1、精選優質文檔-傾情為你奉上Z900型直流電機及其新發展上海交通大學 周東寧摘要本文介紹我國Z系列中型直流電機中中心高最大的一個系列-Z900型直流電機，并提出有效措施，改進其換向性能，提高電機的出力。關鍵詞：直流電機，電樞，繞組，換向，發熱，通風1. Z900型系列直流電機介紹1) 概述： Z900型直流電機是我國Z系列中型直流電機中中心高最大的系列，是上海電機廠吸收并消化了世界兩大電氣公司ABB、SIEMENS公司同類電機先進技術并結合我國的實際情況，運用最新科研技術和設計手段，于上世紀90年代初設計開發的更新換代產品。該型電機達到上世紀90年代國際先進技術水平。電機的額定功率從1600kW

2、到2240kW，額定電壓從660v到950v，額定轉速從100r/min 到1000r/min， 額定轉矩從35kN.m到154kN.m。該系列設計時，貫徹實施了新的國家標準，符合IEC和ISO有關標準相關規定。Z900型直流電機電氣性能優良、結構合理、體積小、出力大，廣泛適用于軋鋼機主傳動、礦山卷揚機、船舶、實驗站設備、大型空氣壓縮機（風機）等領域，能運用在各種環境條件惡劣的使用場合，深受用戶歡迎，有著良好的經濟效益和社會效益，現已大量替代原老型號ZD120型、ZD150型、ZD180型直流電機。2) Z900型直流電機的電機型譜及結構圖A. Z900型直流電機的型號說明Z 900 XXX

3、P 派生產品代號（標準產品不標） 電樞鐵芯長度，以毫米為單位 電機中心高為900毫米 產品代號，Z型直流電機B. Z900型直流電機型譜見表1C. Z900型直流電機外形圖和結構圖見圖1和圖23) Z900型直流電機的特點Z900型直流電動機采用整體式框架型結構，機座采用八角形疊片結構，軸承采用端蓋式滑動或滾動結構，冷卻器采用背包式結構，帶驅潮加熱器。因此，整臺電機具有結構簡潔、緊湊、體積小、重量輕、整體吊運、安裝方便、維護保養簡單的特點A. 電機八角形機座、換向極鐵芯、主極鐵芯采用疊片結構 隨著現代科學技術的發展，電機的供電和控制已全面采用可控硅整流電源，為此，為保證電動機具有良好的換向性能

4、,電機能快速響應電源電流或負載的急劇變化，同時為了更好、更合理的安置主極、換向極及磁軛磁路。八角形機座、換向極鐵芯、主極鐵芯采用優質薄鋼板疊裝而成。有效地減少可控硅整流電源中脈動成分的有害影響。表1 電機基本規格型號 p u u n p u n p u n p u nZ900-31516007504201800850 4792000950538Z900-400330376422Z900-500262300336Z900-630206236265Z900-800162186210Z900-1000129148 166Z900-1250103118133Z900-31566041775046885

5、05302240950595Z900-400318365415467Z900-500253290330372Z900-630200230261294Z900-800157181206232Z900-1000124143163184Z900-125099114130147Z900-315660455750520850595Z900-400357407465Z900-500284325370Z900-630224256292Z900-800176202230Z900-1000140160183Z900-1250111128146Z900-315 660520750595Z900-400408470

6、Z900-500325373Z900-630257295Z900-800203232Z900-1000160184Z900-1250128147B. 電機的端蓋 電機的端蓋在Z900型電機中起非常重要的作用，它取代了原有ZD系列中底架、端罩、支撐件的作用。電機的機座是懸掛在兩端兩只方形框架式端蓋上的，同時端蓋設計和實際使用時還必須起到固定電機及承托固定冷卻器的作用，同時還須考慮到通風的進、出風路,出線盒的引接線，刷架的固定和安置。還有最為重要的一點就是端蓋的設計必須避免電機出現諧振。C. 軸承 Z900型直流電動機系列設計時，根據用戶需要采用滾動軸承和滑動軸承兩大系列，且根據電機輸出轉矩的大小

7、匹配不同直徑的軸承。設計時均設計成端蓋式支撐軸承，整體性能良好，且便于使用維護。D. 絕緣 由于Z900型直流電動機系列同以往的ZD系列結構上有很大的不同，因此該類型電機在堅持全面采用VPI真空壓力整體浸漆等F級絕緣結構的基礎上單獨開發了一個“Z900直流電機絕緣規范”，設計了多套專用的真空壓力浸漆用起吊、翻身工夾具。整體絕緣性能良好，使該型電機能廣泛應用于各種行業及濕熱帶等各種惡劣工況。E. 換向器 直流電機設計時換向器是一個非常關鍵的部件，換向器運行性能的好壞直接影響到電機的換向，因此，我們在設計該類型電機的換向器時本著高標準、嚴要求原則，設計時換向器采用直接套軸式結構，以增強換向器的傳動

8、跟隨性，避免升高片的扭振，換向片采用銀銅銻排，換向器片間絕緣采用換向器粉云母板，V形圈采用環氧玻璃坯布夾襯聚酰亞胺薄膜壓制，裝配后，V形圈3°面處用云母圍包后再阻燃環氧涂封，以抑制爬電，提高電機的絕緣性能。F. 電樞 電樞鐵芯采用1250mm 0.5優質冷軋硅鋼片整圓沖制，疊合性能好，同時采用軸向通風形式，電樞繞組采用具有優良而穩定的換向性能的單迭異槽繞組加槽均壓的形式，整體真空壓力浸漆處理，從而保證電機有良好的換向性能、絕緣性能。G. 冷卻系統的設計 Z900型直流電動機系列可完全滿足用戶各種不同的冷卻系統需要，除電機內部采用獨特、合理布置的軸向冷卻風路外，電機可滿足管道強迫通風冷

9、卻及冷卻器通風冷卻形式，且冷卻器可設計成背負在電機上的背包式空水冷卻器、空空冷卻器，通風冷卻效果良好，同時這種結構還可為用戶節約大量的占地空間，使用方便。2. 市場的新要求及Z900型直流電動機的改進與發展近幾年來，市場上對大型直流電動機的需求大幅增長，同時對電機的要求有向大功率、高弱磁調速比方向發展的趨勢，這就對已開發生產了十余年的Z900型直流電機提出了更高的要求。盡管Z900型直流電機有許多的優點，但由于其是中心高型Z系列電機中最大的，在有些方面也有遺憾之處：1) 隨著電機功率和輸出轉矩的增加，Z900型直流的弱磁調速比下降地較快。該系列直流電機的調速比一般在1.5 2.0之間。2) 現

10、在用戶大多希望直流電動機采用F級絕緣，而電機的額定負荷的溫升按B級溫升考核。同時要求電機能滿足115%額定電流長期運行和額定負載連續運行后，電流增加到125%額定電流，運行2小時，那時電機溫升不超過規定限值。3) 上述兩點要求對直流電機來說就需要處理好電機的發熱溫升高和換向火花的矛盾。對直流電機來說，有兩個最主要的因素限制了其功率的增加：一個是電機的發熱；另一個是電機的換向火花。而這兩個因素在一定條件下（相同電樞直徑）是不可協調的。也就是說，要想使電機的換向火花有所控制，勢必使電機的發熱參數提高；反之降低電機發熱參數，將增加電機的換向參數，使電機換向難度增大。電機功率（電流）的增加，對中心高電

11、機來說由于外形尺寸限制使電機的發熱參數Aa按電流的平方關系增加。原Z900型直流電樞鐵芯為軸向通風結構，那樣雖然對縮小電機長度十分有用。但由于沒有徑向通風道，使電樞的散熱面積遠小于徑向通風的電機電樞，如不改變這種結構，對電機容量的增加不利。4) 電機換向電抗電勢er的公式為：er=k*A*Va*la*其中 k-常系數 A- 為電樞的線負荷 la-為電樞鐵芯凈長(為鐵芯總長減去徑向風道后的長度) Va-為電樞表面的線速度 -為電樞線圈換向時的槽漏比磁導系數，與電樞繞組形式和電樞槽形有關。 從公式中可以看出，er與電機的電流，即線負荷A成正比，與電機的轉速（弱磁時的額定高速）成正比，電機功率（電流

12、）和弱磁調速比增加會大大增加電機的換向難度。5) 因此有必要對Z900型直流電機的內部結構進行一定的改進，使得Z900型直流電機適應市場的要求，增強其競爭能力。我們主要采用以下幾條技術手段：A. 提高電機換向能力，改善電機換向性能的措施。I. 降低槽形高度比，減小槽漏磁系數，從而降低電抗電勢，同時使電機高速和基速時的換向強弱差減小，主要措施有：II. 采用先進的絕緣結構，大幅度地減小絕緣的厚度。III. 電樞線圈采用變截面技術制造，可大幅度降低槽形高度。變截面線圈技術對解決發熱與換向的矛盾很有幫助。IV. 電樞線圈鐵芯不用槽鍥，用強力無緯帶打箍緊固，這樣就減少了槽鍥高度，從而降低槽形高度。V.

13、 上述這兩項措施對降低槽形高度極為有用，在設計大功率、高弱磁調速比直流電機時是至關重要的。變截面線圈技術的加工十分復雜，生產周期長，對生產人員的素質要求高，因此在實際制造過程中不經常采用。VI. 采用盡量多的補償槽和接近100%補償度，降低換向片間的電壓峰值。合理地選用補償繞組的槽數、槽距、實體數和并聯支路數，盡可能采用較多的補償槽數，使補償繞組產生的磁勢梯度降低。VII. 采用分塊式優良材料電刷，增加電刷的橫向電阻并使各支路間電阻保持平衡。VIII. 對電機換向器的結構加以改進，由原來的內拉桿式改為外拉桿式，增加換向器的剛度，減少換向器表面的變形和換向凸片的程度，從而提高換向器的質量，這對電

14、機轉速達到1000r/min、換向器表面線速度為40m/s的Z900型直流電機的換向提供可靠的保證。IX. 電樞鐵芯采用斜槽結構，避免換向片間電壓因主磁通脈動而波動。X. 電樞采用換向性能較好的異槽形單迭繞組。XI. 定子中補償繞組，換向極繞組由原一路串聯的聯結方式改為兩路（N極一路，S極一路）并聯的聯接方式，改善電機換向調整的強度，同時為實施多補償槽提供條件。B. 改善電機通風散熱的措施 由于上述改善電機換向的措施，電機的發熱參數大幅提高，只有通過有效措施改善電機的散熱效果才能使電機的溫升不超過限值。I. 采用先進的薄型絕緣結構：少膠粉云母箔卷絕緣。絕緣層薄，散熱快，電樞VPI處理后，在線圈與鐵芯之間充滿漆，無氣泡，整體性好，線圈導熱、散熱能力大大提高。II. u=2的單迭電樞繞組，使線圈直線部分的兩根導體都貼緊鐵芯，有利于銅線發熱的散出。III. 變截面線圈制造技術充分利用電樞繞組各部分的散熱條件差異，合理安排各部位的電流密度，從而使電樞繞組各部位的溫升趨于一致，避免出現局部過熱的現象。IV. 電樞的通風結構由原來的軸向通風改為徑向通風，同時徑向風道寬度由常規10mm改為8mm，以增加徑向風道數量，減小風道風阻，增加鐵芯的通風量和散熱面積。V. 改進電樞支架結構，減少風阻，增加通風量。原來電樞支架為套筒結構，軸向通風面積小，風阻較大，現可以改用軸上焊