淺談高壓繞線轉子電機結構優化設計

劉立國++王洋

摘 要：對于YR和YRKK高壓繞線轉子電機來說，屬于一類常用的驅動設備。該類電機的轉子外部能夠串入水阻柜或頻敏電阻器，優化電機的起動性能。在壓縮機、磨煤機以及風機等設備的驅動當中YR和YRKK高壓繞線轉子電機得到廣泛應用。但是，從現狀來看，高壓繞線轉子電機結構仍存在一些問題。本文在分析高壓繞線轉子電機結構設計潛在問題的基礎上，進一步對高壓繞線轉子電機結構優化設計方法進行探究，以期提高高壓繞線轉子電機的應用效果。

關鍵詞：高壓繞線轉子；電機結構；優化設計

中圖分類號：TM302 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）03-0166-01

在壓縮機、風機、水泵設備以及磨煤機當中，YR和YRKK高壓繞線轉子電機具備很高的應用價值。從目前來看，高壓變頻電機能夠替代YR電機和YRKK電機，然而由于高壓變頻電機需要花費很高的成本，所以普遍愿意接受YR電機和YRKK電機。因此，便有必要在認清這兩類電機在結構設計存在的不足的基礎上，進而采取有效優化設計方法。

1 轉子引接線問題分析及優化設計

1.1 轉子引接線問題

繞線轉子電機的轉子繞組使用的是TMR銅排線圈，做好轉子線圈嵌線之后，轉子引線電纜跨越軸承之后和滑環連接好。一般所使用的方法為[1]：在電機內部的轉子引出線部位的軸上鉆斜孔，然后在滑環端軸心位置打出一定長度軸向的軸心孔，使之與斜孔相連通。轉子引線電纜先經過軸上斜孔，再經軸心孔到達滑環引線端，然后和滑環接線柱相互連接。此方法經常會出現的問題：（1）未能將轉子線圈到斜孔之間的電纜固定完好，在離心的作用下，電纜易竄動，情況嚴重時會造成電纜磨損破壓、電纜與轉子線圈的引線端焊接開裂斷路。（2）對于軸上的斜孔和軸心孔交匯位置尖角很難得到有效處理，容易導致電纜經常劃傷。（3）處于軸心孔內的電纜未能得到固定完好，當電機起動和高速旋轉的情況下，電纜會出現移位、形變或纏繞等問題。（4）因為沒有保護好電纜伸出軸孔位置，導致電纜經常受到摩擦，最終造成電纜損傷問題。

1.2 優化設計方法

鑒于上述出現的問題在設計時可采用如下方法進行優化：（1）在引線電纜進入斜孔位置的前端軸上增加卡子，卡子用螺釘固定在軸上，卡子位置的電纜繞包滌綸玻璃氈進行保護，如引線電纜每相一根采用一個一字型卡子，兩根則采用V字型卡子用三個螺栓固定。（2）在斜孔位置的電纜上套滌玻管將電纜與軸進行隔離，滌玻管較為柔軟且耐磨能起動很好的保護作用。（3）將電纜穿完后在軸心孔內灌注滿硅膠然后固化，將內部電纜完全固化且填充滿軸心孔。可以防止內部電纜的任何的移動，起到固定保護作用，同時也能起到導熱效果。（4）在軸伸端電纜出現位置增加一個外徑和長度適合的橡膠套，套上的孔尺寸和數量與轉子引線電纜的尺寸和數量一致。將線套穿入電纜后固定到軸孔內，起到固定和隔離防摩擦作用。

2 集電環-刷架問題分析及優化設計

2.1 集電環-刷架問題

集電環-刷架是連接轉子繞組和外接電路的核心部件。由于碳刷和集電環之間是采用滑動摩擦接觸的形式，電機在旋轉工作時，當加工、安裝以及設計不夠合理的情況下，便會引發刮擦、磨損、打火、溫升高及破壓等問題最終致使集電環被損壞。主要存在以下問題[2]：

（1）由于碳刷盒和滑環兩者距離較近，并且固定難以調節，電機運行時刷架強度不足或安裝基礎高度不夠引起刷架振動，刷盒還可能與滑環直接接觸引起刮擦。（2）集電環材質和碳刷材質及彈簧壓力匹配度不高。一般情況下，電機碳刷材質主要是由石墨與銅制作而成的，且相配套的集電環材質是錫青銅。通過反復實驗發現，碳刷材質和配套的集電環相比比較硬。（3）在電機旋轉速度過快的情況下，滑環與刷之間的接觸面光潔度不夠，刷為磨好，滑環的同軸度不夠致使碳刷抖動，便容易出現打火、放電等問題。（4）集電環表面散熱能力不足。在電機功率較大時，轉子電流也會變大，同時電機需要的碳刷增多，尤其是接觸線速度較高時，系統的電氣損耗和摩擦損耗功率都較大，進而致使集電環溫度過高。（5）滑環結構的不合理，在積碳粉時引起短路放電造成滑環放炮。

2.2 優化設計方法

（1）把刷架兩支撐桿改進為三支撐桿，有效強化整體刷架的穩定性，使最外側一相的刷架下垂得到有效防止。同時將刷盒安裝孔改進為長圓孔，確保每一個刷盒和滑環表面間的距離控制在3mm到5mm，進而使電機長期安全穩定運行得到有效保障。（2）還有必要對集電環材質和碳刷材質加以優化，設計時確保集電環材質和碳刷材質及彈簧壓力的匹配性。（3）滑環裝到轉子上以后加工外徑，確保同軸度和光潔度，同時對碳刷進行研磨使之達到標準規定要求。（4）并在集電環表面設置螺旋溝槽，增加冷卻，消除氣膜。合理設計滑環的通風散熱。（5）將滑環上用的大量的纖維管、子母扣等連接處進行密封，對滑環浸漆處理，防止碳粉的積存，同時還可以防潮。可以有效的減少滑環的放電、爬電的可能。

3 結語

綜上所述，高壓繞線轉子電機結構需實現優化設計，主要需從兩大方面著手。其一，優化設計轉子引接線結構；其二，優化設計集電環-碳刷結構。相信在優化設計高壓繞線轉子電機結構的基礎上，能夠為電機的經濟、可靠以及安全運行奠定有效基礎。

參考文獻

[1]卓寧.爐水循環泵電機冷卻系統設計特點[J].廣西電力，2011（04）：36-38.

[2]王振，景兆杰，鄭安邦.高壓直流輸電換流閥冷卻系統主循環泵電機起動方式分析[J].廣東科技，2011（20）：155-156.