淺談高壓三相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

王志強(qiáng)

摘 要：相對于單相異步電動(dòng)機(jī)來說，三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)能力相對穩(wěn)定，并且能夠節(jié)約材料。以轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)為準(zhǔn)可以將三相異步電動(dòng)機(jī)分為籠式與繞線式。其中籠式轉(zhuǎn)子的異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)相對簡單，運(yùn)行可靠穩(wěn)定，重量較輕，價(jià)格較低，已經(jīng)被廣泛的普及應(yīng)用。但是主要缺陷是調(diào)速功能欠缺。繞線式的三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子與定子一樣都設(shè)置了三相繞組，并且將滑環(huán)、電刷與變阻器相連接。其中調(diào)節(jié)變阻器能夠?qū)﹄妱?dòng)機(jī)的起動(dòng)性能與調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速產(chǎn)生一定的影響。文章主要分析三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并且以Y560電機(jī)為例，分析高壓三相異步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：高壓三相異步電動(dòng)機(jī)；內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；運(yùn)行穩(wěn)定

引言

在經(jīng)濟(jì)全球化的背景下世界能源消耗急劇上升，節(jié)約生態(tài)能源，開發(fā)綠色環(huán)保新能源成為了全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要工作。電動(dòng)機(jī)是耗電量最大的電氣之一，其所消耗的電能占據(jù)總發(fā)電數(shù)量的60%以上，因此節(jié)約發(fā)電機(jī)的電能消耗，節(jié)約發(fā)電機(jī)所消耗的電能成為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要措施。要提高發(fā)電機(jī)的用電效率就必須熟悉掌握電動(dòng)機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，進(jìn)而不斷完善設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)使用電能效率提高的目的。

1.三相異步電機(jī)原理

1.1基本結(jié)構(gòu)

異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)主要包括定子與轉(zhuǎn)子。定子，異步電動(dòng)機(jī)的定子結(jié)構(gòu)包括定子鐵心、定子繞組與機(jī)座三大主要部分。高壓三相異步電動(dòng)機(jī)的定子然組一般都是用星形連接方式，有三根引出線。而中小功率的低壓三相異步電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中定子繞組一般是用三角形連接。轉(zhuǎn)子的主要結(jié)構(gòu)包括轉(zhuǎn)子繞組、轉(zhuǎn)軸和鐵心[1]。其中轉(zhuǎn)軸主要用于固定支撐轉(zhuǎn)子與鐵心，電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)的機(jī)械功率。定子與轉(zhuǎn)子之間即為空氣隙。氣隙的大小對異步電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行有著直接的影響。如果氣隙太小，就會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)裝配出現(xiàn)困難，并且電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中定子與轉(zhuǎn)子可能會(huì)產(chǎn)生碰撞與摩擦。由于氣隙是位于定子與轉(zhuǎn)子之間的，因此其大小對于電機(jī)性能的影響十分重大。

1.2工作原理

異步電動(dòng)機(jī)的主要特征就是在于其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與定子所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速是不一致的。其兩者之間的數(shù)據(jù)差與定子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速的比值即為轉(zhuǎn)差率。在異步電動(dòng)機(jī)定子上保羅三相對稱繞組，在經(jīng)過三相對稱交流電流后在電機(jī)的氣隙中會(huì)出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)磁場。異步機(jī)的轉(zhuǎn)子是自身短接的多相繞組，定子旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子繞組，同時(shí)在其中感生電動(dòng)勢，而轉(zhuǎn)子繞組短接，則電動(dòng)勢將會(huì)變?yōu)檗D(zhuǎn)子電流。轉(zhuǎn)子電流的方向與大多數(shù)導(dǎo)體中與感生電動(dòng)勢的方向是相同的[2]。轉(zhuǎn)子上的載流導(dǎo)體在定子旋轉(zhuǎn)磁場的作用下變?yōu)檗D(zhuǎn)矩，使得轉(zhuǎn)子出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.三相異步電機(jī)功率與轉(zhuǎn)矩

2.1異步電機(jī)功率平衡

由于異步電動(dòng)機(jī)中的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速很高，與同步轉(zhuǎn)速相近，因此氣隙磁場與轉(zhuǎn)子的相對速度就更低。轉(zhuǎn)子的電流頻率也相對更低。同時(shí)，由于轉(zhuǎn)子的鐵心是由0.5mm的硅鋼片制成，并且硅鋼片的兩面都涂油絕緣漆，所以轉(zhuǎn)子的鐵耗可以忽略。三相異步電機(jī)在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，必然會(huì)出現(xiàn)軸承、風(fēng)阻等摩擦產(chǎn)生的損耗，可表示為Pmec，另外的由于 高諧波磁勢所導(dǎo)致的損耗可表示為Ps。大型電動(dòng)機(jī)中附加耗損即為輸出功率的0.5%，而中小型電機(jī)的附加損耗即為1.5%*PN。

2.2異步電機(jī)轉(zhuǎn)矩平衡

異步電動(dòng)機(jī)上的機(jī)械功率可以用Pmec表示，其等于其轉(zhuǎn)矩Tem與轉(zhuǎn)子機(jī)械角速率w的乘積。即為Pmec= P2+Pmec+Ps=P2+P0（1）。將（1）式兩邊都分別除以w，則可以得出（1-s）Pem/（1-s）w1=Pem/w1（2）。式子（1）和式子（2）即為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的平衡關(guān)系。異步電動(dòng)機(jī)在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)下時(shí)，一般都要滿足上述兩個(gè)式子。當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載加大時(shí)，那么負(fù)載的力矩TL則會(huì)相應(yīng)變大，電動(dòng)機(jī)則會(huì)降低速度，轉(zhuǎn)子的電流將會(huì)相應(yīng)的增加，電磁力矩Tem也將會(huì)增加。直至滿足上述（1）和（2）時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速才會(huì)慢慢下降。

3.Y560電機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

3.1結(jié)構(gòu)美觀實(shí)用

Y560電機(jī)采用臥式IBM3的安裝方式，在頂部配置了相應(yīng)的通風(fēng)罩。使用了先進(jìn)的結(jié)構(gòu)形式。定子機(jī)殼使用箱型結(jié)構(gòu)形式，定子鐵心為外壓裝，定子鐵心使用的輻筋連為一體。軸承使用的是B型端蓋式球面滑動(dòng)軸承。使用客戶可以根據(jù)自身需求來自由選擇潤滑方式，有自潤滑與壓力潤滑兩種方式可以選擇，使用便捷。這種內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式新穎美觀，當(dāng)前在國際上較為流行[3]。同時(shí)，在使用過程中有助于提高工序同時(shí)進(jìn)行，縮短了制造周期。將軸承結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整可以使用空冷器替換頂罩，從而衍生為空-空冷與空-水冷電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)分別使用了兩種型號的軸承，兩極與四極所使用的軸承是不一樣的，四極軸承其中一段配置了絕緣層用于消除軸電流。這一可以改善通用性，給軸承加工帶來方便。

3.2技術(shù)性能優(yōu)良

兼顧到電動(dòng)機(jī)后期生產(chǎn)成本的考慮，在設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)時(shí)滿足了與其他電動(dòng)機(jī)型號的在工藝、材料等方面的聯(lián)系，落料模、分離模等都能夠互相通用。其電動(dòng)機(jī)類型為籠型導(dǎo)條轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)，使用了直槽插入TMR銅導(dǎo)條結(jié)構(gòu)。導(dǎo)條與鐵心之間無絕緣層，安裝便捷。導(dǎo)條與端環(huán)之間使用了中頻焊接，明顯改善了焊接質(zhì)量。轉(zhuǎn)子本體無易松動(dòng)構(gòu)建，完全滿足電動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的需求，強(qiáng)化了電動(dòng)機(jī)的安全穩(wěn)定性能。

4.結(jié)束語

高壓三相異步電動(dòng)機(jī)是一種新一代的環(huán)保產(chǎn)品，其能夠滿足用戶的設(shè)計(jì)需求，現(xiàn)場運(yùn)行狀況良好，經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)勢明顯。高壓三相異步電動(dòng)機(jī)已經(jīng)成為國內(nèi)具有廣闊應(yīng)用平臺(tái)的精品電動(dòng)機(jī)，其溫升、噪聲、振動(dòng)等指標(biāo)都符合國家相關(guān)指標(biāo)與規(guī)定，可以推薦給各個(gè)行業(yè)作為產(chǎn)品升級制造使用。

參考文獻(xiàn)：

[1]崔劍，張爽.大型高壓三相異步電動(dòng)機(jī)第二代產(chǎn)品技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢[J].防爆電機(jī)，2011，（04）：1-4.

[2]陳興衛(wèi).正壓外殼型高壓三相異步電動(dòng)機(jī)的密封設(shè)計(jì)[J].防爆電機(jī)，2014， （02）：24-25+44.

[3]李文姣.礦用防爆型三相異步電動(dòng)機(jī)的防爆設(shè)計(jì)分析[J].科技致富向?qū)В?2013，（15）：242+290.