电机运行热交换计算和设计
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1.2 异步电机结构

异步电机结构可分为封闭式、防护式和箱式三种类型。

一、封闭式

异步电机结构Y系列主要零部件见表1-1。

表1-1 异步电机结构Y系列主要零部件

图1-4为小型封闭式自扇冷式笼型转子异步电机的总装图。电机的基本特征是:卧式,机座带底脚,有两个端盖轴承,单轴伸(根据需要也可以制成双轴伸),带内、外风扇。

机座为铸铁件,表面带有散热筋,用以扩大散热面积,改善冷却条件。机座顶部有起吊用的吊环螺钉,底部有两个小孔(图上未标出),供泄出冷凝水用。从传动端看,机座右侧有一方形出线盒,用来引入电源线。机座内腔呈圆筒形,无纵筋,此结构有利于定子绕组散热。

定子铁芯用扣片在其外圆处的鸽尾槽中将其沿轴向固紧,结构简单,又使铁芯外圆几乎和机座内圆全部接触,有利于铁芯散热。这种结构可采用外压装工艺。

铸铝的笼型转子用热套与轴配合(也可将转轴滚花后采用冷压装配),端环和内风扇的叶片形成整体,使工艺简化和可靠性提高。在端环上还铸有若干放置平衡块用的小柱。内风扇的作用是使机内热风加速循环,以便更好地与机座和端盖交换热量。外风扇采用径向离心式风扇,用铝或塑料制成,风罩用螺钉固定于机座上,见图1-4所示。

前、后端盖相同,轴承为单列向心球轴承。

为了表示出系列电机在定子外径相同、极数不同时,机座可以相同这一情况,图1-4中左右两部分的定子内径与转子外径画成彼此均不相同,左半部分表示该机座号中极数较少的电机,右半部分表示电机的极数较多。

二、防护式

三相异步电机JS/R系列主要部件见表1-2。

表1-2 三相异步电机JS/R系列主要零部件

图1-3为中型自扇冷防护式绕线转子异步电机的总装图。此电机的基本特征是:机座带底脚、有两个端盖轴承、单轴伸,采用两侧对称的径向通风系统,一般为自通风,根据需要也可制成管道通风,铁芯中有通风道,以利于散热。

机座系铸铁件,内圆处有纵筋,以便和铁芯外圆间形成通风道。因电机较重,故机座顶部有两个吊环螺钉。从传动端看,出线盒在机座右侧的正中处。

定子铁芯采用内压装结构,即冲片直接在机座内进行叠压。叠成后,沿轴向用压圈和弧形键固紧。3kV和6kV电机的定子铁芯采用开口槽,500V以下则采用半开口或半闭口槽。定子线圈端部用间隔垫片绑绳扎紧,或用涤纶护套玻璃丝绳绑扎。转速较高的电机,定子线圈端部还用包以绝缘的端箍加固,以增强承受起动时冲击电流产生的电磁力的作用。

转子铁芯直接套于轴上,利用平键和环形键进行周向与轴向固定。轭部具有轴向通风道,以利冷却;当电机容量较大时,转子铁芯常装于支架上,铁芯和支架的筋、毂之间留有足够的轴向通风道。转子铁芯两端各有一个压圈,压圈用弧形键固定于支架上,用来沿轴向把铁芯固紧和支承线圈端部,其上并开有放置平衡块的沟槽。转子采用双层波绕组,以半成型的包有绝缘的铜排(称为半组式线圈)穿入半闭口槽,弯形后进行连接;除了斜导体(也称为跳层线圈)所在槽外,一般每槽有两根导体。线圈端部用无纬玻璃丝带(有的也用钢丝)扎紧。转子绕组的引出线用电缆通过转轴中心孔从非传动端穿出,再连接至集电环上。这样可缩短轴承间的距离,减小轴的绕度。转子半组式线圈端头的连接用并头套上,装有若干风叶,沿圆周等距分布,类似风扇冷却通风。

集电环和电刷装置用防护罩保护。图1-5所示结构具有电刷短路和举刷装置。起动时电刷与集电环接触,以便外接起动电阻;起动完毕后,将手柄扳至运行位置,电刷和集电环分离,同时借短路环将三个集电环短路。有些绕线式电机无举刷装置,这时电刷始终和集电环接触,运行时机械损耗及电刷磨损增大,但电机结构较为简单,便于工艺制作。

图1-5 大型防护式双笼转子异步电机的总装图

1—转轴2—座式轴承3—底板4,6—端罩5—转子支架7—座式轴承8—风叶9—定子10—转子11—机座

为了防止空气形成局部循环,在端盖内侧装有挡风板。借助于转子绕组两端的风叶和转子铁芯径向风道片产生的风压作用,冷却空气自两侧端盖下方的进风口进入电机后,一部分空气吹过定子绕组端部而进入铁芯背部,另一部分则经过转子和定子铁芯中的径向通风道后进入背部,然后都汇集于基座下部的出风口溢出。

由于传动端的负荷较大,故该处采用单列向心短圆柱滚子轴承。非传动端采用单列向心球轴承。滚子轴承还能自动适应因冷热变化造成的转轴伸缩及零部件允许的加工和装配偏差引起的轴向窜动。为便于装拆,并在装拆和检修时保持轴承清洁,两个轴承均采用轴承套保护。

图1-3为中型自扇冷防护式笼型转子异步电机的总装图。其定子结构与上述绕线转子电机的相同,但转子导条、端环和风叶均用铝铸成,借铝条冷却时的拉紧力使转子冲片被压紧而成为一个整体结构。

图1-5为大型防护式双笼转子异步电机的总装图。由于电机容量及径向尺寸较大,故采用座式轴承及转子支架制造。

三、箱型结构

高压电机结构主要零部件见表1-3。

表1-3 高压电机结构主要零部件

这是近年来新发展起来且颇有前景的一种结构形式,目前国外在交、直流电机中均已广泛应用,特别是应用在单台容量为3-MW左右中的中大型异步电机。

图1-6和图1-7分别为箱型结构的中型笼型转子异步电机的外形图和拆开后的部件图。箱型电机的主要部件有外罩、底座、定子、转子和轴承等。外罩因不承受任何载荷,故结构轻巧,它可以是整体的,也可以由上、下两部分组成。通常,对于分半外罩(见图1-6),同一机座号电机的外罩下半部分都相同,但外罩上半部分则随电机防护形式和冷却方式的不同而不同,如图1-8所示,底座因要承受整个电机的重量和有关作用力,故要求具有较高的强度。底座和定/转子铁芯、绕组、轴承等已装在一起。定子系装入式,它是可以与底座及外罩完全分开的独立部件。轴承根据情况可采用滚动轴承或滑动轴承,轴承座在轴中心高处分成上、下两半,以便于拆卸(如图1-7所示)。

图1-6 箱型结构笼型转子异步电机的外形图

图1-7 箱型结构笼型转子异步电机拆开后的部件图

图1-8 箱型结构笼型转子异步电机外罩上半部分的各种形式

(a)具有网罩保护的防滴式(b)户外式(c)闭路循环空冷(d)闭路循环水冷(水为第二冷却介质)

箱型结构的主要优点有:(1)零部件的通用性很高(例如底座、铁芯、轴承座等均可通用)。(2)仅仅采用不同的外罩,就很方便地派生出防护型和冷却方式不同的电机,容易实现标准化。(3)定子铁芯采用外压装,因此可使定子铁芯压装、下线、浸渍和底座、外罩的加工同时进行,缩短了生产周期;而且便于采用整体真空、压力浸渍工艺,提高绝缘质量。(4)机械加工量少,气隙均匀度高,下线方便,拆卸容易。