直流发电机增容改造技术

爆晓机　（ＥｘＰＬＯｓＩｏＮ—ＰＲ００Ｆ　ＥＬＥｃＴＲＩｃ　ＭＡｃＨＩＮＥ）　第４７　慈期）　直流发电机增容改造技术　赵忠杰　哈尔滨电气动力装备有限公司，黑龙江哈尔滨（１５００４０）　摘要阐述了某重型机械厂真空超速室发电机增容改造技术。主要介绍了电磁设计中斜　槽铁心、变断面电枢绕组的选用、每槽２片全节距异槽式单迭绕组的优点等；结构设计中转子支架　轴结构、电枢迭片铁心特点、主换向极铁心及线圈结构特点等。简单介绍了换向器结构、刷杆座圈　结构以及ＶＰＩ绝缘工艺。　关键词直流发电机；设计；工艺；ＶＰＩ绝缘　中图分类号：ＴＭ３３文献标识码：Ａ文章编号：１００８－７２８１（２０１２）０２－００１５－０４　辩　Ｕｐｒａｔｉｎｇ　Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ＤＣ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　Ｚｈａｏ　Ｚｈｏｎｇｊｉｅ　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ　ａｎ　ｕｐｒａｔｉｎｇ　ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｄｏｐｔｉｎｇ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｇｅｎｅｒ－　ａｔｏｒ　ｏｆ　Ｂｅｉｚｈｏｎｇ　ｖａｃｕｕｍ　ｏｖｅｒｓｐｅｅｄ　ｒｏｏｍ．Ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｄｅｓｉｇｎ　ｉｓ　ｃｈｉｅｆｌｙ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｉｎ　ａｓｐｅｃｔｓ　ｏｆ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｋｅｗｅｄ－ｓｌｏｔ　ｃｏｒｅ，ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｖａｒｉａｂｌｅ　ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎ　ａｒｍａｔｕｒｅ　ｗｉｎｄｉｎｇｓ　ａｎｄ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　２　ｆｕｌｌ—ｐｉｔｃｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ－ｓｌｏｔ　ｓｉｎｇｌｅ－ｌａｐ　ｗｉｎｄｉｎｇｓ　ｐｅｒ　ｓｌｏｔ．Ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｄｅｓｉｎ　ｉｓ　ｇａｌｓｏ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ　ｉｎ　ａｓｐｅｃｔｓ　ｏｆ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｒｏｔｏｒ　ｓｈａｆｔ　ｗｉｔｈ　ｓｕｐｐｏｓｉｎｇ　ｆｒａｍｅ，ｆｅａｔｕｒｅｓ　ｏｆ　ａｒｍａｔｕｒｅ　ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ　ｃｏｒｅ　ａｎｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｃｏｒｅ　ａｎｄ　ｃｏｉｌｓ　ｉｎ　ｍａｉｎ　ｃｏｍｍｕｔａｔｉｎｇ　ｐｏｌｅ．Ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ｏｆ　ｃｏｍｍｕｔａｔｏｒ，ｂｒｕｓｈ—ｈｏｌｄｅｒ　ｓｔｕｄ　ａｎｄ　ｂａｓｅ　ｒｉｎｇ　ａｎｄ　ＶＰＩ　ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｒｅ　ｂｒｉｅｆｌｙ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．　・　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　ＤＣ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ；ｄｅｓｉｎ；ｔｇｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ＶＰＩ　ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ　０　引言　本文所述增容改造的电机为某重型机械厂真　空超速室电动机电源的发电机。原电机为　３　０００ｋＷ，现增容到３　３００ｋＷ，条件是原电机的基　励磁方式：他励　１．２技术要求　绝缘等级：Ｆ级（Ｂ级考核）　工作制：Ｓｌ　防护形式：ＩＰ０１　础不变。这就大大增加了设计难度，因此电机设　计在电磁、结构等方面要有新的突破，必须采用新　技术、新工艺、新结构等措施。最终确定电枢直径　冷却方式：ＩＣ１７　安装形式：ＩＭ７３１１　过载能力：２倍额定电流，切断２．２倍额定电　流　Ｄ。＝１　５００ｍｍ、电枢铁心长ｚ　＝３３０ｍｍ、电枢槽数　Ｚ＝２８５，才能在电磁上满足该电机的性能要求，　又能在结构上满足与原电机的互换。　２　电磁设计　２．１采用斜槽电枢铁心，即斜一个齿距。斜槽可　以消除由电枢齿、槽产生的磁通脉动以及换向器　片间电压的脉动，同时还可以减少电机噪声、低速　运行时的转速脉动和转矩脉动。　１　电机技术参数　１．１型号及规格　型　号：ＺＦ　１５００／３３０　额定功率：３　３００ｋＷ　２．２采用变断面电枢绕组。本电机为增容改造　．　・　额定电压：ｌ　０００Ｖ　额定电流：３　３００Ａ　电机，要想在原基础上增加电机容量就必须增加　线负载Ａ．ｓ，而线负载ＡＩｓ已高达８００Ａ／ｃｍ，热负荷　高达５　６００，电机热参数和换向参数均达到了极限　值。因此通过加深电枢槽来增加线圈截面积而降　】５　额定转速：６００ｒ／ｍｉｎ　励磁电压：２２０／１　１０Ｖ　第４７　雾　期）卷（总第１６５期）　（　ＥＸＰＬＯＳＩＯＮ—一　ＰＲＯＯＦ　ＥＬＥＣＴＲＩＣ　ＭＡＣＨＩＮＥ　１）　低热参数是不可行的，对本电机就采用了变断面　电枢绕组。这是利用电枢绕组直线部分散热优于　Ｉｌ万ｌ爆也机　　ｂ　３　结构设计　３．１电枢结构　Ａ　端部散热条件的差异，适当将电枢绕组直线部分　电密，设计成高于端部电密，也就是将电枢绕组设　计成直线部分高度小于端部高度的变断面电枢绕　组。同理，利用上层直线部分散热优于下层直线　部分散热条件的差异，将电枢绕组直线部分上层　３．１．１电枢铁心由４÷扇形冲片拼成整圆，即冲　，　片由４张大片和ｌ张小片按÷重叠进行迭装配，　，　导体高度设计成小于下层直流部分导体高度。本　铁心总长３３０ｒａｍ，分成６段，段间有８ｍｍ径向通　电机上、下层直线部分和端部电枢绕组高度，热负　荷见　表１　表１热负荷表　２．３　采用换向性能较好的每槽２片全节距异槽　式单迭绕组。这种绕组电抗电势波形平坦、对称　性好，易与换向极磁场波形相匹配，电抗电势可以　较理想的被换向极磁势抵消，而且可以在不增加　换向区宽度情况下，适当增加刷宽，达到减小电　抗电势和改善电机换向能力的目的。　２．４　采用无纬带绑扎代替传统的用槽楔固定电　枢绕组直线部分。该电机转速高换向困难，采用　这种无纬带绑扎形式，有效的降低了槽深，对减少　电抗电势有明显效果。　２．５合理的选用补偿绕组的槽数。在保证电机　一定的补偿度的条件下选择尽可能多的补偿导体　数，使补偿磁势波形与电枢反应磁势波形尽量吻　合，使磁场波形畸变最小，以避免最大片间电压的　出现。本电机每极补偿槽数为１６，并联支路数　为２，每槽导体数为１，每极补偿匝数为８，补偿程　度高达９９％，这有效地消除电枢反应的影响，降　低了换向器最大片间电压，达到改善换向条件的　目的。　综上所述，本电机由于在电磁设计方面采用　了卓有成效的措施，所以尽管选用了较高的电磁　参数（如热参数高达５　６００，齿磁密达２１　５００Ｇｓ），　但电机在高速过载时的电抗电势为１３．６Ｖ，西门　子把高速过载时的电抗电势控制在１３～１４Ｖ，也　是当前最高的技术水平。　１６。　风沟。电枢迭片后用两排各３２个拉紧螺杆拉紧　铁心，其中外圆一排拉紧螺杆为绝缘螺杆；靠近冲　片内圆一排拉紧螺杆为非绝缘结构。螺杆与冲片　间隙为０．２ｍｍ。为提高抗扭振与机械强度，紧靠　支架筋的两根螺杆，在螺帽下加装钢套，钢套与螺　杆之间最大间隙为０．１ｍｍ，并将钢套牢固地焊在　电枢压板上，即起到定位作用又能承受电枢压板　与铁心的剪应力。　３．１．２　转子采用支架轴结构，一周四个转子支　臂。支架轴与电枢铁心间采用礼帽形撑紧键配　合，先把撑紧键径向打入已加热１３５Ｋ的铁心键　槽内，直到撑紧键稳定达到槽底，然后在换向器端　插入支架轴，过盈量约为０．７６—０．８６ｍｍ。支架　轴结构简单，易于下料和施焊，抗弯抗剪能力高，　易保证质量，并且有利于电机风路，易于散热。　３．１．３换向器采用拱形结构，套在电机转轴上。　换向器梯排采用银铜合金材料，增加换向器的耐　磨性能和导电性。为提高升高片固有频率和机械　强度，抗疲劳断裂，升高片采用铜一钢一钢结构，并　以硬钎焊连接，升高片之间用适形膨胀材料撑紧。　３．２定子结构　３．２．１定子机座采用上下分瓣结构，合缝处用螺　栓连接，便于安装和检修。机座采用两面刷漆扇　形片１／２迭装而成。机座板与扇形片一起迭装装　后，加压、焊接成型，增加了机座刚度。机座成形　后内圆加工，保证圆度。　３．２．２。主极铁心采用１．５ｍｍ两面刷漆薄钢板叠　成。冲片上开有１０个＜ｐ１２．６Ｈ８圆孔，绝缘铆钉　插入圆孔与冲片、端板一起进行铆焊。主极绕线　为边绕边刷单马胶结构。主极铁心上有１６个补　偿槽，补偿槽采用闭口槽形式，可减少补偿齿与电　枢槽引起的磁脉动。补偿绕组采用半圆形铜母　线，外包绝缘后插入主极铁心，与主极一同进行真　空压力浸漆。　爆晓　ｂ　（ＥｘＰＬ０ｓ１０Ｎ—ＰＲｏｏＦ　ＥＬＥｃＴＲＩｃ　ＭＡｃＨＩＮＥ）　第４７　期）　３．２．３换向极铁心也采用１．５ｍｍ两面刷漆薄钢　３．３刷杆座圈结构　板叠成。换向极铁心铆压后进行真空整浸，铁心　采用杆式刷杆，刷杆一端与刷杆座圈固定，另　刚度好、不变形。换向极绕组利用绝缘螺杆横穿　一端用联接片与３１．５×３１．５铜母线弯成的导电　铁心固定，露出绕组的螺杆、螺帽用绝缘帽封住，　环联接。杆式刷杆简单轻巧，所占位置极小，更换　其结构牢固美观。　电刷、刷握以及维护换向器等都极为方便。同时，　３．２．４定子主回路连线采用两路并联。补偿绕　因为３１．５×３１．５方形铜母线弯制的导电环下半　组连接线与补偿绕组、换向极连接线均采用硬钎　部通过引出线固定在座圈上，还可以起到增加刷　焊技术。定子主极线圈、换向极线圈和补偿线圈　杆刚度的作用。　各装有铂热电阻，可以在控制室随时监控电机绕　以上为电机主要部件结构简述，电机总体结　组温度情况。　构如图１所示。　１．圆头平键；２．非绝缘座式轴承；３．轴伸端外罩；４．接地电刷；５．定子装配；６．电枢装配；７．换向器端外罩；　８．刷杆座圈装配；９．绝缘座式轴承；１０．导风罩．　图１电机总体结构图　４　ＶＰＩ绝缘工艺　件绝缘物的毛细空隙，热态浸渍是提高漆的流动　性便于填充和渗透。　电机的真空压力浸漆和烘干：浸漆工艺的关　浸漆工艺及固化：被浸漆的工件先在烘炉中预　键是温度、压力和时间三项决定的工艺参数及　热至７０℃再装入浸漆罐中。浸漆罐在热态下，边加　ＶＰＩ设备的工艺性能。真空是为了除去被浸渍工　热工件边抽真空，当工件温度达到６５￣Ｃ时，真空度　件绝缘物的内部水分和挥发气体，降低工件内部　在２６．３Ｐａ，保持一定时间后，漆温在７０℃时进行输　压强；压力是为了漆在压力下更好的充填，浸渍工　漆，漆面高于工件５０ｍｍ以上稳定后，（下转２０页）　１７　第４７　第４７卷（总第ｌ薯慈期）６５期）　（（Ｌ　ＥＸＰＬＯＳＩＯＮ－ＯＮ　ＰＲＯ（ＯＯＦ　ＥＬＥＣＴＲＩＣ　ＭＡＣＨＩＮＥ））　ｆ万ｊ爆，皤ｌ、＇包扎　Ｅ　３．４选择转子槽形结构降低谐波损耗和脉动转矩　冷却系统、绝缘结构和电磁负荷设计等方面。只要　的影响　搞清楚这些区别对船用变频异步电动机运行特性　为克服集肤效应的影响，抑制高次谐波电流，　的影响并在设计过程中进行优化组合，定能设计制　降低脉动转矩，减少振动噪声，涉及船用变频异步　造出完美的产品。　电动机时一般不宜采用深槽结构更不能采用双笼　参考文献　槽形，而应采用槽深较浅的闭口槽形。　［１］　才家刚．电机试验技术及设备手册．北京：机械工业　４结语　出版社，２０１１．　作者简介：颜枫男　１９７６年生；毕业于江苏科技大学。　．综上所述，当由变频电源供电运行时船用异步　电动初将会面临诸多的设计技术问题，而其与工频　现从事物资计划管理工作．　电源供电运行的船用异步电动机的主要区别在于　收稿日期：２０１２－０２—１６　（上接１０页）　的号召下，电机厂家与变频器厂家共同合作开发出　虽然应用功率较小。但已广泛应用于运输系　适合不同负载、不同工况的多种变频节能驱动系统　统、汽车制造、食品饮料、钢铁行业、替换机械调速　方案，达到变频器、电动机和负载的最优匹配，必将　和变极调速等诸多行业的自动生长线。其特点是　将传统的变频器和电机集成一体，控制器和电动机　在如今竞争激烈的行业领域中开创出新的市场商　的参数整体最优化设计，由于系统采用模块化设　机，带来更高的经济效益，更会为国家节约能源做　计，控制面板、用户接口卡和速度闭　定位控制　出贡献。　‘　卡，可按用户需求自由组合，便于安装、编程和初始　参考文献　化设计，集成内置滤波器，电机定子电阻自动检测，　［１］许实章．电机学．北京：机械工业出版社，１９９２．　又具备很好的调速特性，控制简单，只需接入电源　［２］胡崇岳．现代交流调速技术．北京：机械工业出版社，　和控制信号，就可满足大多数系统控制要求，具备　２０００．　通讯功能，可方便与控制系统、集散系统连接，实现　［３］　曾毅．变频调速控制系统的设计与维护．济南：山东　计算机驱动系统控制和工厂车间集中控制。可将　科技出版社，１９９９．　起、停、转速、正反转等信息下达给电动机，电动机　可将运行状态反馈给监控系统，实现方便的系统智　能控制。　作者简介：汪大威男　１９８２年生；２００４年毕业于沈阳　同时在国家发改委“节能中长期专项规划”和　工业大学，现从事电机设计工作．　“十一五”期间十大节能重点工程的实施意见精神　收稿日期：２０１２－０２－０９　¨¨。．…．ｌ｜・－……¨一ｔ”。……－’”Ｏｌｉｎ　　Ｉ０Ｉ１￣，。’…ｉｉｑ　　‘¨ＩＩｉ¨一’’｜¨　（上接ｌ７页）　参考文献　分段加压１５ｍｉｎ左右，压力在０．３ＭＰａ；温度达　［１］　中国电气工程大典编辑委员会．中国电气工程大　７０￣Ｃ后再稳定一段时间回漆，滴干２ｈ左右后送入　典．第９卷．电气工程．北京：中国电力出版社，２００８．　烘炉。　［２］宝钢２０５０轧机大电机产品鉴定技术文件．哈尔滨　电机厂内部发行，１９９１．　浸漆后的固化在普通烘炉中烘培，烘炉的四　［３］直流电机电磁计算公式．电指（ＤＺ）２６－６３．哈尔滨电　角放置液态催化剂，蒸发除雾状气体弥漫与烘炉　机厂内部发行，１９６５．　空间，使与浸漆工件表面接触加速固化来防止浸　作者简介：赵忠杰女１９７９年生：２ｏ０３年毕业于沈阳　漆后漆液流失，固化温度在１５０￣Ｃ土５℃，经２０ｈ　工业大学电机专业，现从事直流电机设计．　左右，电枢线圈绝缘就固化一整体。　收稿日期：２０１１－１２．１８　２０