武钢2250热连轧机R1机架主传动电机的设计
20 摹： 蓄出ll5版~] (EXPLOSION—PROOF ELECTRIC MACHINE) 防爆电机
武钢 2250热连轧机R。机架主传动电机的设计
刘 昱 秦 秀 兰
哈 尔滨 电机厂 有 限责任 公 司，黑龙 江哈 尔滨 (150040)
Design of the M ain Driving’M otor for Frame R1 of 2250 Hot Continuous
Rolling M ill at W uhan Iron ＆ Steel Company
LiuYu and Qin Xiulan
1 引 言
武钢 2250热连 轧 R．机 架主传 动 电机 的 设计
是我们 借鉴 了 国 外 公 司 的一 些 先进 的设 计 思 路 ，
同时有所创新 ，这对我们吸收国际先进技术与我
们的生产实际相结合 ，应用于生产具 有重要 的意
义 。
2 设 计 方 案
2．1 电机技 术 参数
2．1．1 规格
额 定功 率 6 000kW
额 定 电压 10 000V
额 定 电流 397A
相 数 3
极 数 16p
额 定频 率 50Hz
额定转速 375r／min
功 率 因数 c0s=0．9(超 前 )
绝 缘 等极 F／F(定 子／转子 )
励磁电流 340A
冷却方式 ICW37A97
励 磁 电压 151V
结构型式 IM7312
防护型式 iP44(IP23集电环 )
工作 制 连续
2．1．2 性能
能承受 600％经常重复出现的机械冲击力矩
频繁过载能力 l15％额定功率 连续
225％额 定功 率 60see
250％额 定功 率 电流限值
275％额 定功 率 切 断
温升 极 限值 100／105K(定／转 子 )(115％额
定负载 下 )
冷 却 风量 800m~／min
2．1．3 参数
定 子 漏抗 =0．1375
直轴电枢反应电抗 Xd=1．3847
交轴电枢反应电抗 =0．8610
直 轴 瞬变 电抗 Xd =0．3465
直轴超瞬变电抗 Xd"=0．2202
交轴超瞬变 电抗 =0．2273
气隙磁密 Ba=0．628T
定子线负荷 As=628．7
定子 电流 密度 ．『=3．89
定子热负载 · =2448．7
定子相电阻 R．(20℃)=0．10322~
励磁绕组电阻 R (20℃)=0．33927~
2．2 结构特 点
武钢 2250热连轧机 尺．机架同步 电动机是一
收稿 日期 ：2003一Ol一1o．
刘 昱 女 1971年生 ；毕业 于哈 尔滨理工大学电机专业 ，现从事交流同步电机的设计工作
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舫爆电机 (EXPIDSION—PROOF ELECTRIC MACHINE) 20 荤 背 言出115版’
台单台布置的单转向电机 ，电机中心高 800mm，底
板高 450mm，双 轴伸 ，两 端各一个球 面瓦 座式轴
承 ，非传动端轴承为止推轴承 ，集电环在非传动端
一 侧 ，电机防护等级为 IP44，通风方式为强制密闭
循环通风 ，转子不装风扇 ，冷空气由两侧进入电机
内腔 ，热交换后的气流经通风管道和冷却器冷却
后再 重新 由风机进 人 电机 ，结构 概况及 风路 见
图 1。
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图 l 电 机 结 构 及 风 路 示 意 图
2．2．1 定子部分
(1)定子机 座
定子机座为焊接结构 。用 T型机座筋增加机
座的刚度 ，由于机座的直径较大 ，其外形尺寸超过
已有的 VPI浸 漆罐 的直径 ，因此 ，宜采 用分体结
构 ，浸漆后再组装。宝钢 2050项 目 R4电机的机
座结构 为机座主体和底脚分开 ，浸漆后将 底脚焊
在机座上。为了防止焊接后产生变形 ，因此需在
焊接后 ．再对底脚进行加工。这样 ，焊接加工均在
下线后进行，对线圈的绝缘保护不利，也不便于加
工。因此 ，武钢 R。电机 采用 不焊底脚方式 ，下线
前将底脚安装在机座上．加工底脚下平面 ，加工后
取下 底 脚 ，待铁 心 装 压 、绕 组 下 线 和浸 漆 完 成 后 ，
再安装底脚 ，底脚的安装过程靠柱 销螺栓配合精
确定位 ，这样就消除了隐患。
(2)定子铁 心
定子 铁心 由 l2段 冲 片 采用 1／2叠 压 而 成 ，通
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瓮
风沟宽度 8mm，由 l2个扇形片组成 ，共 192槽 ，冲
片为 DW310—50硅钢 板，双 面涂无机水溶剂 漆，
单面漆膜厚度不超过 5p．m，每片冲片有 4个拉 紧
螺杆孔 ，拉 紧 螺杆 材质 为 45号钢 冷拉 圆钢 (1l
级 )。通风槽板采用 0．75酸洗钢板 ，槽形尺寸与
定子冲片相同，在机座板和压板上直接割出压指 ，
在机座内进行铁心装压。这种结构与传统 的齿压
板结构相 比，有设计结构紧凑，减少工序 ，节约制
造成本的优点，唯一的缺点是对加工精度的要求
很高。宝钢 2050项 目进行设计时 ，由于数控技术
还未成熟应用 ，采用普通方法进行切割无法保证
齿槽的均布和厚度方向的垂直度。当时 ，技术人
员迫于加工工艺的局限 ，把 带压指压板结构改成
了压指与压板分开制造的结构 ，武钢 2250项 目R。
电机设计时 ，使用数控切割机 ，比较精确地加工压
板。另外 ，在齿压板和机座板内侧靠铁心一面 ，加
工最深处 2mm深的斜面 ，这对防止铁心齿胀是十
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分有利的。
(3)定子 线圈
定子线圈采用国内的绝缘材料和绝缘系统。
宝钢 2050项 目 电机使 用 3种 线 圈 ，其 目的 是
缩短极间接线的距离，节省铜线，外形美观。但事
实证明 ，这种做法收效甚微 ，却大大增加了各部门
的 工作量 和 出错几 率 。武 钢 R．项 目，我 们使用 一
种 线圈 ，但 引 出线改 用下 层边 引线 ，避 免 了接线 时
的跨 越 。
(4)端部固定
定子绕 组线 圈斜 边间 隙 中用涤纶 毡 包以热 胀
型玻璃毡塞紧 ，并用定向玻璃丝带绑扎牢固，端箍
分两种 ：一种是上下层线圈边之间由分段玻璃丝
束交错连接成的软端箍，且有弹性易于适形 ，经整
浸后 ，强度高，无磁性 ，不会因端部漏磁 引起发热
另一 种端箍 与常 用结构 相 同 ，放置 在绕 组外 圈 ，起
到防止线圈因电磁 力发生变形和振动的作用。机
座上预先设有支架，端箍内侧用绝缘块顶住 ，将绝
缘 块绑 扎在 支架上 ，从而 固定 。
定子接线采用铜环结构 ，六根引出线 ，绕组内
埋设 9支三线制铂热电阻温度计 PtlO0，用来检测
定子 线 圈和铁 心温 度 ，进 风 口设两 支铂 热 电阻 ，出
风 口设 1支，设 6支加热器(机座内侧 2支 ，外侧 4
支 )用于 机座 内空 间的 干燥 。
2．2．2 转子部分
转子轴采用长 轴结构。由于定子 铁心长 较
短 ，因此较长转子轴的 电机在装配时可以不必 使
用假轴 ；如需进入地坑进行修理时 ，不必全部拆卸
电机，只需将定子 部分 向长轴 一侧移动 ，露 出底
板 。这 种 结构 的 轴 需 留 出一 段 空 余 的 空 间 ，如果
轴长度加长过长 ，势必增加其挠度 ，对于定子铁心
较长的电机不适用 。
(1)转子磁极
磁极由两部分组成，极身部分为 20SiMn的实
心体 ，极靴部分是由冲片叠压后用铆钉铆成整体 ，
然后用气体保护焊把极 身和极靴焊成一个整体 ，
焊后要对焊缝进行探 伤检查 ，不得有裂纹或其它
缺陷。磁极的这种复合式结构 ，加工量和冲模成
本大大降低 ，又兼具实心磁极和叠片磁极的优点。
转子磁极用 6个 ll0的磁极螺钉把在转子的支
架上 。磁极螺栓的变形量(伸长量)则是用来体现
摩擦 力的标志。电机螺栓的伸长量为 ￡=0．304
— 0．35ram之间 (计算过 程略 )。该变量是通过测
量装在磁极螺钉中心孔的测量杆与磁极螺钉端面
在拉伸前后的长度差而获得的。经计算得到 ，就
本电机所使用的螺钉材质 ，此伸长量所对应 的拉
力为 130．94—150．75t的范围内。
(2)磁 极线 圈
宝钢 2050项 目 凡 电 机 的磁 极 线 圈 在 装 配
时 ，是 在 线 圈 与 磁 极 中 间 垫 2层 lmm 厚 的
Hm694．52玻璃布板 ，并用 粘接 剂粘到极 身上，同
时在四角用 Nx360做为角绝缘 ，然后套于磁极上，
再将线圈与磁极的缝隙灌以环氧胶 ，然后 固化 。
实际上 ，由于环氧胶粘度很大 ，完全填充所有空隙
可能性 很 小 ，因此 ，仍 存 在 着 隐 患 。武 钢 2250项
目R。电机 中，我们采用整块绝缘材料的压制件对
线圈与磁极接触的三个面进行无接缝的包围，可
靠程度大大提高 。磁极 线圈套到磁极铁心上 以
后 ，在压 力状态下 ，将铁垫板焊在极身上 ，使线圈
不能 松动 。
2．2．3 集 电环
集电环是采用装配式结构 ，它 的一端固定在
支架端面上，而集 电环 的套筒却不是直接套在轴
上 ，而且套筒内径与轴的外径之间存在间隙 ，其 目
的是 为了 当支 架与 轴 由于 过 盈小 而 发 生 滑动 时 ，
磁极 线 圈接 到 集 电环 上 的 引 线 可 随 支 架 一 起 滑
动 ，而不至于因此而导致引线绝缘损伤，影响电机
的安全运行 。另外由于集 电环室 内与电机内部有
隔板隔开 ，这样可防止电机运行时 ，由于电刷磨损
而产生的碳粉进入到 电机时致使线圈的绝缘性能
下降。集电环的结构如图 2所示。
引 线 集 电环
图 2 集 电环 结 构 图
2．2．4 轴承
轴承座全部采用焊接结构 ，较铸造轴承具有
重量轻 、尺寸规整 、外表平滑 ，易于表面油漆处理 。
(下转 第 33页 )
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率所不容许时 ，可采取此措施 。
(3)适当增加定转子冲片槽 口高度。当起动
电流略微超过允许值时 ，可采取此措施 ，以降低齿
部饱和程度 ，增大电抗。
半闭口槽或闭 口槽转子 的槽 口尺寸，尤其是
双鼠笼转子冲片上下笼接缝的尺寸对电抗的影响
较大 ，转子铸铝质量对转子 电阻影 响也较大。为
使产品的起动性能稳定 ，必须严格控制转子冲片
的槽形尺寸和铸铝质量。
5 最小转矩 的分析
最小转矩不合格 ，一般只有 单鼠笼型异步 电
动机及单绕组 多速异步 电动机才发生。深槽 、双
鼠笼等高起动转矩异步 电动机 ，起动过程中的基
波转矩较大 ，最小转矩一般都能合格。绕线型异
步电动机转子都采用短距分布绕组 ，一般不会产
生很大的谐波转矩 ，同时转子又串电阻起动 ，起动
过程中的电磁转矩较大，所以不需考核最小转矩 。
鼠笼型异步 电动 机的最小转矩 不易精确 计
算。最小转矩不合格通常是由于电机的电磁参数
(槽配合、定子绕组型式和节距 、转子槽斜度)选择
不当，定转子谐波磁通相互作用所产生的异步附
加转矩和同步附加转矩 (总称谐波转矩)，在某一
较低转速下数值较大 ，而方向与基波转矩相反 ，两
者叠加，而使 电机起动过程 中某一转速下的合成
转矩 显著减 小 。
鼠笼转子本 身没有固定的极对数 ，定子谐波
磁通可以在转子感应 同样次数 的谐波电流 ，并相
互作用而产生异步附加转矩。异步附加转矩和谐
波杂散损耗都是由气隙谐波磁通 引起 的，因此 ，凡
减小谐波杂散损耗的措施 ，都可用来削弱异步附
加转矩 ，以提高最小转矩。
参 考文献
[1] 冯欣南 ．电机学 ．北京 ：机械 工业 出版社 ，1992．4．
[2] 李哲生 ，刘迪吉 ，戈宝军 ．电机学 ．哈尔滨工业大学
出版社 ，1997．1．
[3] 戴受远 ，徐明 义 ．电机设计 ．黑龙江科 学技 术出版
社 ，1991．12．
(上接第 l7页) 轴瓦轴 向单边间隙 (与轴 肩)
为 0．25mm，较有效地减小运行中的轴向串动和振
动。轴瓦浇铸钨金时 ，瓦坯上不加工鸽尾槽 ，这样
能有效地克服 因浇铸钨金时，鸽尾槽 尖角区空气
不易排出，影响钨金与瓦坯的结合所带来的缺陷。
另外 ，为了使瓦坯和钨金结合得更好 ，不产生氧化
层 ，瓦坯要经过除氢处理。轴瓦轴向有止推装置，
径向瓦楔销定位(双轴承只有一端有)。进出油路
都在轴承座一侧 ，润滑油经轴承座、轴瓦下瓦从合
缝面进入轴颈 ，润滑后再进入油室、排 出而进行循
环。同时 ，在轴瓦下瓦有一条支路通向止推装置 ，
在止推盘工作面形成 油膜，防止磨损 。油路的管
道布置比较简单 ，装配方便 。
2．2．5 外罩
由于机座上部为敞开式结构 ，风路的闭合是
靠外罩与机座之间的配合来完成的。外罩内侧设
置与机 座 板 形 状 相 同 的 筋 板 ，焊 接 厚 6m 宽
80m 的板 ，以增加把合面的面积。装配时，把合
面上粘一层 20m 厚黑色泡沫 橡胶，压紧后可起
到密封的作用 ，从而使冷却风不致分流。同时 ，外
罩的设计中 ，将所有的槽钢的开口进行了封堵 ，杜
绝了哨音形成的可能。外罩用槽钢增加其刚度 ，
因此不会因为体积较 大而发生振动 ，泡沫橡胶又
可减少机座振动向外罩传导 ，也起到一定的静音
作用。
3 结束语
武钢 2250热连轧机 R。机架主传动 电机的设
计 ，在吸收国外先进技术的基础上 ，合理采用新结
构 、新方法 ，标志着交流同步 电动机的设计和制造
水平迈上了一个新的台阶，为增强 国产 电机在 国
内和国际市场的竞争力奠定了良好的基础。
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