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YR5000-24/286010Kv5000Kw绕线式异步电动机24极改20极设计计算技术总结一.前言YR5000-24/286010Kv5000Kw绕线式异步电动机系包钢初轧厂连轧车间650机架的主传动电动机.该机是1989年由哈尔滨电机厂制造并于同年8月在包钢安装的.以代替原来由沈阳电机厂制造的4000Kw电机.这是国内制造的功率最大的高压绕线式异步电动机.该电机运行4年来一直运行正常.1993年包钢初轧厂为了提高连轧车间的产量.提出要把这台电机改为20极.以提高电机转速.由于是绕线式异步电动机,要变极数,就要定子和转子一起改造.根据初轧厂的委托,我对该机的改极做了设计.包括电磁计算和线圈设计.以下是设计总结.二.原电机铭牌YR5000-24/28605000Kw247.5r/m功率因数0.74效率94%绝缘等级F/F级定子电压10Kv定子电流402A接法2Y转子电压1850V转子电流1639A接法2^定子重量21500Kg转子重量21500Kg总重量640000Kg哈尔滨电机厂1989年1月出品出厂编号7-15904三.原定子铁心绕组数据1.铁心Da=2860Di=2540Lt=1010(17段)Z=216bn*hn14.4*80.0(迭片尺寸.迭片公差0.4mm)2.绕组2p=24q=3.0y=8(1-9)a=2Y3.原线圈导线2-3.0*6.3SBEMB-40/155单玻双层聚酰亚胺薄膜绕包线绕法上下两根并绕匝数4匝/只匝间绝缘0.13*25有机硅玻璃云母带4.绕组每相串联匝数W=216/3/2*4=144匝四.根据原线圈实物,核算线圈尺寸,发热参数和槽内填充.1．热负载1．1．导线线规3.0*6.3导线截面S=18.35mm#1．2．电流密度J=402/2/(2*18.35)=5.4768A/mm#1．3．线负载A=402/2*4*2*216/(254*3.1416)=435.2675A/cm1．4．热负载AJ=5.4768*435.2675=2383.8901．5．评论:根据电机工程手册第20篇异步电机第3章电磁设计P20-20.图20.3-2.异步电动机基本系列产品电磁负荷范围对于本机(极距TAO=332.5mm)J可取4.5-5.2本机偏高A可取400-480本机合适AJ可取1800-2400本机合适,接近上限.但是对于F级可以.2．导线绝缘和匝间绝缘2．1．导线SBEMB-40/155单玻双层聚酰亚胺薄膜绕包线.这个尺寸很难做双薄膜线.2．2．绝缘后的导线尺寸为3.4*6.7则A-a0.40mmB-b为0.40mm2．3．匝间绝缘0.13*25有机硅玻璃云母带根据图纸尺寸反算出匝间绝缘厚度高度29.5/4-2(3.4+0.02)=0.535mm一层半迭包.宽度7.4-(6.7+0.1)=0.60mm也符合一层半迭包.2．4．说明:根据现行的匝间试验标准(JB293-87)单只线圈的冲击试验电压为2*Un+2500=22500V平均每匝承受的试验电压是5625V太高了.本机现在标注的试验电压是每匝2000V.不符合要求.匝间绝缘厚度0.935mm是否合格没有根据.3．线圈尺寸计算:3．1．匝间:高度((3.40+0.02)*2+0.535)*4=29.5mm(这样与图纸相符)宽度6.70+0.10+0.70=7.5mm(这样与图纸相符)3．2．主绝缘:由图纸标注主绝缘与匝间之间的尺寸差确定).高度29.5+6.2=35.7mm(这样与图纸相符)宽度7.4+6.2=13.6mm(这样与图纸相符)主绝缘厚度含防晕层只有6.2mm也不厚.4．迭片以后的槽尺寸(冲片尺寸减去迭片公差0.4mm)宽度14.4-0.4=14.0mm高度80.0-0.4=79.6mm5．槽内填充宽度14.0-13.6=0.4mm(松紧正常,也不富裕)高度79.6-2*35.7=8.2mm(对10Kv电机也不富裕)高度分配为槽底1.0mm,层间2.0mm,槽楔4.0mm,楔上0.5mm,共7.5mm楔下还有0.7mm作为调节线圈公差用.很紧张.线圈必须做好.五.改20极的计算1．改20极前后的极距1．1．按数值算为24极2540*3.141592654/24=332.48mm20极2540*3.141592654/20=398.98mm1．2．按槽数算为24极216/24=9槽20极216/20=10.8槽2．改20极前后的每极每相槽数24极q=216/(3*40)=3.020极q=216/(3*20)=3.63．改20极前后的槽节距和短距比24极时y=8(1-9)8/9=0.88888920极时y=10(1-11)10/10.8=0.926y=9(1-10)9/10.8=0.0.8333从抵消高次谐波的角度取5/6的短距最好5/6=0.83333与第二种节距一致.因此选1-104．改20极前后极后的基波绕组系数4．1．短距系数24极时Ky=Sin(8/9*90)=0.984807820极时Ky=Sin(9/10.8*90)=0.96592584．2．分布系数24极时Kp=0.5/(3*Sin(30/3))=0.959795120极时Kp=0.5/(18*Sin(30/18))=0.955064(3.6=36/10=18/5所以按18计)4．3．基波绕组系数24极时Kw1=0.9848078*0.9597951=0.9452120极时Kw1=0.9659258*0.9550643=0.922525．24极改20极后的匝数计算5．1．24极改20极以后,极距和每极下的面积之比为24/20=1.2若气隙磁通密度不变.则每极有效磁通也增加为原来的1.2倍5．2．原来每相串联匝数为4*3*12=144匝(每支路12个极相组)有效匝数144*0.9452136=136.1076现在每相串联匝数为可取144/1.2=120匝.5．3．每线圈匝数为120/10/3.6=3.333(每支路10个极相组)而且现在的绕组系数比原来的低.3.3333*0.94521/0.92252=3.415应该取3.5匝.5．4．这样相当于比计算值多3.5/3.415=1.0248多2.48%若不考虑饱和的影响,气隙磁密相应减小2.48%5．5．上计算机上算出的实际值是8712.737/8816.925=0.9882这是由于20极的压降系数Ke比24极的压降系数小.感应电势略高的原因.24极的压降系数查表值是0.922,实际的计算值是0.9445.20极的感应电势为5484.8V.932,24极的感应电势为5427.093V.因此趋势是对的.24极改20极以后齿磁密相应减小.轭磁密相应增加.以后计算的趋势也是是对的.5．6．但是现在是分数槽,无法做分数的匝数.可以按照等效的办法,做成4Y接线,每只线圈7匝.定子是216槽.20极.每极每相槽数q=3.6.每5组线圈一个轮回.因此可以做成4路.最多也只能做成4路.5．7．绕组排列为A34443│34443│34443│34443│每相72个.C44334│44334│44334│44334│每相72个.B33444│33444│33444│33444│每相72个.5．8．改20极以后的每相串联匝数W=72*7/4=126匝有效匝数126*0.92252136=116.2377724极改20极所需的有效匝数为136.1076/1.2=113.423实际的每相有效匝数为116.2375.比需要值高.116.10777/113.423=1.0248高2.48%,与以前的计算是一致的6．24极改20极后导线截面的选择6．1．确定匝间绝缘种类和匝间绝缘的厚度现在线圈匝数为7匝.根据现行的匝间试验标准(JB/Z293-87).单只线圈的冲击试验电压为2*Un+2500=22500V平均每匝承受的试验电压是22500/7=3214V应该选择SBEFB-90/155-2N自粘性玻璃丝包云母带绕包线.A-a0.90mmB-b0.85mm云母带两层半迭包.按照上海电机厂的绝缘规范用SBEFB-70/155-2N云母带绕包线.A-a0.70mmB-b0.65mm云母带两层1/4迭包.这种线因云母带的迭包率低,我觉得不太好.按照1991年我作为评委参加云母带绕包线的国家级鉴定会时,会上介绍的云母带绕包线绝缘的选择原则,每匝承受的平均冲击电压大于3000V时就应该选择SBEFB-90/155-2N.而且本机对包钢太重要了.匝间绝缘必须很可靠才行.因此先按照SBEFB-90/155-2N算.若尺寸实在安排不下,导致电流密度太大的话.可选择新产品SBEMFB-70/155-2N自粘性双玻璃丝包云母带聚酰亚胺薄膜绕包线.它的绝缘性能与SBEFB-90/155一致.至SBEMB-60/155-2N聚酰亚胺薄膜绕包线,因最大绝缘厚度只有0.60mm,击穿电压只有5500V,也比较低.故不做考虑.6．2．几种导线的性能比较如下导线型号SBEFB-70/155-2NSBEFB-90/155-2NSBEMFB-70/155-2N导线名称自粘玻璃丝包自粘玻璃丝包自粘玻璃丝包云母带绕包线云母带绕包线云母带薄膜绕包线绝缘结构0.10云446-1S0.10云446-1S0.03亚胺薄膜1/4迭包两层半迭包两层0.10云446-1S各半迭包一层迭包重叠率25%48-50%48-50%绝缘厚度0.70mm0.90mm0.70mm弯曲绝缘不开裂10a,10b10a,10b10a,10b常态击穿电压直线/8000V直线/10000V直线/10000V10a/6000V10a/7500V,10a/7500V6．3．确定主绝缘种类和主绝缘的厚度主绝缘选用F级5440-1改性桐马环氧粉云母带.它的介电强度可达到32-34Kv/mm,而B级的5438-1的介电强度只有24-26Kv/mm.而且它的机械柔韧性能也比较好.是现在的通用的F级云母带.原电机用的羧酸盐玻璃粉云母带和辛酸锌玻璃粉云母带因其绝缘性能不稳定,都已不再生产.绝缘厚度现在上海电机厂含防晕层为双边6.0mm,不含防晕层为双边5.7mm,为了保险起见希望增加0.5mm,到6.5mm.由于该机对包钢很重要,一旦停产损失很大.所用高压电机应该是采用加强绝缘.并且应该完全按照有关国家标准进行试验.所以我把匝间绝缘和主绝缘都加强了.6．4．按照槽内尺寸倒算可以采用的导线尺寸6．4．1．槽宽14.0mm线圈宽度可以做到13.60mm槽深79.6mm线圈高度可以做到(79.6-8.0)/2=35.80mm6．4．2．匝间的尺寸分别为宽13.60-6.5=7.10mm高35.80-6.5=29.30mm6．4．3．绝缘导线的尺寸A=29.30/7-0.02=4.17mmB=7.10mm6．4．4．减去匝间绝缘裸线的尺寸为a=4.17-0.90=3.27mmb=7.1-0.85=6.25mm6．4．5．按照现行的新系列线规表,可取3.15*6.0.其导线截面为S=18.35mm#与原来一样.6．4．6．若需要增容,可取3.15*6.3.其导线截面为S=19.30mm#6．4．7．由于没有提出改极后相应增容的要求.就取3.15*6.07．24极改20极后发热的计算7．1．导线线规3.15*6.0导线截面S=18.35mm#按额定电流402A计算7．2．电流密度J=402/2/(2*18.35)=5.4768A/mm#与原来一致.7．3．线负载A=402/4*7*2*216/(254*3.1416)=380.859A/cm降低12.5%7．4．热负载AJ=5.4768*380.859=2085.8897．5．评论:根据电机工程手册第20篇异步电机第3章电磁设计P20-20.图20.3-2.异步电动机基本系列产品电磁负荷范围对于改极以后(极距TAO=398.98mm)J可取4.6-5.3现在偏高A可取410-490现在偏低AJ可取2000-2600本机合适,接近下限.若按照上限2600,则改极数后可以增容.电流可增加的倍数