感应电动机铜条转子护环的选择

李凤英，姜辉，郭子翔

(吉林石化公司乙烯厂，吉林省吉林市132002)

0 引言

目前国内某些高、低压电动机鼠笼型转子导条采用铜条材质，电动机工作过程中，转子端环受离心力的作用，出于安全考虑，转子端环处均增加了护环结构。随着端环制造工艺的改进以及新材料的使用，鼠笼型铜条转子感应电动机的转子端环是否需要增加护环提出了质疑，若能省去护环结构，则即可以减少制造车间加工量，又可以减少电机的装配时间。本文通过分析国内某电机厂YKK630-4 电机，举例说明了铜条转子是否需要增加护环的方法。

1 铜条转子护环的理论分析

我们假设端环是单独的厚度均匀环，即不考虑转子旋转时铜条对端环的影响，也不考虑电动机工作时温度的影响，只把超速时端环的离心力来计算端环的径向拉伸应力。

式中，ρ—材料的密度，铜的密度为8.85×103kg/m3;ω—角速度，ω=2×π×n/60≈n/10 弧度/秒;n—额定转速r/min;g—重力加速度9.8m/s2;R1—端环外径m;R2—端环内径m。

当端环材质为铜和铜合金的时候，超速情况下的平均径向拉力δ 若超过4.2×106kg/m2时，就应该增加护环，反之，就不需要增加护环。

YKK630-4 电动机的具体参数:铜条转子端环外径R1=0.316m，端环内径R2=0.2115m，n=1500rpm，取超速20%情况进行计算，此时n 值取1 800rpm。则超速端环的径向拉力为

通过以上计算可看出，平均径向拉力δ=2.062×106kg/m2＜4.2×106kg/m2，符合不需要增加护环的条件，故通过理论算法此型号电机完全可以不用增加护环。

2 有限元分析

我们通过有限元的方法进一步分析该型号电机是否需要增加护环，利用Ansys 软件对端环进行建模仿真。

仿真中，假设端环是单独的厚度均匀环，不考虑温度的影响，超速运行。铜条转动过程中通过转矩的方式传递给端环，电机自身的单边磁拉力也以转矩的形式施加在端环上，具体的仿真结果见图1、图2、图3。

图1 仿真的模型及约束施加

图2 端环的超速情况下的形变量

图3 端环的平均应力分布

通过有限元仿真分析我们可以看出，在超速运行的过程中，端环的最大形变量为0.024592mm，且发生的位置为端环的内表面;端环的最大径向应力发生位置为端环的内表面，最大径向拉力值为23.567MPa，将其值折算到理论计算中的单位，此值应为2.3567×106kg/m2＜4.2×106kg/m2，依然满足经典公式中的要求，同样符合不需要增加护环的条件，故通过有限元分析法，此型号电机完全可以不用增加护环。

3 结语

通过以上理论公式计算及有限元分析得出结论:YKK630-4 电机可以在不加护环的基础上，安全运行。其后在电动机的试制和运转过程中，铜条转子均未发现异常，证明了理论公式计算及有限元分析的结果完全符合电动机实际工况。

通过以上计算和有限元仿真分析，为设计提供了鼠笼型铜条转子感应电动机的转子端环是否增加护环的依据，同时，节省了生产车间的加工和装配时间，降低了企业管理成本，提高了电机的可靠性，增强了企业同类型产品的市场竞争力。

［1］ 陈世坤.电机设计.北京:机械工业出版社，2000.6.

［2］ 陈卫文，方瑞明.异步电动机转子故障诊断方法.防爆电机，2006.6.

［3］ 于健.感应电动机的运行状况分析.防爆电机，2011.6.

［4］ 曹江.感应发电机温度场的数年值计算.防爆电机，2014.4.

［5］ 湘潭电机厂.交流电机设计手册.湖南人民出版社，1978.6.

［6］ 杨光，闫丹.高压高效电机转子表面加工工艺.防爆电机，2014.1.