铜条转子焊接钎料的节能分析

胡建平1 ，郑龙平2

(1南昌ABB发电机有限公司，江西南昌330096；

2上海电机系统节能工程技术研究工程中心有限公司，上海200063)



铜条转子焊接钎料的节能分析

胡建平1 ，郑龙平2

(1南昌ABB发电机有限公司，江西南昌330096；

2上海电机系统节能工程技术研究工程中心有限公司，上海200063)

摘要高效电动机设计由于增容大部分按铜条转子设计，但由于采用铜条转子成本昂贵，现从优化铜条转子设计，在端环槽内增加填充块，有效的节省钎料需求量，从而降低电动机的制造成本，优化高效电机性能。

关键词端环铜条；钎料；焊接

0引言

电动机从转子结构分鼠笼式和绕线式。鼠笼式电动机转子又分铸铝转子和铜条转子，铸铝转子虽然具有结构简单、制造方便、坚固耐用的特点，但随着电动机容量的增大，转子的体积也增大，转子的铸铝工艺也复杂起来，铸铝的均质性难以保证。因此，大型异步电动机和大功率电动机大都采用铜条转子，铸铝转子通常用于小功率负载电动机中。

随着“国家惠民工程电动机能效提升计划”的实施，高压高效电动机的开发越来越受到重视。目前我国高压电动机与国外同类产品有很大差距，因此高压高效电动机既要提高效率，又要增加功率。高效电动机设计由于增容大部分按铜条转子设计。由于采用铜条转子成本较高，因此节约电动机制造成本是非常重要的。降低成本可从电动机结构、工艺及用材等方面着手，本文介绍通过节省用料的方法来降低电动机成本的措施。

1铜条转子设计优化

铜条转子通常由转子铁心、铜条、端环等零部件组成。据了解目前端环设计存在如下两种方法：(1)在端环一平面上铣槽，加工槽按铜条尺寸及槽数加工，通常槽较深；(2)端环平面整体在立车上车一深度圆环。具体如图1所示。

为降低电动机制造成本，采用端环平面整体车以深度圆环槽，此种加工方便耗时短，同时在此提出一项节省钎料用量的设计方案，具体如图2所示。

2节省钎料方案

以往铜条转子设计时，端环与铜条焊接，端环槽内充满填充钎料，钎料通常用BCu80AgP或HLAgCu80-5。为减少钎料用量，在两插入端环槽的铜条之间放置填充块，以取代部分的钎料。每间隔槽内填充 2mm厚铜块，尺寸根据铜条接触端环槽，两铜条之间的样形配加工，由于填充的铜块与铜条母材相同，不影响电动机性能，钎料建议采购时要求供应商提供颗粒状，以方便放入槽内。

端环槽设计时不宜太深，通常按3mm设计，太深会增加了钎料的填充量。目前端环与铜条焊接采用中频感应钎焊或火焰加热钎焊两种方式，大多数厂家均采用中频感应钎焊，此技术能有效的保证端环的焊接可靠性。为考虑端环焊接可靠性，推荐采用参考文献[1]方案，端环与铜条焊接端环上增加工艺凹槽，为避免焊接存在夹缩孔，在端环槽内加工工艺凹槽，以解决焊接时存在气孔，焊缝不紧密等问题，以达到焊接熔料和铜条及端环为一整体性。

因钎料的价格约1100～1200元/kg，铜板的价格65～70元/kg，铜板价格和钎料的价格差异较大，故采用填充铜块节约焊接所用的钎料是一项较大的节约成本的措施。

3成本分析

某公司生产一台YLKK630-6 1500kW6kV电动机，端环槽尺寸外径D1 为670.5mm、内径D2为566mm，槽深h1为3mm，铜条规格a×b为8×45铜母线TMY，根数Z2为74根，现比较填充填充块前后钎料用量及成本，计算公式如下。

3.1填充块面积

(1)

按式(1)计算的填充块面积

3.2填充块体积

V1=S1h2(mm3)

(2)

式中，h2—填充块的厚度2mm。

按式(2)计算的填充块体积

V1=1371×2=2742(mm3)

3.3填充块总体积

V2=V1×Z2=74×2742=202908mm3

3.4填充块总重量

m1=ρ1V2=202908×8900×10-9≈1.806(kg)

式中，ρ1—铜的比重8900kg/m3。

3.5端环槽体积

(3)

按式(3)计算的端环体积

3.6铜条截面积

SB=a×b=8×45=360(mm2)

3.7铜条占用端环槽内总体积

VB= SB×h1×Z2

=360 ×3×74

=79920(mm3)

3.8未填充填充块所用钎料用量

m2=(VR-VB)×ρ2

=(304454-79920) ×10-9×8400

=1.886(kg)

3.9未填充填充块所用钎料价格

1.886×1100=2074.6元

3.10填充填充块后所用钎料用量

m3=(VR-VB-V1)×ρ2

(4)

式中，ρ2—钎料的比重8400kg/m3。

按式(4)计算的钎料用量

m3=(304454-79920-202908) ×10-9×8400

= 0.182(kg)

3.11填充填充块后所用钎料及填充块之和的价格

1100×0.182+65×1.806≈318元

3.12填充填充块前后成本差异

2074.6-318=1756.6元

由此可见，单台可节约成本1756.6元。 目前我司联合国内20多家公司进行高压高效电动机联合设计，在设计过程中为满足电动机节能，提升电动机效率，电动机主导采用铜条转子。按每家公司年生产600台高压铜条转子电动机，一年将有12000多台转子设计采用上述方法，在端环与铜条焊接时，在端环槽内放置一定填充块，电动机制造成本按综合单台平均节约成本900元，将节省1080万元成本，节约成本显著。

4结语

铜条转子端环槽内通过改进工艺，增加填充块，可以节省端环焊接的钎料，从而降低了电动机制造成本，具有非常可观的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]徐波.史文卿.转子铜条与端环的焊接.大电动机技术，2005.

[2]王强，陈金刚.笼型三相异步电动机检测试验分析.防爆电机，2013.4.

[3]程小华.异步电机转子绕组折算的充要条件.防爆电机，2011.5.

ReducingSolderConsumptionofWeldingCopperBarRotor

Hu Jianping and Zheng Longping

(1.NanchangABBGeneratorsCo.,Ltd.,Nanchang330096,China；2.ShanghaiEngineeringResearchCenterofMotorSystemEnergySavingCo.,Ltd.,Shanghai200063,China)

AbstractAs for the capacity-increasing, most high efficiency motors are designed based on copper bar rotor. Because the cost of using copper bar is too high, now solder consumption can be effectively saved by optimizing copper bar rotor and adding filled blocks into the end-ring groove, then manufacturing cost can be reduced and performance of high efficiency motor can be optimized.

Key wordsEnd-ring；solder；welding

收稿日期：2015-11-25

作者简介：胡建平男1986年生；毕业于东华理工大学长江学院，现从事大中型高压电机及发电机产品研究工作.

中图分类号：TM301.4

文献标识码：A

文章编号：1008-7281(2016)01-0046-003

DOI:10.3969/J.ISSN.1008-7281.2016.01.14