高速實(shí)心轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的發(fā)展前景
尚 靜 張子忠(哈爾濱工業(yè)大學(xué))
孫藝勝 (哈爾濱軸承廠)
【摘 要】 根據(jù)高速主軸類電機(jī)的要求，從轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和電磁場計(jì)算等方面，綜述其進(jìn)一步
的開發(fā)和應(yīng)用的前景．
【敘 詞】 高速電機(jī)實(shí)心轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)發(fā)展方向
1引 言
實(shí)心轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單，機(jī)械平衡性好，運(yùn)行可靠，在一定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)適于高速電機(jī)。此外，實(shí)心轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能優(yōu)異，單位電流起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，適于頻繁重載起動(dòng)，也可在制動(dòng)狀態(tài)下長時(shí)間連續(xù)工作。然而，鋼質(zhì)實(shí)習(xí)轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)用于高速電機(jī)，例如用于6×10‘r／rain以上的主軸電機(jī)，因其機(jī)械特性軟，額定負(fù)載工作時(shí)滑差大，引起轉(zhuǎn)子損耗大，使電機(jī)效率低，影響它在這一領(lǐng)域中進(jìn)一步推廣應(yīng)用。近幾年來國內(nèi)外學(xué)者和工程技術(shù)人員在實(shí)心轉(zhuǎn)子電機(jī)理論與研制方面又取得了不少成果，如何把它用于高速實(shí)心轉(zhuǎn)子電機(jī)，是個(gè)很有現(xiàn)實(shí)意義的工作。
本文目的是根據(jù)高速主軸類電機(jī)要求，從轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和電磁場計(jì)算等方面，闡述其可能進(jìn)一步的開發(fā)和應(yīng)用的前景。
2轉(zhuǎn)子的材料和結(jié)構(gòu)
實(shí)心轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)有多種形式。按材料不同主要有s鋼質(zhì)實(shí)心轉(zhuǎn)子，銅鐵合金實(shí)心轉(zhuǎn)子，組合式(多層)實(shí)心轉(zhuǎn)子,組合式(多層)實(shí)心轉(zhuǎn)子[1～3]。
鋼質(zhì)實(shí)心轉(zhuǎn)子又分光滑實(shí)心轉(zhuǎn)子，表面軸向開槽實(shí)心轉(zhuǎn)子及帶端環(huán)實(shí)心轉(zhuǎn)子等。銅鐵合金實(shí)心轉(zhuǎn)子除含銅比例不同以外，也分有無導(dǎo)電端環(huán)等不同的結(jié)構(gòu)。組合式多層結(jié)構(gòu)，如雙層實(shí)心轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，外層為銅鐵合金圓筒，內(nèi)層為普通硅鋼片疊成的鐵心，同時(shí)也分有無導(dǎo)電端環(huán)等結(jié)構(gòu)．此外還有在光滑實(shí)心轉(zhuǎn)子表面鍍銅(厚o．05～o．15ram)等結(jié)構(gòu)，以提高表面導(dǎo)電率，降低轉(zhuǎn)子的等效電阻。
對于高速主軸類電機(jī)，要求機(jī)械特性較硬，額定輸出轉(zhuǎn)矩時(shí)滑差要小，轉(zhuǎn)子損耗小，轉(zhuǎn)子機(jī)械強(qiáng)度要高等。國內(nèi)前些年有少量gcr]5鋼小功率實(shí)心轉(zhuǎn)子電機(jī)生產(chǎn)和使用，由于機(jī)械特性太軟，在相同滑差時(shí)，輸出功率僅為鼠籠轉(zhuǎn)子電機(jī)輸出功率的1／4～1／5，轉(zhuǎn)子損耗較大而未能推廣。不久前也有少量在實(shí)心鋼質(zhì)轉(zhuǎn)子上開槽，并嵌入銅條等結(jié)構(gòu)，使轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，也未獲滿意的結(jié)果。，
近年來采用銅鐵合金實(shí)心轉(zhuǎn)子用于50hz電源的異步電機(jī)的研究工作有了很大進(jìn)展，粉末冶金加工的銅鐵合金取材和加工方便，抗拉極限強(qiáng)度可達(dá)500mpa以上，調(diào)節(jié)銅的含量或加入少量磷、硅等還可以調(diào)節(jié)合金材料的導(dǎo)磁率和導(dǎo)電率等，具備用于高速實(shí)心轉(zhuǎn)子異步電機(jī)的條件。但對高速異步機(jī)而言，電源頻率在1000hz以上，既使是4％～5％的滑差值，轉(zhuǎn)子磁化頻率也是50hz電機(jī)的20倍以上，因此，在較高磁化頻率下工作的實(shí)心轉(zhuǎn)子的參數(shù)特征，以及相應(yīng)銅鐵合金材料成份的比例要求，就成了需要研究的主要問題。
鋁合金的實(shí)心轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)如圖1所示，也適于高速電機(jī)。它包括一個(gè)光滑的圓柱型轉(zhuǎn)子，是由均勻?qū)щ姸粚?dǎo)磁材料(鋁合金)制成，定子內(nèi)層是一套兩極的多相繞組，外層是一個(gè)導(dǎo)磁的鐵殼，用來閉合磁路。鐵殼內(nèi)圓是光滑的，而定子繞組用非導(dǎo)磁物質(zhì)(如環(huán)氧澆注膠等)固定于定子內(nèi)腔中，由于鐵質(zhì)定子內(nèi)圓和轉(zhuǎn)子外圓都是光滑表面，表面感應(yīng)產(chǎn)生的表面損耗(齒諧波損耗等)最小。
顯然這種電機(jī)實(shí)際氣隙較大，激磁電流較大，功率因數(shù)將受影響。
1．鐵質(zhì)機(jī)殼2．定子繞組3．非磁性轉(zhuǎn)子
改進(jìn)高速實(shí)心轉(zhuǎn)子電機(jī)特性的另一個(gè)有效措施是轉(zhuǎn)子加導(dǎo)電端環(huán)，并優(yōu)化其幾何形狀。這是因?yàn)橹鬏S電機(jī)都是2極電機(jī)，而且鐵心長z與極距r之比并不大，大部分規(guī)格屬于“短鐵心靜電機(jī)，端環(huán)電阻在轉(zhuǎn)子中比例較大，增加端環(huán)后將會(huì)使轉(zhuǎn)子電阻明顯減少，從而改善電機(jī)特性。
分析表明，欲使實(shí)心轉(zhuǎn)子異步電機(jī)機(jī)械特性變硬、提高電機(jī)效率和功率因數(shù)，主要應(yīng)減少轉(zhuǎn)子等效阻抗，而在一定范圍內(nèi)使轉(zhuǎn)子材料磁導(dǎo)率減少，可使轉(zhuǎn)子阻抗下降，但磁導(dǎo)率下降將使電機(jī)激磁電抗下降，激磁電流增加，cos穸下降，所以存在轉(zhuǎn)子材料的****磁導(dǎo)率問題。選用優(yōu)化磁導(dǎo)率的轉(zhuǎn)子材料，是提高實(shí)心轉(zhuǎn)子電機(jī)性能的有效措施。
影響電機(jī)轉(zhuǎn)子材料的磁導(dǎo)率****值的因素是多方面的，主要包括電機(jī)容量、轉(zhuǎn)子電流大小、轉(zhuǎn)差頻率大小、磁感應(yīng)強(qiáng)度以及轉(zhuǎn)子尺寸等。特別應(yīng)當(dāng)指出的是，轉(zhuǎn)子磁導(dǎo)率μ值是隨時(shí)間和空間變化的，滑差因轉(zhuǎn)速變化將引起磁導(dǎo)率的變化．而且轉(zhuǎn)子上不同位置的 |
