中型高壓異步電動機的結構改進思路設想和實踐

鄒長新

摘要：隨著我國社會水平的提升，經濟步伐的推進，我國的工業建設也在這個過程中得到了較大程度的發展，其中，中型高壓異步電動機是我國工業建設中經常會用到的機械設備，但是，我國目前工業飛速的發展也對其提出了更高的要求，原有的工作效率已經不能夠滿足現今人們的需求。在本文中，將就中型高壓異步電動機的結構改進思路設想和實踐進行一定的研究。

關鍵詞：中型高壓異步電動機；結構改進思路；設想和實踐

引言

對于我國目前所使用的空氣冷卻中型電機來說，其通常具有三種不同的通風型式，即軸向通風、混合通風以及徑向通風三種結構。對于這三種結構來說，各具一定的優缺點：其中，軸向通風電機具有結構緊湊的特點，優點是制造方便、成本較低，缺點是其沿軸向的溫度分布情況不均勻；徑向通風結構的優點是軸向溫度均勻且通風損耗小，缺點是成本高、體積大；而混合通風結構電機的特點則正處于上述兩者之間。

對于小機座的電機來說，其通常較多使用的是軸向通風結構，而大型的機座的電機則更多的使用徑向通風結構。對于Y系列的中性高壓電機來說，其在聯合設計的過程中對于上述兩種通風形式都進行了總體的設計。而在我國，目前很多廠家也都是Y系列中型高壓脊中使用了混合以及徑向通風結構，而在國際范圍內，部分較為先進的電機制造商如VEM、西門子等等也在中性高壓電機上除了對混合式通風結構進行使用之外，對于部分設備也使用了軸向通風的結構。而根據我國現今工業發展的特點，就需要能夠對中型高壓電機的通風結構進行一定的研究與改進。

1.通風以及發熱的計算原理

通常來說，在電機的結構中，其是根據力學以及電磁計算的要求而進行設計中，其中需要對實際工作過程中的通風需要進行適當的加固，比如在其中設置一定的擋風板以及徑向風道等等。但是，對于各種風道而言，其也并不一定會滿足流體力學的要求，而是經常會存在不規則以及尖角等情況等等。而在電機旋轉的過程中，也會在其內部出現二次流以及渦流，甚至在定、轉子齒區的氣流非恒定流動，因而，電機內的流場是十分復雜的。

而對于電機中的溫度場來說，其也具有同樣復雜的特點。在電機固體部分，其由槽楔、絕緣漆、疊片鐵心以及絕緣繞組等零件所組成，其中，繞包主絕緣和鐵心都是具有各向異性的導熱材料，且電機內的損耗都是分布熱源，有銅耗、鐵耗、通風機械損耗、定轉子表面的表面損耗及定轉子齒部的脈振損耗等，所有這些損耗都將導致電機發熱，影響電機的溫度場。

通過上述分析，我們則可以初步了解對于電機設備來說，其對于溫度以及通風等情況的計算都是十分復雜的，需要能夠非常準確的對電機中的溫度場以及流場進行模擬，但是，以有限元法以及解析法對其進行分析是十分繁雜的一項工作，而通過對于工程問題性質入手，我們則可以對我們的研究對象進行適當的簡化以及假設，并通過當年等效熱路法進行溫度計算、數值法開展通風計算，通過這種方式，不僅能夠幫助我們極大程度的對計算分析的工作量進行簡化，同時也能夠較好的滿足工程需求。對此，我們可以展開以下假設：

第一，在電機端部位置，空氣壓力的方式主要以靜壓力為主，其我們可以認為壓力在電機端部位置處各個位置的值都相等。

第二，不考慮轉子旋轉對于風阻的影響。

第三，繞組端部對空氣流動的阻力以入口風阻乘以一個系數來考慮。

第四，鐵心硅鋼片和繞組銅的導熱系數為無窮大，即“銅”和“鐵”都是等溫體，它們的溫度等于平均溫度。

第五，定、轉子間不發生熱交換。由于在電機中，具有較大的氣隙且具有軸向氣流，所以轉子以及釘子間的熱阻比定、轉子通過其它方式來散熱具有更大的熱阻。基于此，我們就可以大致忽略定、轉子的熱交換。

2.中型高壓三項異步電機熱路圖以及風路圖

在本文中，我們所研究的電機為混合式通風結構，且外界的冷空氣會從機座兩側進入其后端后會分成兩路：一條會從冷卻定子后方繞道端部之后進入鐵心背部，而另一條會在進入到焊筋軸進入其中之后再通過定子以及轉子的徑向通風道進入到定子背部，并且在這個過程中使兩路的冷卻空氣都會在經過繪畫之后繞到定子繞圈的另一端，并在繞過之后被風扇抽出，并從機座兩方前端散發出熱空氣。同時，我買你在繞組兩端的位置處都安裝了擋風板，其作用就是幫助更多的冷卻空去能夠進入到焊筋軸之中。之后，我們也對取消徑向風通道之后電機自身的發熱情況以及通風等情況進行了更進一步的探討，并研究如果在保持電磁參數恒定的情況下僅僅對風路設計進行改變的情況下能否使溫度等指標滿足我們的要求。

之后，我們則使用流體力學對上述研究成果以及簡化方式等等，并根據電機自身的結構尺寸特點對各支路的風阻情況進行計算，則能夠得到最終的風阻Z，并以此繼續求出當風扇處于空載情況下風扇被允許流過的最大流量QM以及靜壓力H0。

對此，我們則可以對徑向葉片的離心風扇以及特性曲線通過下式進行表示：

而風扇在此過程中所產生的壓力即為：

再將上述兩公式求解為：

而當我們求得總壓力以及總流量之后，則可以對電機中其它風道的流速、流量以及過往子風道的流速以及流量進行計算，并得出以下公式：

3.結果分析

在我們根據上述研究內容對電機進行發熱以及通風方面的實驗之后，則通過專門的程序對電機目前的情況進行了適當的計算，并與此同時將原來混合式的通風機構轉變為了純粹以軸向通風為主的結構形式。而對于我們對電機所實施的改進措施方面，則主要有以下幾點：即加大了電機的氣隙、使用了具有磁性的槽楔、對風扇以及相關風路進行了改進、對電機的效率進行了提升、降低了電機的溫升以及減少了電機附加損耗如鐵耗等等。經過改進之后的電機同改進之前相比，節約了越4%的銅線、3%的鋼板以及5%的鋁，并在這個過程中較大幅度的提升了勞動生產率。而在我們進一步將改進過后的樣機送至我國中小型電機檢測中心試驗后發現，改進后的電機無論是在鐵耗、機械耗、效率、定子銅耗、溫升以及矽鋼片牌號方面都得到了較大的優化，可以說明，我們這次對于電機的改進獲得了較好的效果。

4.結束語

總的來說，在我國現今的工業建設工作中，中型高壓異步電動機是不可缺少的一部分，對于企業生產效率的提升具有重要的意義，需要我們能夠對其引起充分的重視。在上文中，我們對于中型高壓異步電動機的結構改進思路進行了一定的設想與實踐，而在實際操作過程中，也需要我們能夠在此基礎上良好的聯系企業生產實際，從而以更具針對性的方式完成中型高壓異步電動機的優化工作。

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