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特别鸣谢1

前言1

第1章 增安型无刷励磁同步电动机的设计特点1

1.1 同步电动机主体防爆结构3

1.1.1 同步电动机主体防爆结构和安装使用的环境3

1.1.2 同步电动机的安装基础及防爆密封部位4

1.1.3 同步电动机的防爆标志6

1.2 同步电动机主体防爆大空腔结构的防护等级8

1.2.1 电动机的主体防爆大空腔的防护等级8

1.2.2 电动机的主体防爆大空腔的防爆密封8

1.3 同步电动机主体防爆大空腔的外壳结构与防爆密封9

1.3.1 电动机的主体防爆大空腔外壳的结构型式9

1.3.2 防爆密封材料的选择10

1.4 同步电动机主体防爆大空腔与旋转主轴的防爆密封结构设计11

1.4.1 主体防爆大空腔与旋转主轴的防爆密封的重要性11

1.4.2 主体防爆大空腔与旋转主轴防爆密封结构密封材料的选择12

1.4.3 主体防爆大空腔与旋转主轴的防爆密封的结构设计12

1.5 同步电动机定子机座轴向可滑移的结构设计13

1.5.1 定子机座轴向可滑移的结构优点13

1.5.2 定子机座轴向可滑移的结构设计14

1.6 同步电动机电磁中心线的刻划及标志装置14

1.6.1 电动机产品刻划电磁中心线的目的14

1.6.2 电动机产品电磁中心线的设计与刻划15

第2章 增安型无刷励磁同步电动机主体防爆大空腔结构的冷却通风系统空气冷却器的选型与风扇设计17

2.1 对同步电动机的冷却风路的分析17

2.1.1 轴向冷却风路18

2.1.2 径向冷却风路18

2.2 冷却通风系统的空气冷却器选型19

2.2.1 整体冷轧辗翅片管的电动机空气冷却器19

2.2.2 翅片管冷却元件的轧辗成形20

2.2.3 翅片管冷却元件的规格与热导率22

2.2.4 翅片管空气冷却器的配套选型规格22

2.3 同步电动机的风扇的型式选择及计算23

2.3.1 风扇的型式选择23

2.3.2 风扇的设计与计算24

2.4 同步电动机的风扇结构尺寸的确定26

2.4.1 作图法确定风扇尺寸26

2.4.2 作图法的理论分析27

2.4.3 风扇宽度尺寸的确定28

2.4.4 风扇结构设计应考虑的问题29

2.5 TAQWb630—350—20型同步电动机风扇设计30

2.5.1 出风口倾角的计算30

2.5.2 风扇叶数的计算30

2.5.3 入风口面积S1与出风口面积S2之比30

2.5.4 入风口线速度ω1与出风口线速度ω2之比30

2.5.5 风扇的风量计算31

2.5.6 风扇的机械强度计算31

2.6 工业运行试验的结论32

2.6.1 电动机的工业运行试验的实测技术数据33

2.6.2 电动机的工业运行试验结论34

第3章 增安型无刷励磁同步电动机高压定子绝缘绕组绝缘结构设计35

3.1 高压绕组绝缘35

3.1.1 高压绕组绝缘结构设计依据36

3.1.2 高压绕组匝间绝缘结构设计依据38

3.1.3 高压绕组绝缘结构承受机械应力和热稳定的设计依据41

3.2 高压电机的绝缘结构设计及防电晕处理42

3.2.1 对地绝缘42

3.2.2 匝间绝缘43

3.2.3 高压电机绕组绝缘结构设计的发展趋势44

3.3 同步电动机绝缘结构设计需要说明的问题47

3.3.1 复合式粉云母箔烘卷包和绕包超薄型半导体防电晕带一次模压成形绝缘结构设计的问题47

3.3.2 真空整体浸渍（VPI）型防电晕带的问题48

3.3.3 6kV电压级增安型同步电动机定子绕组线圈的绝缘结构设计按标准系列电动机10kV电压级的绝缘结构设计的问题48

3.4 复合式绝缘结构线圈的热模压一次成形49

3.4.1 绝缘结构设计的工艺质量的保证49

3.4.2 绝缘结构设计的安全系数的选定49

3.4.3 绝缘结构设计的主绝缘单边厚度的确定49

3.5 高压电动机定子绕组线圈设计采用复合式箔烘卷包防电晕处理一次模压成形线圈绝缘结构的实施方案50

3.5.1 增安型高压电动机定子绕组线圈的生产工艺流程和产品质量保证统筹206条工艺操作指南50

3.5.2 现代电动机辅助绝缘结构设计的技术措施53

3.6 高压定子绕组端部振动力的危害54

3.6.1 绕组端部振动力的形成54

3.6.2 绕组端部紧固整体化的技术措施55

3.7 同步电动机防电晕处理56

3.7.1 定子铁心和槽口防电晕处理57

3.7.2 高压绕组线圈槽部直线部分绝缘防电晕处理57

3.7.3 高压绕组线圈端部绝缘防电晕处理59

3.8 增安型无刷励磁同步电动机绝缘结构设计和防电晕处理示例59

3.8.1 高压定子绕组线圈的绝缘结构设计59

3.8.2 高压定子绕组线圈防电晕处理的结构设计61

3.9 高压定子绕组线圈的设计及实施方案62

3.9.1 高压绕组线圈的新型绝缘结构的设计62

3.9.2 高压绕组线圈的新型绝缘结构的实施方案62

3.10 高压定子绕组线圈箔烘卷包专用设备“云母箔烘卷包机”62

3.10.1 箔烘卷包主绝缘设计的工艺质量保证62

3.10.2 云母箔烘卷包机的结构64

3.11 关于高压电动机主绝缘结构设计中值得探讨的问题65

3.11.1 问题的提出65

3.11.2 关于含有自黏性有机薄膜主绝缘的高压定子绕组线圈绝缘结构的设计技术问题65

3.12 现代高压、大功率少极数高速同步电机的定子绕组线圈采用双层叠绕组圈式线圈结构和绝缘结构的设计66

3.12.1 高压、大功率少极数高速同步电机的定子绕组线圈设计采用双层叠绕组圈式线圈结构的设计66

3.12.2 高压、大功率少极数高速同步电机的定子绕组线圈采用双层叠绕组圈式线圈结构的绝缘结构设计67

3.13 高压电机定子绕组绝缘超低频0.1Hz介电强度试验技术与应用69

3.13.1 超低频0.1Hz介电强度试验技术的发展69

3.13.2 超低频0.1Hz介电强度试验技术的应用70

第4章 现代增安型无刷励磁同步电动机的接线装置和高压操作高频振荡过电压保护及运行保护71

4.1 增安型高压电动机接线装置71

4.1.1 增安型电动机接线盒的设计特点72

4.1.2 冷挤压接线端头在电动机引接线上的应用与工艺技术的探讨75

4.2 同步电动机高压接线箱操作过电压保护设计的特点78

4.2.1 高压真空开关高频振荡冲击过电压的产生过程及危害78

4.2.2 高压真空开关高频振荡冲击过电压在电动机绕组中传递的理论与发展80

4.2.3 高压真空开关高频振荡冲击过电压的防范措施81

4.2.4 同步电动机的高频振荡冲击操作过电压保护方式82

4.2.5 新型操作过电压保护装置的发展与应用85

4.3 增安型高压接线箱的结构型式和电控器件的布置87

4.3.1 增安型多功能高压接线箱的结构设计88

4.3.2 增安型单功能高压接线箱的结构设计94

4.4 同步电动机的运行保护96

4.4.1 高压、大功率电动机的故障特征97

4.4.2 现代高压、大功率电动机的综合保护97

4.4.3 励磁系统主发电机转子励磁绕组接地的监测与保护97

第5章 增安型无刷励磁同步电动机滑动轴承及其转子轴向、径向定位锁定装置的设计99

5.1 同步电动机滑动轴承99

5.1.1 座式滑动轴承99

5.1.2 端盖式滑动轴承99

5.1.3 滑动轴承的选型103

5.2 滑动轴承的设计与计算1

5.2.1 滑动轴承油膜的油温温度104

5.2.2 滑动轴承运行的发热温度105

5.2.3 滑动轴承负载能力的计算106

5.3 滑动轴承的润滑106

5.3.1 滑动轴承的润滑方式的选择107

5.3.2 滑动轴承润滑油的注入方式107

5.3.3 滑动轴承润滑油膜的振荡及预防措施109

5.3.4 滑动轴承润滑油的冷却109

5.4 弹性塑料轴承瓦的设计110

5.4.1 弹性塑料轴承瓦的应用与发展110

5.4.2 弹性塑料瓦在我国的应用情况111

5.5 滑动轴承轴向力的试验、测定与计算112

5.5.1 滑动轴承轴向力的试验、测定的重要意义112

5.5.2 电动机轴向力的形成112

5.5.3 电动机轴向力的计算113

5.5.4 电磁中心线刻划和轴向力的测定方法114

5.6 同步电动机转子轴向、径向定位锁定装置的设计116

5.6.1 电动机转子轴向、径向定位锁定的原则116

5.6.2 电动机转子轴向、径向定位锁定装置的结构设计117

5.6.3 电动机转子轴向、径向定位锁定装置基准线的刻划117

第6章 增安型无刷励磁同步电动机的振荡、共振危害及相关的问题119

6.1 同步电动机的振荡、共振危害119

6.1.1 阻尼绕组电流iy变化过程119

6.1.2 同步电动机同步运行的工作状态119

6.1.3 同步电动机的振荡机理和共振的危害120

6.2 同步电动机的自由振荡和强制振荡1

6.2.1 同步电动机的自由振荡122

6.2.2 同步电动机的强制振荡123

6.2.3 同步电动机定子绕组电阻对振荡的影响125

6.2.4 同步电动机励磁控制系统对振荡的影响126

6.3 同步电动机GD2选择127

6.3.1 同步电动机的转动惯量和飞轮力矩127

6.3.2 转动惯量与飞轮力矩公式换算128

6.3.3 同步电动机转动惯量和飞轮力矩计算128

6.3.4 驱动往复式压缩机类型机械设备的同步电动机转动惯量的选择128

第7章 增安型无刷励磁同步电动机转子励磁绕组和阻尼绕组的设计130

7.1 转子励磁绕组的设计130

7.1.1 传统的磁极绕组线圈绝缘结构131

7.1.2 励磁绕组线圈的绝缘结构设计131

7.1.3 励磁绕组线圈的特殊结构133

7.1.4 励磁绕组线圈的特殊扁绕机136

7.2 阻尼绕组的设计137

7.2.1 阻尼绕组的作用、结构尺寸与电流的分布137

7.2.2 阻尼绕组笼条与阻尼端环的断裂和产生电火花的原因140

7.3 阻尼绕组结构型式的选择141

7.3.1 阻尼绕组材料的选择142

7.3.2 阻尼绕组笼条采用特殊的槽口冲胀紧固工艺的原因143

7.4 阻尼绕组的阻尼端环极间连接部位采用银铜钎焊的利弊论证分析145

7.4.1 阻尼绕组的阻尼端环极间连接的结构设计146

7.4.2 阻尼绕组的阻尼端环极间连接新结构的探讨与研究146

7.5 增安型无刷励磁同步电动机的堵转时间tE的计算与允许起动次数的确定及依据147

7.5.1 堵转时间tE的计算147

7.5.2 允许连续起动次数的确定147

7.5.3 连续起动时阻尼绕组笼条温升计算148

第8章 增安型无刷励磁同步电动机增安型空间加热器的设计150

8.1 空间加热器的功能和设计要求150

8.1.1 空间加热器的功能150

8.1.2 空间加热器的设计要求150

8.2 空间加热器的功率计算151

8.2.1 电动机功率估算法151

8.2.2 电动机质量估算法151

8.2.3 电动机表面散热面积估算法152

8.3 空间加热器电热元件表面散热系数和表面负荷功率152

8.3.1 电热元件的表面散热系数和表面负荷功率的测试152

8.3.2 降低电热元件管壁表面负荷功率154

8.3.3 电热元件两端特殊的双重密封结构155

8.3.4 SDRQA型直管双重密封式电热元件的试验157

8.3.5 空间加热器的结构设计和选型159

8.3.6 空间加热器设计需要说明的三个问题160

8.4 空间加热器的整机试验和工业运行试验162

8.4.1 空间加热器的模拟主体空腔的温升试验162

8.4.2 空间加热器的工业运行试验164

8.5 现代新型空间加热器的结构型式164

8.5.1 现代新型开启式空间加热器165

8.5.2 现代新型防护式空间加热器166

8.5.3 防护式空间加热器结构设计的说明168

8.6 新型空间加热器的性能、规格和设计技术数据169

8.6.1 新型空间加热器的额定电压169

8.6.2 新型空间加热器表面最高温度的限值170

8.6.3 新型空间加热器及翅片管式电热元件绝缘电阻的要求170

8.6.4 新型空间加热器绝缘介电强度试验的要求171

8.6.5 新型空间加热器及翅片管式电热元件的功率规格、外形尺寸171

第9章 现代增安型无刷励磁同步电动机无刷励磁系统与无刷励磁控制系统173

9.1 无刷励磁系统与无刷励磁控制系统的发展和形成173

9.1.1 无刷励磁技术的应用与发展173

9.1.2 无刷励磁技术应用电力半导体器件的基础电路174

9.2 无刷励磁系统与无刷励磁控制系统的设计特点175

9.2.1 静止式副励磁控制柜的无刷励磁控制系统176

9.2.2 永磁式副励磁机的无刷励磁控制系统179

9.3 无刷励磁系统和无刷励磁控制系统182

9.3.1 具有桥式半控整流电路的无刷励磁系统182

9.3.2 无刷励磁系统用晶闸管触发控制器183

9.4 具有防范高压超高频振荡操作过电压冲击保护的无刷励磁控制系统184

第10章 增安型无刷励磁同步电动机自动灭磁保护、顺极性最佳时刻自动投励控制及带载失步自动保护三大智能自动控制功能186

10.1 增安型无刷励磁同步电动机的自动灭磁保护186

10.1.1 无刷励磁系统的自动灭磁保护电路的设计与控制原理188

10.1.2 无刷励磁系统的自动灭磁保护控制单元189

10.1.3 无刷励磁系统的超高感应电压的自动保护191

10.1.4 设计自动灭磁保护控制单元时应考虑的几个问题192

10.2 增安型无刷励磁同步电动机的最佳时刻自动投励控制193

10.2.1 现代增安型无刷励磁同步电动机自动投励控制方式193

10.2.2 投励与最佳投励时刻194

10.3 增安型无刷励磁同步电动机的最佳时刻自动投励控制电路原理196

10.3.1 顺极性投励的最佳时刻自动投励控制单元196

10.3.2 超前顺极性投励的最佳时刻自动投励控制单元201

10.4 增安型无刷励磁同步电动机的带载失步运行的自动保护2

10.4.1 产生带载失步运行的原因及过程206

10.4.2 带载失步运行的自动保护206

10.4.3 带载失步运行的自动保护与再投励牵入同步运行207

10.4.4 自牵入同步运行的欠励磁保护及其危害213

第11章 增安型无刷励磁同步电动机旋转整流器的设计及励磁引出线的合理布215

11.1 旋转整流器的基本要求与电力半导体器件安全系数的选择原则和建议215

11.1.1 旋转整流器的基本要求215

11.1.2 旋转整流器的电力半导体器件和电子元器件安全系数KL的选择原则和建议216

11.2 旋转整流器的结构设计217

11.2.1 Г字形支架环型旋转整流器218

11.2.2 圆轮辐板型旋转整流器221

11.2.3 分离式拼圆轮辐板型旋转整流器224

11.2.4 T字形支架环型旋转整流器228

11.2.5 双匚字形支架环型旋转整流器229

11.2.6 I字形支架环型旋转整流器231

11.3 我国自主开发设计的旋转整流器236

11.3.1 旋转整流器设计的选型236

11.3.2 旋转整流器的改型设计239

11.4 旋转整流器的电力半导体器件冷却方式和散热器件的选配241

11.4.1 电力半导体器件冷却方式和散热器件的种类242

11.4.2 电力半导体器件与散热器件的热计算242

11.4.3 电力半导体器件平均热散功率的计算243

11.5 电力半导体器件容许热阻和安装紧固力矩的确定244

11.5.1 电力半导体器件容许热阻的确定244

11.5.2 安装电力半导体器件所使用的紧固力矩245

11.6 旋转整流器的电力半导体器件与单只管式散热器件或极板型多只管式散热器件的安装246

11.6.1 电力半导体器件的设计选型246

11.6.2 电力半导体器件的安装注意事项246

11.7 旋转整流器设计的几个问题说明247

11.7.1 旋转整流器的直流励磁输出电压含有交流谐波分量的产生与影响的问题248

11.7.2 关于旋转整流器三相桥式整流电路采用双管串联的问题248

11.7.3 关于改善整流电路直流励磁输出电压脉动的问题249

11.7.4 旋转整流器的电力半导体器件紧固力矩的问题250

11.7.5 旋转整流器产生故障的原因253

11.7.6 旋转整流器设置快速熔断器保护问题254

11.8 旋转整流器用的整流二极管运行的监测与报警254

11.8.1 旋转整流器用的整流二极管运行状态的纹波判定255

11.8.2 旋转整流器整流二极管运行状态监测与报警装置的工作原理255

11.9 旋转整流器安装位置与其三相交流输入和直流励磁输出引接线的合理布置256

11.9.1 主同步电动机、旋转整流器、交流主励磁机、永磁式副励磁机的布置方式257

11.9.2 主同步电动机、交流主励磁机、旋转整流器、永磁式副励磁机的布置方式257

11.9.3 直流励磁引出线嵌镶入空心主轴的绝缘结构与终端引接线装置的结构设计258

第12章 增安型无刷励磁同步电动机的灭磁电阻器的设计261

12.1 无刷励磁系统旋转整流器自动灭磁保护电路的灭磁元件262

12.1.1 扁绕制成形的圆端矩形电阻线圈式灭磁电阻器262

12.1.2 骨架绕制的平板形防护式灭磁电阻器263

12.1.3 圆螺旋充砂型圆管防护式灭磁电阻器263

12.1.4 圆螺旋热塑成形防护式灭磁电阻器263

12.1.5 圆螺旋充砂型适形防护式灭磁电阻器264

12.2 现代新型灭磁电阻器265

12.2.1 现代新型灭磁电阻器的防爆标志265

12.2.2 现代新型灭磁电阻器的标准规格266

12.3 现代新型灭磁电阻器的设计266

12.3.1 灭磁电阻器的定额工作制的确定267

12.3.2 灭磁电阻器表面额定功率的确定依据267

12.4 现代新型灭磁电阻器温升测试数据268

12.4.1 灭磁电阻器静态下测试的技术数据268

12.4.2 灭磁电阻器在动态的旋转强迫通风冷却工况下的理论计算269

12.4.3 灭磁电阻器强迫通风冷却工况下的模拟试验270

12.4.4 灭磁电阻器在静态下强迫通风冷却工况下的模拟试验与理论计算的核准271

12.4.5 模拟试验与验证计算的对比与结论272

第13章 增安型无刷励磁同步电动机的交流主励磁机的设计273

13.1 交流主励磁机的型式2

13.1.1 端电压非恒定的交流主励磁机273

13.1.2 端电压恒定的交流主励磁机273

13.2 凸极磁极旋转电枢式交流主励磁机的设计特点273

13.2.1 旋转电枢式交流主励磁机特点274

13.2.2 旋转电枢式交流主励磁机的设计274

13.2.3 无刷励磁系统交流主励磁机在旋转整流器的运行中几种故障的分析276

13.3 凸极磁极旋转电枢式交流主励磁机主要参数的选择277

13.3.1 旋转电枢式交流主励磁机的强励顶值电压的倍数277

13.3.2 旋转电枢式交流主励磁机的频率和极数的确定279

13.4 交流主励磁机的结构设计279

13.4.1 凸极磁极旋转电枢式交流主励磁机的结构设计280

13.4.2 隐极磁极旋转电枢式交流主励磁机的结构设计281

13.4.3 凸极磁极旋转电枢式交流主励磁机的特殊结构281

13.4.4 交流主励磁机具有极靴和阻尼笼条槽口的凸极磁极形状与气隙的选择283

13.4.5 交流主励磁机旋转电枢的结构设计284

第14章 增安型无刷励磁同步电动机的永磁式副励磁机的设计288

14.1 现代无刷励磁控制系统重要组成部分—永磁式副励磁机288

14.1.1 永磁材料的性能和选用290

14.1.2 钕铁硼永磁材料291

14.1.3 铝镍钴永磁材料292

14.1.4 电工纯铁和纯铁薄板导磁材料293

14.2 永磁式副励磁机的磁路结构294

14.2.1 切向式槽楔转子磁路结构295

14.2.2 径向式凸极转子磁路结构296

14.2.3 轴向式爪极转子磁路结构296

14.2.4 设计磁路结构时应特别注意的几个问题298

14.3 永磁式副励磁机设计的理论分析301

14.3.1 电动势波形301

14.3.2 突然短路与短路比302

14.3.3 气隙长度和极弧系数的选择303

14.3.4 电压调整率与降低电压调整率的技术措施304

14.3.5 可靠性运行306

14.4 永磁式副励磁机的设计与研制306

14.4.1 设计依据及主要技术数据307

14.4.2 定子结构设计309

14.4.3 定子电枢绕组设计309

14.4.4 转子结构设计309

14.5 永磁式副励磁机的产品性能试验310

14.5.1 电压波形的测试311

14.5.2 突然短路试验311

14.5.3 突然短路后的空载特性测定312

14.5.4 突然短路后的外特性试验和电压调整率的测定312

14.6 永磁体的充磁与稳磁处理及永磁体磁性能的检验测试313

14.6.1 永磁体充磁313

14.6.2 永磁体的失磁与稳磁处理313

14.6.3 永磁体检验试样的磁性能测试314

第15章 增安型无刷励磁同步电动机的产品试验、安装调试、验收试验与工业运行试验315

15.1 无刷励磁同步电动机的产品试验316

15.1.1 产品试验标准和产品技术条件316

15.1.2 产品试验的分类317

15.2 无刷励磁同步电动机三阶段试验方法318

15.2.1 旋转整流器的试验方法（第一阶段试验）318

15.2.2 交流主励磁机和永磁式副励磁机的试验方法（第二阶段试验）322

15.2.3 无刷励磁主同步电动机的试验方法（第三阶段试验）324

15.3 同步电动机的防爆性能试验324

15.3.1 防爆无电火花试验327

15.3.2 防电晕试验37

15.3.3 外壳防护性能试验328

15.3.4 防爆密封橡胶材料老化性能试验328

15.3.5 空间加热器试验329

15.4 同步电动机的产品检查、试验项目330

15.4.1 产品检查项目330

15.4.2 同步电动机的试验项目330

15.4.3 旋转整流器的试验项目335

15.4.4 增安型无刷励磁同步电动机的交流主励磁机的试验项目339

15.4.5 增安型无刷励磁同步电动机的永磁式副励磁机的试验项目341

15.4.6 空间加热器的试验项目343

15.5 同步电动机的安装调试、验收试验、工业运行试验与技术准备344

15.5.1 安装调试344

15.5.2 防爆密封部位检验348

15.5.3 工业运行试验前的调试检查与验收试验348

15.5.4 工业运行试验前的调试试验及试验技术数据349

15.6 试验与鉴定355

15.6.1 安装调试、验收试验、工业运行试验的结论355

15.6.2 试验与鉴定355

第16章 现代增安型无刷励磁同步电动机变频调速控制系统357

16.1 变频调速控制系统的发展358

16.1.1 早期增安型无刷励磁同步电动机变频调速控制系统359

16.1.2 新型增安型无刷励磁同步电动机变频调速控制系统360

16.2 新型变频调速控制系统的基本原理与主控制电路的构成361

16.2.1 新型变频调速控制系统的基本原理361

16.2.2 新型变频调速控制系统的控制电路的构成362

16.3 同步电动机变频调速的软起动、软停机与运行363

16.3.1 变频调速软起动控制3

16.3.2 变频调速软停机控制365

16.3.3 变频调速运行的高效、节能、降耗控制366

16.4 新型变频调速控制系统对交流电动机设计的特殊要求和同步电动机变频调速控制系统的发展366

16.4.1 新型变频调速控制系统对交流电动机设计的特殊要求367

16.4.2 变频调速同步电动机绝缘结构的设计368

16.4.3 同步电动机变频调速控制系统的发展369

参考文献371