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(佳木斯電機(jī)股份有限公司，黑龍江佳木斯 154002)

0 引言

中小型異步電機(jī)(本文均指封閉式三相異步電動(dòng)機(jī))行業(yè)為響應(yīng)節(jié)能國(guó)策，近20年在技術(shù)上不斷創(chuàng)新：自上個(gè)世紀(jì)九十年代Y2系列問(wèn)世后，相繼又有了Y3、YX3、YE3三個(gè)系列問(wèn)世。后兩種型號(hào)在性能上主攻的核心是提高電機(jī)效率。其功率等級(jí)、安裝尺寸，及兩者的對(duì)應(yīng)關(guān)系均與Y2、Y3相同。

能否達(dá)到能效限定值中給定的效率限值，與電機(jī)所采用的通風(fēng)散熱結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系。本文針對(duì)節(jié)能國(guó)策，對(duì)行業(yè)中容易忽略，但對(duì)質(zhì)量、性能又有較大影響幾處的結(jié)構(gòu)部分予以重點(diǎn)闡述(對(duì)性能、質(zhì)量影響較小的結(jié)構(gòu)部分，為使本文完整，便于引述，僅作扼要地介紹)。

1 通風(fēng)散熱設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

1.1 目前中小型異步電機(jī)采用的通風(fēng)散熱結(jié)構(gòu)采用的通風(fēng)散熱結(jié)構(gòu)

目前中小型異步電機(jī)除特殊訂貨及變頻調(diào)速電機(jī)采用IC15冷卻方式外見(jiàn)文獻(xiàn)[7]中(圖8)，絕大部分電機(jī)都采用鑄鐵機(jī)座。中心高為280的機(jī)座號(hào)及以下的電機(jī)采用IC411冷卻方式；中心高為315的機(jī)座號(hào)及以上的電機(jī)采用IC511冷卻方式。

1.2 用于通風(fēng)散熱的零部件

用于通風(fēng)散熱的零部件有機(jī)座、風(fēng)扇、風(fēng)罩、擋風(fēng)板等。

(1)機(jī)座

除特殊需要外，一般機(jī)座都采用鑄鐵機(jī)座。其電機(jī)結(jié)構(gòu)特征、適用范圍及示意圖如圖1、圖2、圖3所示。

若機(jī)座上加通風(fēng)管(見(jiàn)圖4)，采用鋼板機(jī)座時(shí)，可將風(fēng)管焊到機(jī)座上；采用鑄鐵機(jī)座時(shí)，可將風(fēng)管與機(jī)座鑄成一體，散熱效果可以大幅度地提升。

圖1傳統(tǒng)的散熱片呈輻射狀排列的機(jī)座，目前用在YZR系列繞線轉(zhuǎn)子的電機(jī)上

圖2散熱片呈平行垂直排列的機(jī)座，目前用在機(jī)座號(hào)≤280的Y2、Y3、YX3及YE3系列電機(jī)上

圖3散熱片呈平行，垂直排列，機(jī)座上鑄有4個(gè)軸向通風(fēng)道的機(jī)座，目前用在機(jī)座號(hào)≥315的Y2、Y3、YX3、YE3系列的電機(jī)上

圖4 帶有通風(fēng)管的機(jī)座

(2)風(fēng)扇

中小型電機(jī)內(nèi)、外風(fēng)扇有三種材質(zhì)：塑料、鋁合金、鋼板；兩種類型：離心式、軸流式。三種材質(zhì)盡量選用塑料和鋁合金；結(jié)構(gòu)型式，軸流式優(yōu)點(diǎn)很多，但適用面窄；離心式用的多。如同大中型電機(jī)一樣[7]，將后傾式風(fēng)扇的優(yōu)點(diǎn)與使用部門介紹清楚，應(yīng)盡量選用葉片為后傾式的風(fēng)扇。

若將離心式風(fēng)扇的內(nèi)外輻板設(shè)計(jì)成傾斜狀，讓它們兼起擋風(fēng)板作用，焊上后傾式風(fēng)葉，則通風(fēng)效果可以明顯地改進(jìn)，見(jiàn)圖5。

圖5 帶有錐面輻板的后傾式風(fēng)扇

(3)風(fēng)罩、擋風(fēng)板

材質(zhì)：優(yōu)先選用玻璃鋼。

形狀：以風(fēng)阻小，噪聲低為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。

2 通風(fēng)散熱結(jié)構(gòu)的評(píng)價(jià)

對(duì)三種通風(fēng)散熱結(jié)構(gòu)的評(píng)價(jià)應(yīng)從三個(gè)方面考慮：即通風(fēng)散熱效果、加工工藝性及制造成本以及是否便于維護(hù)。

2.1 從散熱角度考慮

從上個(gè)世紀(jì)九十年代開(kāi)始，選用圖2的結(jié)構(gòu)。隨著發(fā)展，將功率、機(jī)座號(hào)擴(kuò)充后，又有圖3的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)源于法國(guó)，其初衷是便于機(jī)械化造型、提高工效、節(jié)省工時(shí)(圖1結(jié)構(gòu)也可以按機(jī)械化造型設(shè)計(jì))。但散熱效果不如圖1，在選用圖2結(jié)構(gòu)的YX3系列與選用圖1結(jié)構(gòu)的JO2系列上，兩者可以直接對(duì)比的18個(gè)規(guī)格的定子電流密度J1的平均值見(jiàn)表2。

表2 YX3、JO2 18個(gè)規(guī)格J1平均值

從所周知，J1選的大，可以省銅線。但因散熱效果不佳，而將J1選得較低(也有部分規(guī)格因能效標(biāo)準(zhǔn)的限定，采取降低J1，以期提高電機(jī)效率。但J1選得低還是溫升為制約的主要因素)。

機(jī)座鑄上4個(gè)軸向風(fēng)道，變成帶內(nèi)循環(huán)通風(fēng)的冷卻方式，如圖6所示，散熱效果仍不理想。

圖6 Y2、Y3、YX3、YE3選用的內(nèi)、外風(fēng)路

按圖6的通風(fēng)散熱結(jié)構(gòu)，因繞組溫升、軸承溫度偏高而返修的電機(jī)，其J1絕大部分都在2～3的范圍內(nèi)，對(duì)于帶內(nèi)循環(huán)通風(fēng)的低壓電機(jī)，這樣的電流密度不算高。這使我們對(duì)其通風(fēng)散熱結(jié)構(gòu)產(chǎn)生置疑。

某企業(yè)將按此通風(fēng)散熱結(jié)構(gòu)試制的YZR2 355 L1-10，110kW的電機(jī)，將內(nèi)風(fēng)扇取消后，溫升并沒(méi)有明顯變化。因此我們從2014年5月至2015年10月，利用一年半的時(shí)間，在315、355、400、500四個(gè)機(jī)座號(hào)2、4、6、10極的10個(gè)規(guī)格上進(jìn)行跟蹤測(cè)試，發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題。

內(nèi)風(fēng)路吹入4個(gè)軸向通風(fēng)道的過(guò)程中溫度應(yīng)降下來(lái)，但實(shí)測(cè)的結(jié)果正好相反，4個(gè)軸向通風(fēng)道沒(méi)起到對(duì)內(nèi)部氣流的冷卻作用。用紅外線測(cè)溫槍對(duì)這10個(gè)規(guī)格軸向通風(fēng)道外表面的實(shí)測(cè)結(jié)果：在內(nèi)腔氣流流經(jīng)這4個(gè)軸向通風(fēng)道時(shí)，溫度升高了5℃～16℃，平均升高11℃。

(1)加工工藝性及制造成本

從山西幾家專業(yè)鑄造廠反饋的信息表明：圖1、圖2的造型工時(shí)相差不大，且后者因廢品率偏高，每噸售價(jià)還要高50元左右。

(2)使用維護(hù)

電機(jī)在運(yùn)行中，絕大部分場(chǎng)所都要使電機(jī)表面積垢，使電機(jī)散熱狀況變壞。圖2與圖1相比，在清理污垢上不如圖1方便。

2.2 本文推薦適于中心高355～500的機(jī)座號(hào)中型高、低壓電機(jī)的通風(fēng)散熱結(jié)構(gòu)。

機(jī)座、采用圖4所示結(jié)構(gòu)。

內(nèi)風(fēng)路，由圖6中從轉(zhuǎn)子軛部吸出的氣流吹入軸向通風(fēng)道(本結(jié)構(gòu)則為機(jī)座上的通風(fēng)管)改為由氣隙及定子鐵心中的軸向通風(fēng)道吸出吹入通風(fēng)管；

外風(fēng)扇，選用圖5所示結(jié)構(gòu)。

在本結(jié)構(gòu)雖然在機(jī)座加工上費(fèi)些工時(shí)，但因其通風(fēng)散熱效果好，定子電流密度可以選的較高，因而節(jié)省下來(lái)的銅線足以彌補(bǔ)多消耗的工時(shí)。另外，電機(jī)溫升、軸承溫度無(wú)需制造廠、使用部門而過(guò)多地?fù)?dān)心。減少了使用過(guò)程中的故障率，又增加了一筆社會(huì)效益。

3 結(jié)語(yǔ)

(1)從提高電機(jī)壽命來(lái)看，通風(fēng)散熱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，一要使定、轉(zhuǎn)子的溫度場(chǎng)盡量均勻；二要顧及到軸承部位的冷卻。

(2)中小型異步電機(jī)在通風(fēng)散熱結(jié)構(gòu)上仍有改進(jìn)的空間。中小型異步電機(jī)產(chǎn)量很大，一點(diǎn)點(diǎn)改進(jìn)累計(jì)起來(lái)在全國(guó)行業(yè)及使用部門都會(huì)帶來(lái)可觀的效益。

(3)電機(jī)的性能、質(zhì)量要權(quán)衡制造廠及使用部門的整體利益；電機(jī)成本的構(gòu)成，國(guó)內(nèi)、外不盡相同；制造廠“精雕細(xì)刻”，獲得上乘的質(zhì)量，會(huì)令使用部門“終生受益”。

(4)通風(fēng)散熱結(jié)構(gòu)對(duì)提高電機(jī)性能、質(zhì)量在高、低交叉的中心高為355、400、450、500的這幾個(gè)機(jī)座號(hào)上大有文章可做：選得好，高壓電機(jī)的J1可以大于4；否則低壓電機(jī)也不能高于2.5左右。

(5)通風(fēng)散熱結(jié)構(gòu)務(wù)必顧及到軸承部位。軸承部位的冷卻狀況不容小視，在電機(jī)的全部故障中，軸承部位占的比例最高。用紅外線測(cè)溫槍在軸承外蓋處測(cè)得溫度不宜高于50℃；埋入端蓋或軸承套中的Pt100測(cè)得的溫度不宜高于70℃。

[1] 楊萬(wàn)青，陳興衛(wèi).電機(jī)實(shí)用設(shè)計(jì)技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

[2] 陳世坤.電機(jī)設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[3] 王強(qiáng)，陳金剛.三相異步電動(dòng)機(jī)絕緣強(qiáng)度測(cè)試解析.防爆電機(jī)，2012.5.

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[5] 明野.水輪發(fā)電機(jī)磁極線圈溫升偏高研究分析.防爆電機(jī)，2013.4.

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[7] 李宗樹(shù)，楊萬(wàn)青.大中型異步電機(jī)的通風(fēng)散熱.防爆電機(jī)，2017.6.