STM系列高速紧凑大型感应电动机设计研究

摘要

感应电动机由于结构简单,维护方便,性能可靠而获得广泛应用。如百万千瓦火电机组配套有各种风机,水泵,磨煤机等大中型感应电动机,冶金行业采用的精轧机和张力卷变频感应电动机,石油管线高速防爆感应电动机,船用推进电机和大型海洋平台及大型浮吊船变频感应电动机等。高速感应电动机由于技术含量高,一直是感应电动机设计制造的难点和重点。国内普遍采用的Y系列高速感应电动机与国外著名厂家如ABB, SIEMENS公司产品相比中心高要大2档,功率密度低,能耗高。上海电机厂新推出的STM系列高速紧凑大型感应电动机应用了有限元分析,突破性的结构设计以及超薄的绝缘系统,具有功率密度高,体积小,中心高低,高效节能,振动小,噪声低等优势。可按IEC60034和NEMA MG1等国际电机标准进行设计、制造、试验。产品与ABB公司的AMA系列,SIEMENS公司的H-modyn系列处于同一水平,电动机的性能参数优于国家相关标准。本文从电磁计算入手,结合有限元分析,对两极和四极感应电动机功率型谱作了排布,重点介绍了提高功率密度的措施。在结构上分析了独特的机座,两极电动机定子弹簧板结构以及由此带来振动小的优势。并对高速感应电动机的转子可靠性进行了研究,介绍了临界转速,转子导条、端环、护环应力以及转子冲片强度等的计算。对感应电动机的直接带载起动及自藕变压器容量计算做了初步分析。最后结合实例,介绍了STM系列大容量高速感应电动机在西气东输石油管线上的案例以及批量生产后该系列振动试验值情况。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 引言

1.1 背景及现状

1.2 STM 系列高速紧凑大型感应电动机

1.3 设计研究的主要内容

第二章 高功率密度的STM 系列型谱

2.1 系列电机及其设计特点

2.2 电机电磁计算

2.2.1 电机常数和利用系数

2.2.2 定转子槽型以及配合

2.2.3 定子线圈涡流损耗和表面损耗

2.3 提高功率密度的措施

2.3.1 定子铁心轭部尺寸及磁密标准

2.3.2 有限元分析的应用

2.3.3 参数控制和性能要求

2.4 电动机功率型谱排布

2.4.1 多种对比

2.5 电动机的标准化、系列化和通用化设计

2.5.1 零部件三化设计

2.5.2 铁心长度与机座号对照

第三章 紧凑定子结构和转子可靠性

3.1 电机总装配

3.2 紧凑定子结构

3.2.1 两极电机定子弹簧板结构

3.2.2 定子铁心分析（包括压圈）

3.2.3 定子模态分析

3.2.4 定子绕组端部受力分析

3.2.5 绝缘系统

3.3 转子可靠性研究

3.3.1 转子冲片强度、内圆变形计算

3.3.2 端环、护环强度计算

3.3.3 临界转速和挠度计算

3.4 通风系统

第四章 自藕变压器起动

4.1 转矩特性和电流特性

4.2 自耦变压器起动

4.2.1 起动原理

4.2.2 自耦变压器容量的计算

4.3 电机起动时间计算

4.3.1 解析法

4.3.2 有限元仿真分析法

4.3.3 差异分析

第五章 典型案例及试验

5.1 石油管线两极自润滑电动机

5.1.1 用途和使用范围

5.1.2 基本参数及主要性能指标

5.1.3 设计研究内容

5.1.4 技术经济分析

5.1.5 主要设计数据与试验数据对比

5.2 电动机振动值统计

第六章 总结与展望

6.1 技术关键及创新点

6.2 电动机成本分析

6.3 市场前景

6.4 进一步的工作

参考文献

附录1 STM 系列起动计算输出界面

致谢

攻读学位期间发表的论文