统进行了说明。

关键词：异步电动机；定子；转子；轴承

设计依据：

此电机为热带轧机调宽压力机(ssP)主传动交流调速异步电动机，电动机规格，性能指标及参数的确定是根据国家标准G B755-2000旋转电机定额和性能及IEC34标准和技术协议对电动机的具体要求，并结合以往同规格设计制造经验，进行了电动机的电磁优化设计，优选出方案如下：

电磁设计说明：　

本电机为交直交变频电源供电的变频调速笼型异步电动机，0～607r／min为恒转矩调速。定子采用扇形冲片，转子采用整圆冲片，定、转子槽配合及线圈节距的选择是按6极笼型异步电机最常用的方案，此方案有利于抑制高次谐波和避免电磁振动及噪声。定、转子冲片均采用高导磁的50W620冷轧硅钢片，可以降低励磁电流，减小铁心损耗，电机定子电密为3.63A／mm2，定子齿、轭磁密分别为1.69T和1.63T，线负荷和热负荷分别为730A／cm和2638。

电动机的结构说明：

电机采用卧式安装布置的方式，电机中心高为900mm(不含底板高度)。电机由定子、转子，两个轴承、底板、水一空冷却器等零部件组成。本电机采用上水冷，带风机强制循环通风冷却的方式，提高电机散热效率。电动机有两个轴伸端，一端为主传动端，与机械负载相联接-电机的非传动端用于安装测速编码器，便于监测及控制电机的运行状态。主传动端轴承为280端盖式滚动轴承，并在该轴承上装有一个接地电刷；非传动端轴承同为280端盖式滚动轴承。当把定子、转子安装完成后，再将冷却器装在定子上部，并将电机本体固定到底板上即完成整台电机的安装。此外，在电机的底部装有电压为380V，频率为50Hz，功率为1.5kw三相空间加热器，防止产生凝露降低电机的绝缘电阻。

定子结构：

定子铁心采用扇形冲片，冲片厚度为0.5mm，材料为50W600冷轧硅钢片，定子铁心径向通风沟宽为8mm，采用内外机座结构方式，即定子扇形片在内径加工完成的内机座内叠片，装入上压板后在油压机上按预定压力将铁心压到设计尺寸，然后将上压板与内机座焊牢，并将内机座圆周12根筋全部与铁心焊牢，使铁心具有足够的刚度，然后再精加工外圆。完成定子铁心装配后，将定子线圈嵌入铁心。在绝缘易破损的部位，加强绕组端部及端部引线的绑扎固定，根据电机定子线圈端部伸出长和电机短路时的磁压降等选择端箍数量和支撑方式。为了加强定子绕组端部(斜边)承受轴向电动力的强度，对斜边垫块除了规定切向固定方式外，还提出了斜向固定方式，用热胀材料将绕组斜边间隙塞紧，在绕组鼻部线圈的上下层之间增加涤玻填充管，这样使得在绕组进行无溶剂真空整浸(VPI)时，这些特殊材料在受热及浸漆时，充分膨胀并固化，从而使绕组端部成为一体，同时还具有一定的弹性来抗拒冲击力。为了加强定子绕组鼻部的固定，在线圈鼻部内圈处增设软端箍。极间连接线采用铜环结构，相内连接线之间用编织绝缘绳连接固定，提高连接线的刚度，减少受到的振动和电动力。整个绕组铁心要经VPI无溶剂真空压力浸漆处理。

外机座加热，将绕组铁心装入外机座。内外机座均设有2道环板以提高定子整体刚度，内外机座均须经退火喷砂等消除内应力处理。定子采用Y形连接，在定子绕组内共埋设了6支(单支三线)铂热电阻并按圆周均布，用来检测定子线圈和定子铁心的温度。定子线圈为双层叠绕组，定子线圈截面横向则采用两排铜线并绕结构。定子绝缘选用我厂专门为变频电机设计的适3300V这一电压等级的绝缘系统，主绝缘采用国产F级环氧聚酯薄膜玻璃粉云母带，由于采用了新材料，绝缘厚度相对减薄了。

转子结构：

电机的转子是完成电能到机械能的关键执行部件。转子为鼠笼型转子，主轴材料采用锻钢20SiMn，此种材料机械性能及焊接性能均佳。主轴结构采用焊筋结构，经退火喷砂等消除内应力处理。焊缝采用磁粉探伤等检查措施，以保证轴的焊接质量。转子冲片采用0.5mm厚的优质冷轧硅钢片50W600冲制而成。转子通风槽片采用铆焊加点焊方式焊接到转子通风槽板上。为保证转子的强度，转子铁心内圆与轴筋采用热套结构。转子导条为矩形拉制紫铜条，端环采用紫铜整圆锻件。为防止机械冲击引起断条，铜条在铁心上采用胀紧技术，转子铜条与端环之间采用中频焊接技术的银铜焊接，这样可保证焊接质量和导体的导电性能。

异步电动机转子导条采用拉制的矩形紫铜条T2。端环与导条的焊接采用中频焊技术，焊接过程一次短时间内完成，使焊接即牢固，又不使导条端部及端环退火，保证了导条及端环的机械性能，有利地防止了导条和端环开焊以及断条事故的发生。另外，导条分段涨紧技术的采用，使导条与铁心保持一定的紧量，进一步防止了断条事故的发生。

轴承结构：

本电机的轴承为端盖式滚动轴承。两端轴承均选用SKF公司制造的内径为280球面滚子轴承，型号为23056CC／W33／C3。该轴承具有承载能力大可调心特点，轴承计算寿命都在15万小时以上。为防止轴电流对轴承的破坏，在非传动端的端盖上进行了绝缘处理，并在传动端的轴承外侧装有一个接地电刷，使轴电流不能在电机本体上产生回路。轴承的润滑采用锂基轴承润滑脂润滑，均可不停机换油。为保证轴承良好的工作性能，需每30天左右用高压油枪注油一次。

在每个轴承上各装有1支铂热电阻(单支三线)，用以监测每个轴承运行的温度。

通风冷却系统：

电机通风冷却装置也为整体结构，即冷却器、风机、上罩成为一体，可整体安装及吊运。电机的定、转子上均设有上下对齐的通风沟，宽度为8mm，与转子内圆，定、转子间气隙，定子端部空间一起构成电机内部冷却风路。强迫循环式空一水冷却器布置在电机上部。冷却器上装有两个风机，冷空气在风机的作用下，由电机上部两侧的入风口经过线圈端部，冷却了定子线圈端部后进入轴筋与转子内圆间的空腔及定、转子间气隙，再经过转子通风沟及定子通风沟，冷却了转子及定子铁心和绕组，由电机上部的出风口排出并经过水冷却器和风机而形成一个密闭循环的冷却系统。冷却器的下方设有漏水装置并带有检漏水报警器。

结论：

此次电机设计在借鉴过去生产过的变频调速异步电动机设计的基础上，结构方面有很大改进，提高了电动机的稳定性，并根据变频电源调速特性，为满足过载要求做了电磁方案的优化，比同类型电动机负荷和温升留有裕度，电机运行起来安全、可靠。

作者：宋　雨

电动机结构设计论文 篇2：

抽水蓄能电站发电电动机电压母线的结构设计

摘要: 随着我国抽水蓄能电站的发展,抽水蓄能机组将由国内厂家自主研发。依据蒲石河抽水蓄能电站18kV发电电动机电压母线及相关设备技术规范中的技术条件及电站实际布置结构形式,论述离相封闭母线发、散热及动、热稳定计算,确定离相封闭母线的具体结构设计形式并做以总结,促进抽水蓄能电站发电电动机电压母线的国产化设计。

关键词: 抽水蓄能;发电电动机组;离相;封闭母线;结构

0 引言

近些年,随着国内电力的发展和系统电能结构的变化,充分利用能源及保障系统的稳定性和可靠性问题,倍受国家关注。抽水蓄能机组以其独有的特性,可以有效地改进电力系统的能源结构和提高供电质量;能迅速承担电力系统调峰和调谷任务,使电力系统中火电机组稳定负荷运行,锅炉及汽轮机不需强迫在低出力运转,以提高效率,降低煤耗;防洪、灌溉专用水库与发电蓄水在用水上的矛盾较好解决,可增大以下梯级电站的装机容量和年发电量;调频性能好,具有高度的灵活性和可靠性,能适应急骤的负荷变化,维持电力系统的周波稳定;调相运行,在距离负荷中心近的抽水蓄能电站可多带无功负荷,调整电力系统电压。

1 电站布置形式

电站发电电动机与主变压器接成4组发电电动机变压器单元,在发电电动机和主变压器之间接有换相开关和发电电动机断路器。发电电动机工况转换时的换相和机组并入系统的同期均在主变18kV侧进行,即在离相封闭母线回路进行。连接发电电动机和主变压器的主回路离相封闭母线及其分支离相封闭母线、电流互感器、电压互感器柜、发电电动机断路器、换相隔离开关、电制动开关柜、励磁变压器柜、起动回路隔离开关等布置在母线洞内;主变压器和变频起动装置及其附属设备布置在主变洞内。

2 发电电动机电压母线的技术条件

发电电动机电压母线采用全连自冷离相封闭母线,额定电压 20kV;额定电流 14kA;绝缘水平工频(有效值)68kV;冲击(峰值) 125kV;动稳定电流300kA;热稳定电流100kA(3S);环境温度40℃。

3 设计过程计算

1)母线的发、散热通过程序计算,母线电能损耗Pm=343W/m;母线辐射散热Qmf=277W/m;母线对流散热Qmd=69 W/m,定性温度:t=75.5 ℃;母线辐射、对流总散热量Qmfd=Qmf + Qmd = 346 W/m大于发热量,符合设计要求。

2)外壳的发、散热通过程序计算,外壳电能损耗Pk=260W/m;外壳辐射散热Qkf=398 W/m;外壳对流散热Qkd=256W/m;外壳辐射、对流总散热量Qkfd=Qkf + Qkd = 654 W/m 大于发热量,符合设计要求。

母线、外壳总发热量Pmk=Pm + Pk = 603W/m;外壳总散热量Qkfd=Qkf + Qkd = 654W/m;总散热大于总发热,满足散热要求!

3)避开共振区域跨距计算。由于电动力系同向均布,短路时发生响应的主要是主频率,故计算时仅考虑主频率共振,共振频率按避开3070Hz

计算。检验仅选择双跨或单跨外伸两种情况,跨距应小于5.521886m或大于8.43482m 。根据母线分段情况选择3米。母线最大相间电动力(按敞露母线电动力的 0.33 计算) Fmax = 373.3715 Kg/m,通过母线的动态应力计算允许母线最大跨距为20.08857m 。由于母线采用三支持结构,绝缘子受压力。而绝缘子的抗压一般比抗弯大5倍以上,故完全可以满足要求,因此决定母线跨距的不是母线和绝缘子的允许应力,而取决于避开共振区。

3.4 热稳定计算。短路时,由于短路电流大于计算工作电流许多倍,而且时间很短,导体来不及散热,因而导体温度突然上升达到很高的数值,有可能影响安全运行,因此需要进行热稳定校验。热稳定计算一般按绝热过程考虑Am= 21375.38满足热稳定计算要求。

4 结构布置

4.1 与发电电动机连接结构。根据发电工况计算额定电流Ie = 12499A;电动工况计算额定电流Ie = 11066A;每相若采用18根铜编织线,每个铜编织线载流量为624A,考虑裕度后,应选In =630A铜编织线。根据接触面积σ= 0.11A/mm2;S∑ =Ie/σ=12499/0.11=113627.2mm2,主、中引出每相为3片160×16铜排,故每片应达到接触面积37875.7mm2,选取每根铜编织线为60×120 mm2,则有效接触面积为6S=40477.6>37875.7,满足设计要求。

4.2 与发电机出口断路器连接结构。根据发电机出口断路器情况,离相母线采用十方金具20根铜编织线,外壳采用橡胶伸缩节实现快速可拆装置,并用导电连接板跨接形成全部电气连接。导体连接处设置铜编织线支撑环,以减少强磁场产生的力对铜编织线长期运行造成的损坏。在起动开关与起动母线连接处同样设置快速可拆形式,用以实现起动回路的换相需要。

此结构设计四处可拆连接结构既能完成复杂的设备连接,又能解决离相母线导体、外壳的热胀冷缩问题,用此部分的变形来吸收由于温度变化、土建误差等引起的变形,很好地满足运行要求,并为以后的检修提供方便。

4.3 与发电机中性点的连接结构。本套工程发电机中性点采用每相三线形式,装配四组发电机测量、保护用CT,并在分三组分别封星后安装两台发电机恒差保护用CT。差动保护主要用来保护发电机绕组内部及其引出线上发生的各种相间短路故障,同时也可以用来保护匝间短路故障,即纵差和横差保护保护。从理论上讲,正常运行时差动回路电流为零,实际上由于两侧电流互感器的特性不可能完全一致等原因,在正常运行和外部短路时,差动回路中仍有不平衡点流过,此时要求不平衡点流应尽量的小,以确保发电机正常运行。

离相封闭母线设计成差动保护形式的接线方式,在设计及制造中还属首例,根据长期的工作经验,计算出最小绝缘距离下的弧形导体外形尺寸,满足有效电流面积,采用绝缘子通过压块与螺栓紧固的形式来完成导体接线方式,很好地解决实际应用问题,通过各项试验均满足设计要求。

5 结论

本文通过针对抽水蓄能工程的计算,完成理论到实践的转化,并在实际中得以应用。本着简化设计、降低成本、节约消耗的宗旨,在实际各个结构设计中做到满足各项技术参数要求合理布局有利于实际生产制造,理论与实践相结合,促进抽水蓄能电站的国内自主设计、生产。

参考文献:

[1]梅祖彦,《抽水蓄能技术》[M].北京: 清华大学出版社,1988.

[2]潘家铮、何璟,《中国抽水蓄能电站建设》[M].北京:中国电力出版社,2000.

[3]吴励坚,《大电流母线的理论基础与设计》[M].北京:水力电力出版社,1995.

[4]范锡普,《发电厂电气部分》[M].北京:水力电力出版社,1987.

[5]蒲石河抽水蓄能电站技术规范书.

作者：项建立

电动机结构设计论文 篇3：

电动机保护器的创新设计

电动机的保护装置种类繁多，但对电动机的保护都不是直接拾取烧毁电动机的温度信号值作为保护信号，其共同的特点是在电动机三相电源线上拾取保护信号，这样只能反映电动机的线电流或线电压的变化，根本不能直接反映电动机内部绕组温度的变化。因此存在实质性缺欠，保护不够完善。电动机烧毁的故障主要是由于使用不当和保护不完善，致使电动机内部绕组的温升超过了极限，绕组温度不能限制在某一极限值之内而造成的。为此，需要对电动机实施完善的综合性保护。

1 创新设计方案

1．1 在电动机内部绕组线圈上设置温度取样传感器

合理而有效的保护方式是采取温度保护。对于三相异步电动机可采用三只温度传感器均匀地埋设在电动机绕组线圈中，通过绝缘引线引入发射器电路。当电动机某相绕组超温时，对应相序的传感器输出开关特性信号，用此特征信号来保护电动机。温度取样传感器可选择具有灵敏开关特性的正温度系数PTC热敏电阻作温度取样传感器。PTC热敏电阻的动作温度和余量的选择是根据国家或国际标准中对电动机绕组线圈的绝缘等级规定而对应选定的，保证了相同绝缘等级的电动机选用相同规格和参数的传感器。将它按照电动机绕组线圈相序对称嵌入在电动机绕组线圈端部，通过绝缘引线引出到发射器的接线端子，完成设定的电动机的保护极限温度的检测并输出开关控制信号。

电动机每相绕线圈至少要敷设一只热敏电阻，并且按照绕组相序对称分布。

1．2 采取脉冲编码技术

每台电动机有一个编码，利用温度取样传感器输出开关特性信号来完成电动机编码的输出。

1．3 进一步应用技术滚动码编码技术

由于普通脉冲编码技术编码组数少、编码容易冲突，故在电路的设计上率先采用了滚动码技术。利用的滚动码芯片是Microchip公司针对滚动码无线遥控安全系统开发的，采用了跳码加密原理。可以编入不同厂商的代码、可以编入同一厂商的不同序列码。如一块发射器HCS301通过编程器编程，而后与具体的滚动码接收器如HCS512配对通讯学习成功之后，即可使用。发射码长度达66位，编码组数达6万亿组，发射一组有效编码时间≤500ms，保证了安全。

1．4 采取电力线载波技术

利用电力线载波，可使得产品的整体结构设计变得更加简洁，同时也为产品的应用带来了极大的方便。

2 保护器的组成

保护器由温度传感器、发射器和接收器三部分组成。温度传感器检测绕组的温度保护信号；发射器完成脉冲编码，并将输出信号调制后输送到电力载波线路上。发射器的电路部分和绝缘壳体之间采用绝缘灌封料封装，可安装在电动机接线引线盒内；接收器从载波线路上接收相对应的信号并解码成功，其内部的继电器常闭触点动作，以控制和保护电动机的正常运转。温度保护也被称为“电动机全保护”。

3 技术现状及应用效果

“载波式电动机报警保护器”已经获得实用新型专利，专利号：02206430．3。该项目2004年9月获得第五届中国国际发明展览会荣誉奖，2005年8月，获得中国国际专利技术与产品交易会金奖。

电动机保护器采用载波遥控技术，利用电力线路作为载波线路完成信号的传输，不架杆铺线，安装维护方便；采用了温度保护，只要是同一绝缘等级的电动机从零点几千瓦至几百千瓦只使用一种规格的保护器，不需要调整保护器的任何参数，安装使用方便；采用了编码技术，同一个网络内可以有多个控制系统单元，每个控制系统单元不局限于发射器与接收器必须一一对应，根据需要一个发射器可以控制多个接收器，多个发射器也可以控制同一个接收器。

该设计产品先后在大庆油田油井电机、锅炉系统的附机电机保护上应用，并取得了令人满意的效果，保证电动机有效的经济使用寿命。

该创新设计能够为电动机保护器产品的更新换代提供一个新的设计方案。

作者：刘开绪