防爆水冷高能量密度电机的优化设计

摘要

煤炭行业的快速发展，依赖于采煤效率的大幅度提高，采煤机截割部的截割电机更是起着决定性的作用。囿于井下条件，特别是空间的限制，截割电机结构紧凑，输出功率大，是高功率密度电机，又称高能量密度电机。采煤机截割电机是高能量密度电机的典型代表，根据实地使用环境，电机采用水冷散热;因在矿井下工作，电机外壳采用防爆结构。由于能量密度高，体积小，工作条件和空间条件限制，电机容易发热，长时间不间断的运转，一旦出现问题，后果严重。保证采煤机截割电机安全有效地稳定工作，显然十分重要。
　　大型煤企的采煤机及配套电机基本上都采用进口机型，设备价格昂贵，一旦出现问题，需要原厂人员前来操作或指导维修工作，配件需要原厂进口，维修周期长、费用高。国产机型替代进口机型，不仅降低了生产成本，还大大缩短了维修周期，节省了维护费用，大幅提高生产效率的同时，收益非常可观。
　　为改进电机工作性能，同时降低生产成本，提高生产效率，全球最大煤炭企业与我公司合作，对矿用电机进行国产化改造，在保留国外原有机型长处的同时，更要改进原有国外配套机型的缺陷和不足，使电机更具有经济实用性。公司的采煤机及煤机国产化项目由此诞生，作者有幸负责采煤机截割部的截割电机国产化改造项目，历时两年余，基于项目实践完成本篇论文。
　　论文围绕感应电机散热这一核心问题，阐述电机发热枫理和散热措施，从电磁设计和结构优化入手，通过计算机模拟仿真计算和经过实践验证的机械结构和绝缘结构的优化设计，减少电机产生的热量，改进和改善电机的散热结构，增强和提高电机性能。
　　限于现有机型的改造，新电机须保持原机型与采煤机对接尺寸和配套接口不能改变，电机设计没有更多的创新和本质上的改造，在保留和验证国外原有机型长处的同时，更多的是对原有产品不足之处的改进和优化。
　　样机试用阶段的应用反馈表明，电机的优化设计是成功的，现阶段替代原有进口机型是完全可行的。

目录

声明

摘要

符号说明

第1章 绪论

1．1 论文选题背景及研究意义

1．1．1 我国水冷防爆高能量密度电机的发展现状

1．1．2 我国现阶段水冷防爆高能量密度电机的使用情况

1．2 论文研究对象及研究方法

1．2．1 高能量密度电机

1．2．2 研究对象

1．2．3 研究方法

1．2．4 优化设计途径

1．3 本章小结

第2章 电磁设计及优化

2．1 感应电机电磁设计方法

2．1．1 感应电机的结构设计

2．1．2 感应电机的电磁设计

2．2 感应电机的电磁设计方案及优化

2．2．1 感应电机的电磁设计方案及优化过程

2．3 本章小结

第3章 绝缘结构设计及优化

3．1 绝缘结构设计依据

3．1．1 电磁设计参数

3．1．2 设计和试验要求

3．1．3 绝缘材料特性

3．2 绝缘结构设计过程

3．2．1 线圈设计

3．2．2 线圈绝缘和槽绝缘设计

3．2．3 绝缘设计优化

3．3 本章小结

第4章 机械结构设计及优化

4．1 机械结构设计

4．1．1 壳体设计

4．1．2 转轴设计及轴承选用

4．1．3 连接螺栓选用

4．2 水冷结构设计

4．2．1 水冷结构形式

4．2．2 水道结构形式

4．3 水冷结构热力学计算

4．3．1 水冷电机发热的热量计算

4．3．2 水冷电机的散热计算

4．4 水冷结构仿真计算及优化

4．4．1 仿真温度场求解方程

4．4．2 水冷系统温度场模拟仿真

4．5 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 研究结论

5．2 研究展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文和参加科研情况