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二极异步电动机转子设计与研究异步电动机一般指感应电动机。感应电动机,又称异步电动机,即转子置于旋转磁场中,在旋转磁场的作用下,获得一个转动力矩,因而转子转动。转子是可转动的导体,通常多呈鼠笼状。由电气工程师尼古拉特斯拉于1887年发明。 摘要:本文讨论了二极异步电动机转子设计与研究,围绕着设计过程中主要旋转部件进行了分析研究,为今后二极异步电动机的设计积累了经验。 关键词:二极异步电动机;轴流风扇;振动;挠度; 临界转速 一、二极异步电动机设计分析过程 该产品采用箱式焊接结构,座式滑动轴承,具有外形美观,噪声低、振动小,高效节能,运行稳定,安装、维护方便等优点。电动机绕组绝缘结构所采用的材料在电机温升作用下,其绝缘性能将逐渐变坏,而当温度升高到一定程度时,绝缘材料的绝缘特性会被迅速破坏,最后甚至失去绝缘能力。因此,为了获得经济的使用寿命,该电机的定子线圈绝缘采用F级绝缘,提高了整个电机的绝缘水平,有利于延长电机的使用寿命。YKS630-2 2500kW 6kV异步电动机额定转速为2990 r /min,转差率为0.45%。对于如此高转速的异步电动机,其转子结构机械设计要求很高,如何满足这一要求成为设计的关键所在。 (1)转子结构设计 转轴是电机中最重要的零部件之一,二极高速电机的转轴设计更是非常重要。在转子设计中,为了满足高转速下机械强度的要求,并改善异步电动机的特性,转子材质一般为45号锻钢(见图1) ,并且为了有足够的强度、刚度还要作正火、回火、或调质等一系列的热处理。另外个别截面要有足够的强度,在正常负载及规定的特殊情况下(如突然短路等) ,转轴不能产生残余变形或损坏。转轴的挠度必须在电机气隙的10%范围内,还有临界转速与工作转速间应有足够的差值,以免发生共振。下面就挠度和临界转速的计算作详细说明。 (2)挠度计算 计算转轴挠度,不外乎采用两种方法:作图法及分析法。作图法,需要制作转轴的弹性线,从弹性线上按照某种尺寸比例,可以得出任何一点的挠度,此法准确度很高,但应用此法会耗费大量时间。实际上通常只需知道转子铁心安放位置上中点的转轴挠度即已足够。计算这一点挠度的最简易方法是分析法。该方法花费时间少,还可避免可能的误差,现在已经用计算机来完成此操作,所以在电机设计转轴计算时,分析法得到了广泛应用。下以YKS630-2 2500kW 6kV电机为例做简要计算: 电枢(转子)重量,G1(不包括铁芯段的轴重) G1=867.7kg 轴的重量:Q=768kg 有效铁芯长度:L=83.93cm 转子外径:D=51.2cm 单边平均气隙:=0.4cm 轴在b点的柔度系数 式中:E-拉压弹性系数,此轴的材质为45锻钢,故E=2.1106kg/cm2 Kab 左半轴的弹性系数 Kcb 右半轴的弹性系数; 用以下公式计算 其中:Xi图4中所标尺寸X1, X2等; Ji 每段轴的惯性矩 磁拉力刚度 式中:δ单边平均气隙 D 转子外径 L 有效铁心长度 Bδ气隙磁密 初始单边磁拉力 P0=k0e0=10122 x 0.04=405kg e0=0.1δ 由重量G1引起的b点挠度 单边磁拉力引起轴在b点的挠度 轴在b点的总挠度 占气隙百分数 (3) 转轴的临界转速 除了对轴的挠度计算外,还应对电机转子固有振动特性进行分析,即主要计算转轴的临界转速,轴自已横向振动的周率不应与转子旋转轴速度一致。一般情况下,仅考虑单边磁拉力作用于转轴,有一个负荷在铁心中部时的影响。其临界速度可表示为: 在普通电动机的设计中,按照机械计算公式,当转轴的挠度小于气隙的10%时,临界转速一般都能高出额定转速的30%, 这样的轴, 称之为刚性轴。而对于二极异步电动机,也有采用柔性轴(即一阶临界转速低于额定转速)。本文所述电动机也采用了刚性轴的设计理念,使其一阶临界转速高出额定转速的30%。 (4)转子冲片的设计 一般4极及4以上的电动机在轴上焊接辐板,一来可以降低电机的成本,二来辐板可以起到风扇的作用能够加强电机的冷却效果,但是二极电机由于转子冲片的内径较小,对转轴的强度要求又很高,所以二极电机不安装辐板,而是在转子冲片上加工通风孔(图2),使通风孔叠压后形成的管道与转子的通风槽管连通,靠通风槽管旋转来冷却电机,由于二极电机的转速较高,其冷却的效果也可以满足电机的要求。 二、转子风扇的设计 由于二极电机转子外径小,转速高,风扇一般选用轴流风扇,轴流风扇的特点是效率高、噪音低,气体通过轴流风扇时一般不改变运动方向,正好与转子通风槽管形成的离心风扇形成串联风扇,能够加强电机的冷却效果。以前我公司电机的转子平衡环设计的位置是在风扇与铁芯只间,虽然在平衡环上也加工了通风孔,但是由于其高速旋转,风扇与通风槽管形成的风路遭到破坏,影响了电机的冷却效果,而且会产生较大的噪声,现将平衡环设计在风扇的外侧,即加强了电机的冷却效果又降低了噪声。已设计的异步电动机已经在客户处投入使用,得到一致好评,在机械强度、电气性能等方面均未出现异常现象其运行安全、可靠、稳定。 三、结语 综上所述,通过以上设计电机转子可以有效的降低电机振动的概率,但是引起二极电动机振动原因是多方面的,我们在
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