【文章內(nèi)容簡介】 ,熱交換率隨著轉(zhuǎn)速的提高而增大 ,電機(jī)產(chǎn)生的熱量是 從定子和轉(zhuǎn)子向氣隙傳遞的 ,熱交換率發(fā)生了變化 ,與熱量沿轉(zhuǎn)子到氣隙再到定子路徑傳遞時不一樣了。研究表明 ,表面粗糙的轉(zhuǎn)子與光滑的轉(zhuǎn)子相比 ,最高可增加熱交換率 70%。 為了減小溫升和高頻 電機(jī)的體積 ,將電機(jī)運行時產(chǎn)生的熱量有效散發(fā)出去 ,采用封閉的液體散熱系統(tǒng)。設(shè)計時 ,定子表面都用外隔循環(huán)水冷卻。這種散熱系統(tǒng)采用常溫的乳化水作為致冷劑 ,水就在定子的水槽中流動。高頻 電機(jī)的散熱設(shè)計既要考慮有利于電機(jī)尺寸的減小和控制軸承的溫升 ,又要考慮不影響軸的性高頻交流電動機(jī)設(shè)計 7 能。轉(zhuǎn)子的散熱是比較困難的事情 ,因為轉(zhuǎn)子和軸承內(nèi)部不能用水冷 系統(tǒng)直接 進(jìn)行散熱。轉(zhuǎn)子、軸和軸承可以用潤滑系統(tǒng)的油霧進(jìn)行局部散熱。對高頻 電機(jī)進(jìn)行散熱設(shè)計時應(yīng)注意以下問題 : (1) 水冷系統(tǒng)不能帶走轉(zhuǎn)子隨輸出功率升高而增加的損耗熱量。 (2) 不能被水冷系統(tǒng)帶走的損耗熱量 ,可通過潤滑油霧和轉(zhuǎn)軸空氣的熱交換帶走。 (3) 在電磁設(shè)計階段 ,要考慮水冷系統(tǒng)對轉(zhuǎn)子損耗散熱作用不大這種情況。 (4) 在總損耗不變時 ,設(shè)計中應(yīng)盡量增加定子產(chǎn)生的損耗 ,而減少轉(zhuǎn)子損耗。 (5) 設(shè)計良好的散熱系統(tǒng)必須使電磁結(jié)構(gòu)和機(jī)械軸承的溫升限度同時到達(dá)。如果在電磁系統(tǒng)未達(dá)到額定溫升的時候軸承已達(dá) 到額定溫升的話 ,那么在電磁系統(tǒng)達(dá)到額定溫升時軸承可能超過了額定溫升 ,電機(jī)就不能正常工作了。 高頻交流電動機(jī)設(shè)計 8 第 3 章 高頻異步電機(jī)的軸承設(shè)計分析 機(jī)械軸承設(shè)計 軸承是高頻電機(jī)的核心部件。高頻 異步電機(jī)好的軸承選擇能夠提高系統(tǒng)壽命、減小摩擦溫升、改善動態(tài)特性、縮短維護(hù)時間以及降低維護(hù)成本。軸承設(shè)計時要考慮 :最大轉(zhuǎn)速 。軸向和徑向的剛度 。機(jī)械負(fù)載的方向和大小 。軸的尺寸 。使用的軸承數(shù)目。 一般來說 ,軸 承都標(biāo)有最大轉(zhuǎn)速值 ,但是 NDm 值是選擇軸承的主要參數(shù)。NDm 定義為 :最大轉(zhuǎn)速 ( r/min)與軸承內(nèi)外徑平均值 (mm)的乘積。那么 ,軸承的選擇并不依賴于最大轉(zhuǎn)速 ,而是由所要求的轉(zhuǎn)矩決定的。由于軸承的尺寸不同 ,即使是轉(zhuǎn)速相同 ,內(nèi)部圓周速度也不同 ,所以不能單純用轉(zhuǎn)速的高低來表示電機(jī)的轉(zhuǎn)速水平 ,而要用 NDm 值來表示。一般把 NDm 1000000 作為高速范圍 ,此值還直接反映高頻 電機(jī)的剛度特性。在高速電機(jī)的應(yīng)用中 ,角接觸球軸承用得比較廣泛 ,因為在高頻 異步電機(jī)有實際機(jī)械負(fù)載的條件下 ,這種軸承 顯示了很好的速度和剛度的折中。一般情況下 ,超高頻 的電機(jī)的軸承要用彈性材料進(jìn)行預(yù)負(fù)載。 無摩擦軸承技術(shù) 為克服機(jī)械軸承的性能不足 ,近二十年來發(fā)展起來了氣浮軸承、磁軸承 ,特別是磁軸承具有無接觸、無潤滑、無磨損、無機(jī)械噪聲和結(jié)構(gòu)簡單的特點 ,在高速運轉(zhuǎn)領(lǐng)域獲得較為廣泛的運用。采用磁軸承的高頻 電機(jī)在其兩端分別配置一個磁軸承單元 ,每個磁軸承單元含有環(huán)繞著轉(zhuǎn)軸的電磁體 ,利用帶反饋的徑向位置控制器來控制電磁體的勵磁電流即電磁體的徑向磁力 ,使轉(zhuǎn)軸保持懸浮運轉(zhuǎn)。在實際運用中 ,磁軸承電機(jī)存在著如下問題 : ①輸出功率難以進(jìn)一步提高。為了提高電機(jī)的輸出功率 ,電機(jī)的軸向長度和徑向長度必然要隨之加大。由于電機(jī)兩端磁軸承本身占有一定的軸向長度 ,為了在高速時能避開轉(zhuǎn)軸的臨界轉(zhuǎn)速 (以免引起轉(zhuǎn)軸的共振 ) ,只能盡量控制電機(jī)本身的軸向長度 。而電機(jī)轉(zhuǎn)軸徑向尺寸 (半徑 ) 則受電磁體材料機(jī)械強(qiáng)度的限制。②磁軸承需要一定數(shù)量的勵磁線圈、變換器和造價不菲的傳感器。近年來興起的無軸承交流電機(jī) [13]是高頻 電機(jī)領(lǐng)域的一項重大突破 ,一方面它在保持磁軸承電機(jī)長壽命的優(yōu)點外 ,還突破更高轉(zhuǎn)速和大功率的限制 ,拓寬了高頻 電機(jī)的應(yīng)用范圍。 非機(jī)械接觸式高速軸承的分類 普通的機(jī)械軸承在高頻 電機(jī)中應(yīng)用壽命很短 ,一般需要采用非機(jī)械接觸式軸承 ,主要有三類 [14]: 1) 充油軸承 。 通過在轉(zhuǎn)動體與非轉(zhuǎn)動體之間形成一層油膜使轉(zhuǎn)子懸浮 ,需要一套油循環(huán)系統(tǒng) 。 由于存在漏油問題和損耗較大 ,因此逐漸被先進(jìn)的氣懸浮和高頻交流電動機(jī)設(shè)計 9 磁懸浮技術(shù)所代替 。 2) 空氣軸承 。 空氣軸承的結(jié)構(gòu)原理如圖 6 所示 。 用壓縮空氣代替油膜實現(xiàn)氣懸浮 ,漏氣比漏油問題容易解決 。 與磁懸浮軸承比 ,空氣軸承的體積較小 ,控制簡單 。其缺點是用很薄的一層壓縮空氣 (25nm)支撐轉(zhuǎn)子 ,承受負(fù)載 能力有限 ,同時對軸承材料的性能與加工精度要求極高 。 圖 6 空氣軸承結(jié)構(gòu)原理示意圖 3) 磁懸浮軸承 。 通過磁力耦合實現(xiàn)定轉(zhuǎn)子之間的非接觸懸浮 ,可進(jìn)行動態(tài)懸浮力控制 ,不存在漏油和漏氣問題 ,在高頻高速 電機(jī)中應(yīng)用較多 。 高頻交流電動機(jī)設(shè)計 10 第 4 章 10KW 高頻交流異步電動機(jī)電磁計算 已知數(shù)據(jù)： 輸出功率 kwp 101? 額定電壓 VU 3801 ? 相數(shù) 3?m 頻率 Hzf 100? 極數(shù) 2?p B級絕 緣，連續(xù)運行 額定數(shù)據(jù)和主要尺寸： 1. 額定功率： KWPn 10? 2. 額定電壓： VUU NN 380?? ? （ ? 接） 3. 功電流： AAmUPI NNkW 10103 ????? ? 4. 效率： 39。 ?? 5. 功率因素： 39。 ?? 6. 極對數(shù)： 2?p 7. 定轉(zhuǎn)子槽數(shù) 每相每極槽數(shù)取整數(shù) 31?q 則 3632322 11 ?????? mpqZ 262?Z 并采用 轉(zhuǎn)子斜槽 8. 定轉(zhuǎn)子每極槽數(shù) 94362 11 ??? pZZ p 2164262 22 ??? pZZ p 高頻交流電動機(jī)設(shè)計 11 9．確定電機(jī)主要尺寸 主要尺寸來確定 lDi 和 efl 1 0 1 0 39。???????? pPK NE 計算功率 KWPKP NE5 8 10109 3 c o s339。39。39。39。???????? 初選 39。 ?pa ， 39。NmK ， 39。1 ?dpK可取 mAA 2600039。 ? ，取 TB 39。 ?? ，假定 min145039。 rn ? 。 3339。39。39。39。39。39。39。0 0 4 2 1450 6 0 0 011mnpBAKKaVdpNmp???????????? 取 ?? 則 mmVpDil 42 3339。 ???? ??? 按定子內(nèi)外徑比 求出定子沖片外徑 mDD DD i i 39。1 ???? 取 mD ? mDDDD ii )( 111 ???? 鐵心的有效長度： mDVl ief 221 ??? 高頻交流電動機(jī)設(shè)計 12 取鐵心長 mli ? 10．氣隙的確定 mmlD ii333110)(10)(?????????????? 于是鐵心有效長度 mmll ief )0 0 0 (2 ?????? ? 轉(zhuǎn)子外徑 mmDD i )(212 ?????? ? 轉(zhuǎn)子內(nèi)徑先按轉(zhuǎn)軸直徑： mDi ? 11．極距 4 1 ???? ??? pD i 12．定子齒距 mZDt i 01 11 ???? ?? 轉(zhuǎn)子齒距 mZDt 22 ???? ?? 13．定子繞組采用單層繞組，交叉式，節(jié)距 19， 210， 1118 14．為了削弱齒諧波磁場的影響，轉(zhuǎn)子采用斜槽，一般斜一個定子齒距 1t ，于是轉(zhuǎn)子斜槽寬 mbsk ? 并聯(lián)支路 11?a .每槽導(dǎo)體數(shù) 31 ?sN 34813 362911 111 ?????? am ZNN s 每相串聯(lián)匝數(shù) 17 4234 82 11 ??? ?NN 初選定子電密 239。1 mmAJ ? ，計算導(dǎo)線并繞根數(shù)和每根導(dǎo)線截面積的乘積。 239。1139。139。11 mmJa IAN ci ???? 高頻交流電動機(jī)設(shè)計 13 其中定子電流初步估計值 AIIKW os 39。39。39。1 ???? ?? 選用截面積相近的銅線：高強(qiáng)度漆包線，并繞根數(shù) 21?iN ，線徑 mmd ? ，絕緣后直徑 mmd ? ，截面積 239。1 mmAc ? ， 239。 11 mmAN ci ? 18. 設(shè)計定子槽形 mbZhhDb sii3331111011m i n136]10)([)](2[?????????????????? m107 . 4 7104 . 4236]101 4 . 5 )( 0 . 82π [ 0 .1 4 12rZ)] πh2 ( h[Db333112201i1i 1 m i n????????????????? 取 mbi 31 ??? 19. 槽在面積 2822139。211101592)(22)(22???????????????mrhhbrAsss?? 按槽絕緣采用DMDM復(fù)合絕緣， mmi ?? ，槽楔為 mmh 2? ，復(fù)合板，槽絕緣占面積。 2812)()2(mrhA iii????????????? 高頻交流電動機(jī)設(shè)計 14 槽滿率 % 2211 ?????efsif A dNNS 20. 繞組系數(shù) 11?pK 95 220s i n32203s i n2s i n2s i n1 ???? ??aqqaK d 其中 ?? 203636022 1 ???? Zpa ? ???? pddp KKK 每相有效串聯(lián)導(dǎo)體數(shù) ????? dpKN 預(yù)計轉(zhuǎn)子導(dǎo)條電流： AAZ kNIkI dp 2 1139。1139。2 ?????? ? 其中 ?k 由資料查出。 初步取轉(zhuǎn)子導(dǎo)條電密 239。 mmAJb ? ， 于是導(dǎo)條的截面積 ： 2239。39。239。 128 mmmmJIA BB ??? mmbZhhDb sssi33321202212m a x226]10)([)](2[??????????????????高頻交流電動機(jī)設(shè)計 15 mmbZhhhDbssssi3332222202212m in210332]10)([)](2[???????????????????mmbbbbb iiiii3333m i n2m a x2m a x222)(31)(3131???????????????? 導(dǎo)條截面積（轉(zhuǎn)子槽面積） 232222212121202)()2553(0 0 1 )20 0 4 ()2()2(mmhbbhbbA sssssB?????????????? 估計端環(huán)電流 AApZII R 9254264472 239。239。 ???? ?? 端環(huán)所需面積 2239。39。39。 440 mmmmJIA RRR ??? 其中 端環(huán)電密 239。39。 mmAJJ BR ?? 得端環(huán)所需面積為 2610400 mAR ??? 磁路計算 22. 滿載電勢 初設(shè) )1( 39。39。 ??? LE