鄒長(zhǎng)新

摘要：隨著我國(guó)社會(huì)水平的提升，經(jīng)濟(jì)步伐的推進(jìn)，我國(guó)的工業(yè)建設(shè)也在這個(gè)過(guò)程中得到了較大程度的發(fā)展，其中，中型高壓異步電動(dòng)機(jī)是我國(guó)工業(yè)建設(shè)中經(jīng)常會(huì)用到的機(jī)械設(shè)備，但是，我國(guó)目前工業(yè)飛速的發(fā)展也對(duì)其提出了更高的要求，原有的工作效率已經(jīng)不能夠滿足現(xiàn)今人們的需求。在本文中，將就中型高壓異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)思路設(shè)想和實(shí)踐進(jìn)行一定的研究。

關(guān)鍵詞：中型高壓異步電動(dòng)機(jī)；結(jié)構(gòu)改進(jìn)思路；設(shè)想和實(shí)踐

引言

對(duì)于我國(guó)目前所使用的空氣冷卻中型電機(jī)來(lái)說(shuō)，其通常具有三種不同的通風(fēng)型式，即軸向通風(fēng)、混合通風(fēng)以及徑向通風(fēng)三種結(jié)構(gòu)。對(duì)于這三種結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，各具一定的優(yōu)缺點(diǎn)：其中，軸向通風(fēng)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)是制造方便、成本較低，缺點(diǎn)是其沿軸向的溫度分布情況不均勻；徑向通風(fēng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是軸向溫度均勻且通風(fēng)損耗小，缺點(diǎn)是成本高、體積大；而混合通風(fēng)結(jié)構(gòu)電機(jī)的特點(diǎn)則正處于上述兩者之間。

對(duì)于小機(jī)座的電機(jī)來(lái)說(shuō)，其通常較多使用的是軸向通風(fēng)結(jié)構(gòu)，而大型的機(jī)座的電機(jī)則更多的使用徑向通風(fēng)結(jié)構(gòu)。對(duì)于Y系列的中性高壓電機(jī)來(lái)說(shuō)，其在聯(lián)合設(shè)計(jì)的過(guò)程中對(duì)于上述兩種通風(fēng)形式都進(jìn)行了總體的設(shè)計(jì)。而在我國(guó)，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(fēng)結(jié)構(gòu)，而在國(guó)際范圍內(nèi)，部分較為先進(jìn)的電機(jī)制造商如VEM、西門子等等也在中性高壓電機(jī)上除了對(duì)混合式通風(fēng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行使用之外，對(duì)于部分設(shè)備也使用了軸向通風(fēng)的結(jié)構(gòu)。而根據(jù)我國(guó)現(xiàn)今工業(yè)發(fā)展的特點(diǎn)，就需要能夠?qū)χ行透邏弘姍C(jī)的通風(fēng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定的研究與改進(jìn)。

1.通風(fēng)以及發(fā)熱的計(jì)算原理

通常來(lái)說(shuō)，在電機(jī)的結(jié)構(gòu)中，其是根據(jù)力學(xué)以及電磁計(jì)算的要求而進(jìn)行設(shè)計(jì)中，其中需要對(duì)實(shí)際工作過(guò)程中的通風(fēng)需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)募庸?，比如在其中設(shè)置一定的擋風(fēng)板以及徑向風(fēng)道等等。但是，對(duì)于各種風(fēng)道而言，其也并不一定會(huì)滿足流體力學(xué)的要求，而是經(jīng)常會(huì)存在不規(guī)則以及尖角等情況等等。而在電機(jī)旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，也會(huì)在其內(nèi)部出現(xiàn)二次流以及渦流，甚至在定、轉(zhuǎn)子齒區(qū)的氣流非恒定流動(dòng)，因而，電機(jī)內(nèi)的流場(chǎng)是十分復(fù)雜的。

而對(duì)于電機(jī)中的溫度場(chǎng)來(lái)說(shuō)，其也具有同樣復(fù)雜的特點(diǎn)。在電機(jī)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(dǎo)熱材料，且電機(jī)內(nèi)的損耗都是分布熱源，有銅耗、鐵耗、通風(fēng)機(jī)械損耗、定轉(zhuǎn)子表面的表面損耗及定轉(zhuǎn)子齒部的脈振損耗等，所有這些損耗都將導(dǎo)致電機(jī)發(fā)熱，影響電機(jī)的溫度場(chǎng)。

通過(guò)上述分析，我們則可以初步了解對(duì)于電機(jī)設(shè)備來(lái)說(shuō)，其對(duì)于溫度以及通風(fēng)等情況的計(jì)算都是十分復(fù)雜的，需要能夠非常準(zhǔn)確的對(duì)電機(jī)中的溫度場(chǎng)以及流場(chǎng)進(jìn)行模擬，但是，以有限元法以及解析法對(duì)其進(jìn)行分析是十分繁雜的一項(xiàng)工作，而通過(guò)對(duì)于工程問(wèn)題性質(zhì)入手，我們則可以對(duì)我們的研究對(duì)象進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化以及假設(shè)，并通過(guò)當(dāng)年等效熱路法進(jìn)行溫度計(jì)算、數(shù)值法開(kāi)展通風(fēng)計(jì)算，通過(guò)這種方式，不僅能夠幫助我們極大程度的對(duì)計(jì)算分析的工作量進(jìn)行簡(jiǎn)化，同時(shí)也能夠較好的滿足工程需求。對(duì)此，我們可以展開(kāi)以下假設(shè)：

第一，在電機(jī)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(rèn)為壓力在電機(jī)端部位置處各個(gè)位置的值都相等。

第二，不考慮轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)對(duì)于風(fēng)阻的影響。

第三，繞組端部對(duì)空氣流動(dòng)的阻力以入口風(fēng)阻乘以一個(gè)系數(shù)來(lái)考慮。

第四，鐵心硅鋼片和繞組銅的導(dǎo)熱系數(shù)為無(wú)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(zhuǎn)子間不發(fā)生熱交換。由于在電機(jī)中，具有較大的氣隙且具有軸向氣流，所以轉(zhuǎn)子以及釘子間的熱阻比定、轉(zhuǎn)子通過(guò)其它方式來(lái)散熱具有更大的熱阻?；诖耍覀兙涂梢源笾潞雎远?、轉(zhuǎn)子的熱交換。

2.中型高壓三項(xiàng)異步電機(jī)熱路圖以及風(fēng)路圖

在本文中，我們所研究的電機(jī)為混合式通風(fēng)結(jié)構(gòu)，且外界的冷空氣會(huì)從機(jī)座兩側(cè)進(jìn)入其后端后會(huì)分成兩路：一條會(huì)從冷卻定子后方繞道端部之后進(jìn)入鐵心背部，而另一條會(huì)在進(jìn)入到焊筋軸進(jìn)入其中之后再通過(guò)定子以及轉(zhuǎn)子的徑向通風(fēng)道進(jìn)入到定子背部，并且在這個(gè)過(guò)程中使兩路的冷卻空氣都會(huì)在經(jīng)過(guò)繪畫之后繞到定子繞圈的另一端，并在繞過(guò)之后被風(fēng)扇抽出，并從機(jī)座兩方前端散發(fā)出熱空氣。同時(shí)，我買你在繞組兩端的位置處都安裝了擋風(fēng)板，其作用就是幫助更多的冷卻空去能夠進(jìn)入到焊筋軸之中。之后，我們也對(duì)取消徑向風(fēng)通道之后電機(jī)自身的發(fā)熱情況以及通風(fēng)等情況進(jìn)行了更進(jìn)一步的探討，并研究如果在保持電磁參數(shù)恒定的情況下僅僅對(duì)風(fēng)路設(shè)計(jì)進(jìn)行改變的情況下能否使溫度等指標(biāo)滿足我們的要求。

之后，我們則使用流體力學(xué)對(duì)上述研究成果以及簡(jiǎn)化方式等等，并根據(jù)電機(jī)自身的結(jié)構(gòu)尺寸特點(diǎn)對(duì)各支路的風(fēng)阻情況進(jìn)行計(jì)算，則能夠得到最終的風(fēng)阻Z，并以此繼續(xù)求出當(dāng)風(fēng)扇處于空載情況下風(fēng)扇被允許流過(guò)的最大流量QM以及靜壓力H0。

對(duì)此，我們則可以對(duì)徑向葉片的離心風(fēng)扇以及特性曲線通過(guò)下式進(jìn)行表示：

而風(fēng)扇在此過(guò)程中所產(chǎn)生的壓力即為：

再將上述兩公式求解為：

而當(dāng)我們求得總壓力以及總流量之后，則可以對(duì)電機(jī)中其它風(fēng)道的流速、流量以及過(guò)往子風(fēng)道的流速以及流量進(jìn)行計(jì)算，并得出以下公式：

3.結(jié)果分析

在我們根據(jù)上述研究?jī)?nèi)容對(duì)電機(jī)進(jìn)行發(fā)熱以及通風(fēng)方面的實(shí)驗(yàn)之后，則通過(guò)專門的程序?qū)﹄姍C(jī)目前的情況進(jìn)行了適當(dāng)?shù)挠?jì)算，并與此同時(shí)將原來(lái)混合式的通風(fēng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱思兇庖暂S向通風(fēng)為主的結(jié)構(gòu)形式。而對(duì)于我們對(duì)電機(jī)所實(shí)施的改進(jìn)措施方面，則主要有以下幾點(diǎn)：即加大了電機(jī)的氣隙、使用了具有磁性的槽楔、對(duì)風(fēng)扇以及相關(guān)風(fēng)路進(jìn)行了改進(jìn)、對(duì)電機(jī)的效率進(jìn)行了提升、降低了電機(jī)的溫升以及減少了電機(jī)附加損耗如鐵耗等等。經(jīng)過(guò)改進(jìn)之后的電機(jī)同改進(jìn)之前相比，節(jié)約了越4%的銅線、3%的鋼板以及5%的鋁，并在這個(gè)過(guò)程中較大幅度的提升了勞動(dòng)生產(chǎn)率。而在我們進(jìn)一步將改進(jìn)過(guò)后的樣機(jī)送至我國(guó)中小型電機(jī)檢測(cè)中心試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，改進(jìn)后的電機(jī)無(wú)論是在鐵耗、機(jī)械耗、效率、定子銅耗、溫升以及矽鋼片牌號(hào)方面都得到了較大的優(yōu)化，可以說(shuō)明，我們這次對(duì)于電機(jī)的改進(jìn)獲得了較好的效果。

4.結(jié)束語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，在我國(guó)現(xiàn)今的工業(yè)建設(shè)工作中，中型高壓異步電動(dòng)機(jī)是不可缺少的一部分，對(duì)于企業(yè)生產(chǎn)效率的提升具有重要的意義，需要我們能夠?qū)ζ湟鸪浞值闹匾?。在上文中，我們?duì)于中型高壓異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)思路進(jìn)行了一定的設(shè)想與實(shí)踐，而在實(shí)際操作過(guò)程中，也需要我們能夠在此基礎(chǔ)上良好的聯(lián)系企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，從而以更具針對(duì)性的方式完成中型高壓異步電動(dòng)機(jī)的優(yōu)化工作。

參考文獻(xiàn)：

[1]符國(guó)善，姜兵.一起高壓異步電動(dòng)機(jī)負(fù)序電流保護(hù)動(dòng)作事故的原因分析[J].科技信息，2010（35）：230-230.

[2]郝燕玲，劉志平.十加速度計(jì)GFSINS安裝誤差的標(biāo)定及補(bǔ)償[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2011（01）：85-90.

[3]呂艷玲，戈寶軍，張志強(qiáng)，常巍斌.超高壓發(fā)電機(jī)失磁異步運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子溫度場(chǎng)分析[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2011（01）：44-48.

[4]汪泉弟，秦傳明，鄭亞利，張淮清，楊永明.低壓永磁直流電機(jī)的傳導(dǎo)電磁干擾模型[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2011（01）：55-59.