超大容量高速同步無(wú)刷勵(lì)磁電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)優(yōu)化.pdf

1、近年來(lái)，隨著我國(guó)冶金、石化和航空制造行業(yè)的高速發(fā)展，對(duì)于應(yīng)用配套的大功率風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)的大容量高速同步電動(dòng)機(jī)的需求與日俱增，尤其是鋼廠的高爐風(fēng)機(jī)與航空領(lǐng)域的風(fēng)洞試驗(yàn)機(jī)組等都迫切需要有30MW以上的大容量、高轉(zhuǎn)速（1500rpm以上）的無(wú)刷勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)。
　　本文以上海電機(jī)廠為柳州鋼鐵股份有限公司4#高爐風(fēng)機(jī)配套電機(jī)的研發(fā)項(xiàng)目為背景，對(duì)36MW、10kV、4P無(wú)刷勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)優(yōu)化。
　　基于上海電機(jī)廠的原最

2、大容量的同步電機(jī)T24000-4，原最大容量的異步電機(jī)Y25000-6的電磁方案，以及綜合考慮電磁負(fù)荷的數(shù)值，首先確定了36MW級(jí)無(wú)刷勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)的基本尺寸，并進(jìn)一步確定了電機(jī)本體的電磁設(shè)計(jì)方案；然后完成本電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及關(guān)鍵零部件機(jī)械強(qiáng)度和剛度的校核。
　　相對(duì)于傳統(tǒng)大容量同步發(fā)電機(jī)的隱極轉(zhuǎn)子方案，此電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子為凸極結(jié)構(gòu)，又由于轉(zhuǎn)子外徑相對(duì)較大以及轉(zhuǎn)速較高，對(duì)轉(zhuǎn)子相關(guān)零部件的強(qiáng)度和剛度的設(shè)計(jì)要求較高。本文根據(jù)材料力學(xué)原理，建立

3、了極靴及極靴螺釘?shù)牧W(xué)模型并計(jì)算出所需極靴螺釘?shù)膫€(gè)數(shù)、大小及材料；并通過(guò)有限元分析法，對(duì)極靴本身和極靴螺釘?shù)膹?qiáng)度進(jìn)行了校核。本文還利用有限元分析法，對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)軸的撓度和臨界轉(zhuǎn)速進(jìn)行了計(jì)算，以確認(rèn)其在一個(gè)可允許的范圍內(nèi)，并計(jì)算了不同軸承支撐剛度對(duì)轉(zhuǎn)軸臨界轉(zhuǎn)速的影響，為電機(jī)設(shè)計(jì)中軸承的選擇提供了理論依據(jù)。
　　同時(shí)，本文提出了磁極線圈極間連接的新結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的連接結(jié)構(gòu)是：兩相鄰磁極線圈出頭從側(cè)面引出，錫焊后通過(guò)徑向螺栓與磁軛固定，螺栓與磁

4、極引線之間用膠木塊和環(huán)氧布管作為絕緣，其弊端為極間空間狹窄、操作困難，在相對(duì)線速度較大的高速電機(jī)，尤其是大直徑轉(zhuǎn)子，此處是易產(chǎn)生機(jī)械損壞、絕緣破損的一大隱患所在。改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)為：將磁極線圈引出接頭由極間移至線圈端頭，與一根“L”型的導(dǎo)電排銀焊后，通過(guò)沿軸表面的導(dǎo)電排與相鄰的磁極線圈相連接。這塊沿軸表面的導(dǎo)電排上下各放置一塊膠木塊并通過(guò)徑向螺栓固定于軸表面。因?yàn)檫B接排被膠木板架空，所以整個(gè)連接體無(wú)需絕緣，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易做，經(jīng)強(qiáng)度校核及實(shí)機(jī)試驗(yàn)