中型高压异步电动机的结构改进思路设想和实践

邹长新

摘要：随着我国社会水平的提升，经济步伐的推进，我国的工业建设也在这个过程中得到了较大程度的发展，其中，中型高压异步电动机是我国工业建设中经常会用到的机械设备，但是，我国目前工业飞速的发展也对其提出了更高的要求，原有的工作效率已经不能够满足现今人们的需求。在本文中，将就中型高压异步电动机的结构改进思路设想和实践进行一定的研究。

关键词：中型高压异步电动机；结构改进思路；设想和实践

引言

对于我国目前所使用的空气冷却中型电机来说，其通常具有三种不同的通风型式，即轴向通风、混合通风以及径向通风三种结构。对于这三种结构来说，各具一定的优缺点：其中，轴向通风电机具有结构紧凑的特点，优点是制造方便、成本较低，缺点是其沿轴向的温度分布情况不均匀；径向通风结构的优点是轴向温度均匀且通风损耗小，缺点是成本高、体积大；而混合通风结构电机的特点则正处于上述两者之间。

对于小机座的电机来说，其通常较多使用的是轴向通风结构，而大型的机座的电机则更多的使用径向通风结构。对于Y系列的中性高压电机来说，其在联合设计的过程中对于上述两种通风形式都进行了总体的设计。而在我国，目前很多厂家也都是Y系列中型高压脊中使用了混合以及径向通风结构，而在国际范围内，部分较为先进的电机制造商如VEM、西门子等等也在中性高压电机上除了对混合式通风结构进行使用之外，对于部分设备也使用了轴向通风的结构。而根据我国现今工业发展的特点，就需要能够对中型高压电机的通风结构进行一定的研究与改进。

1.通风以及发热的计算原理

通常来说，在电机的结构中，其是根据力学以及电磁计算的要求而进行设计中，其中需要对实际工作过程中的通风需要进行适当的加固，比如在其中设置一定的挡风板以及径向风道等等。但是，对于各种风道而言，其也并不一定会满足流体力学的要求，而是经常会存在不规则以及尖角等情况等等。而在电机旋转的过程中，也会在其内部出现二次流以及涡流，甚至在定、转子齿区的气流非恒定流动，因而，电机内的流场是十分复杂的。

而对于电机中的温度场来说，其也具有同样复杂的特点。在电机固体部分，其由槽楔、绝缘漆、叠片铁心以及绝缘绕组等零件所组成，其中，绕包主绝缘和铁心都是具有各向异性的导热材料，且电机内的损耗都是分布热源，有铜耗、铁耗、通风机械损耗、定转子表面的表面损耗及定转子齿部的脉振损耗等，所有这些损耗都将导致电机发热，影响电机的温度场。

通过上述分析，我们则可以初步了解对于电机设备来说，其对于温度以及通风等情况的计算都是十分复杂的，需要能够非常准确的对电机中的温度场以及流场进行模拟，但是，以有限元法以及解析法对其进行分析是十分繁杂的一项工作，而通过对于工程问题性质入手，我们则可以对我们的研究对象进行适当的简化以及假设，并通过当年等效热路法进行温度计算、数值法开展通风计算，通过这种方式，不仅能够帮助我们极大程度的对计算分析的工作量进行简化，同时也能够较好的满足工程需求。对此，我们可以展开以下假设：

第一，在电机端部位置，空气压力的方式主要以静压力为主，其我们可以认为压力在电机端部位置处各个位置的值都相等。

第二，不考虑转子旋转对于风阻的影响。

第三，绕组端部对空气流动的阻力以入口风阻乘以一个系数来考虑。

第四，铁心硅钢片和绕组铜的导热系数为无穷大，即“铜”和“铁”都是等温体，它们的温度等于平均温度。

第五，定、轉子间不发生热交换。由于在电机中，具有较大的气隙且具有轴向气流，所以转子以及钉子间的热阻比定、转子通过其它方式来散热具有更大的热阻。基于此，我们就可以大致忽略定、转子的热交换。

2.中型高压三项异步电机热路图以及风路图

在本文中，我们所研究的电机为混合式通风结构，且外界的冷空气会从机座两侧进入其后端后会分成两路：一条会从冷却定子后方绕道端部之后进入铁心背部，而另一条会在进入到焊筋轴进入其中之后再通过定子以及转子的径向通风道进入到定子背部，并且在这个过程中使两路的冷却空气都会在经过绘画之后绕到定子绕圈的另一端，并在绕过之后被风扇抽出，并从机座两方前端散发出热空气。同时，我买你在绕组两端的位置处都安装了挡风板，其作用就是帮助更多的冷却空去能够进入到焊筋轴之中。之后，我们也对取消径向风通道之后电机自身的发热情况以及通风等情况进行了更进一步的探讨，并研究如果在保持电磁参数恒定的情况下仅仅对风路设计进行改变的情况下能否使温度等指标满足我们的要求。

之后，我们则使用流体力学对上述研究成果以及简化方式等等，并根据电机自身的结构尺寸特点对各支路的风阻情况进行计算，则能够得到最终的风阻Z，并以此继续求出当风扇处于空载情况下风扇被允许流过的最大流量QM以及静压力H0。

对此，我们则可以对径向叶片的离心风扇以及特性曲线通过下式进行表示：

而风扇在此过程中所产生的压力即为：

再将上述两公式求解为：

而当我们求得总压力以及总流量之后，则可以对电机中其它风道的流速、流量以及过往子风道的流速以及流量进行计算，并得出以下公式：

3.结果分析

在我们根据上述研究内容对电机进行发热以及通风方面的实验之后，则通过专门的程序对电机目前的情况进行了适当的计算，并与此同时将原来混合式的通风机构转变为了纯粹以轴向通风为主的结构形式。而对于我们对电机所实施的改进措施方面，则主要有以下几点：即加大了电机的气隙、使用了具有磁性的槽楔、对风扇以及相关风路进行了改进、对电机的效率进行了提升、降低了电机的温升以及减少了电机附加损耗如铁耗等等。经过改进之后的电机同改进之前相比，节约了越4%的铜线、3%的钢板以及5%的铝，并在这个过程中较大幅度的提升了劳动生产率。而在我们进一步将改进过后的样机送至我国中小型电机检测中心试验后发现，改进后的电机无论是在铁耗、机械耗、效率、定子铜耗、温升以及矽钢片牌号方面都得到了较大的优化，可以说明，我们这次对于电机的改进获得了较好的效果。

4.结束语

总的来说，在我国现今的工业建设工作中，中型高压异步电动机是不可缺少的一部分，对于企业生产效率的提升具有重要的意义，需要我们能够对其引起充分的重视。在上文中，我们对于中型高压异步电动机的结构改进思路进行了一定的设想与实践，而在实际操作过程中，也需要我们能够在此基础上良好的联系企业生产实际，从而以更具针对性的方式完成中型高压异步电动机的优化工作。

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