感應電動機銅條轉子護環的選擇

李鳳英，姜輝，郭子翔

(吉林石化公司乙烯廠，吉林省吉林市132002)

0 引言

目前國內某些高、低壓電動機鼠籠型轉子導條采用銅條材質，電動機工作過程中，轉子端環受離心力的作用，出于安全考慮，轉子端環處均增加了護環結構。隨著端環制造工藝的改進以及新材料的使用，鼠籠型銅條轉子感應電動機的轉子端環是否需要增加護環提出了質疑，若能省去護環結構，則即可以減少制造車間加工量，又可以減少電機的裝配時間。本文通過分析國內某電機廠YKK630-4 電機，舉例說明了銅條轉子是否需要增加護環的方法。

1 銅條轉子護環的理論分析

我們假設端環是單獨的厚度均勻環，即不考慮轉子旋轉時銅條對端環的影響，也不考慮電動機工作時溫度的影響，只把超速時端環的離心力來計算端環的徑向拉伸應力。

式中，ρ—材料的密度，銅的密度為8.85×103kg/m3;ω—角速度，ω=2×π×n/60≈n/10 弧度/秒;n—額定轉速r/min;g—重力加速度9.8m/s2;R1—端環外徑m;R2—端環內徑m。

當端環材質為銅和銅合金的時候，超速情況下的平均徑向拉力δ 若超過4.2×106kg/m2時，就應該增加護環，反之，就不需要增加護環。

YKK630-4 電動機的具體參數:銅條轉子端環外徑R1=0.316m，端環內徑R2=0.2115m，n=1500rpm，取超速20%情況進行計算，此時n 值取1 800rpm。則超速端環的徑向拉力為

通過以上計算可看出，平均徑向拉力δ=2.062×106kg/m2＜4.2×106kg/m2，符合不需要增加護環的條件，故通過理論算法此型號電機完全可以不用增加護環。

2 有限元分析

我們通過有限元的方法進一步分析該型號電機是否需要增加護環，利用Ansys 軟件對端環進行建模仿真。

仿真中，假設端環是單獨的厚度均勻環，不考慮溫度的影響，超速運行。銅條轉動過程中通過轉矩的方式傳遞給端環，電機自身的單邊磁拉力也以轉矩的形式施加在端環上，具體的仿真結果見圖1、圖2、圖3。

圖1 仿真的模型及約束施加

圖2 端環的超速情況下的形變量

圖3 端環的平均應力分布

通過有限元仿真分析我們可以看出，在超速運行的過程中，端環的最大形變量為0.024592mm，且發生的位置為端環的內表面;端環的最大徑向應力發生位置為端環的內表面，最大徑向拉力值為23.567MPa，將其值折算到理論計算中的單位，此值應為2.3567×106kg/m2＜4.2×106kg/m2，依然滿足經典公式中的要求，同樣符合不需要增加護環的條件，故通過有限元分析法，此型號電機完全可以不用增加護環。

3 結語

通過以上理論公式計算及有限元分析得出結論:YKK630-4 電機可以在不加護環的基礎上，安全運行。其后在電動機的試制和運轉過程中，銅條轉子均未發現異常，證明了理論公式計算及有限元分析的結果完全符合電動機實際工況。

通過以上計算和有限元仿真分析，為設計提供了鼠籠型銅條轉子感應電動機的轉子端環是否增加護環的依據，同時，節省了生產車間的加工和裝配時間，降低了企業管理成本，提高了電機的可靠性，增強了企業同類型產品的市場競爭力。

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