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Abstract

本发明公开了一种交流变频高速异步电动机,具有转子、定子和变频器,其中:所述变频器的额定频率设为200Hz,电机的定子定子内径与铁心长度比为0.4~0.8;所述电机定转子的冲片材质均使用导磁性能良好的冷轧硅钢板;电机的磁密控制在一定的范围内:定子齿磁密0.9~1.4T;定子轭磁密0.8~1.1T;转子齿磁密0.9~1.35T;转子轭磁密0.6~0.85T;气隙磁密0.45~0.6T;定子绕组电密3.0~5.0A/mm2、转子导条电密1.1~3.0A/mm2、线负荷180~250A/cm;绝缘使用H级绝缘,首匝套绝缘管,执行IGBT绝缘系统;所述定、转子绕组采用真空加压二次浸漆绕组;所述转子采用断续的平衡环;轴转动件与固定件的配合面间隙为正常电机最大间隙的80%~100%,定子气隙比正常电机加大25%~40%。保持传统电机特性且转速高,运行平稳可靠、振动和噪声小、成本较低。

Description

一种交流变频高速异步电动机
技术领域
本发明属于电机技术领域,具体涉及一种交流变频高速异步电动机。
背景技术
目前,交流变频调速异步电动机的最高同步转速为6000r/min,额定频率为50Hz,并且50Hz以下为恒转矩,50Hz以上为恒功率负载特性。由
Figure GSB00000868475100011
(n:电机同步转速f:电机额定频率P:电机极对数)可知,通过提高变频器的额定频率,可以提高电机的转速,但当额定频率超过100HZ以后,对额定点为50HZ的变频电机来说,若继续升高电机的频率,电机的转矩将很低,导致无法带动负载正常运转,而且近年来,越来越多的高速配套设备装置需要配套高速电机,因此,对这种高速电机需要特殊设计,可使电机从传统的最大同步转速3000r/min提高到12000r/min,且满足正常电机的特性。这种高速电机在运行过程中,有可能出现如下问题:1、电机的转速很高,转动惯量比较大;2、频率较高时,变频器所输出的电压中含有比载波频率更高的高次谐波,会引起电机的损耗增加,温升升高,而且线圈及绝缘需要承受很高的冲击电压;3、转子的平衡精度及高速时的安全问题;4、轴的挠度会增加15%左右,影响电机的可靠运行;5、较宽的变频范围内保持良好的运行性能,使用变频器供电,对电机轴承有损害。为解决上述技术问题,是所属技术人员一直在探索攻克的技术难题。
发明内容
为解决现有技术存在的上述缺陷,本发明的目的在于提供一种保持传统电机特性且转速高,运行平稳可靠、振动和噪声小、成本较低的交流变频高速异步电动机。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:该交流变频高速异步电动机,具有转子、定子和变频器,其特征在于:所述变频器的额定频率设为200Hz,电机在200Hz以下为恒转矩,200Hz以上为恒功率,电机的定子内径Di1/铁心有效长度Leff范围在0.4~0.8;所述电机定转子的冲片材质均使用导磁性能良好的冷轧硅钢板;电机的磁密控制在一定的范围内:定子齿磁密0.9~1.4T;定子轭磁密0.8~1.1T;转子齿磁密0.9~1.35T;转子轭磁密0.6~0.85T;气隙磁密0.45~0.6T;定子绕组电密3.0~5.0A/mm2、转子导条电密1.1~3.0A/mm2、线负荷180~250A/cm;绝缘使用H级绝缘,首匝套绝缘管,执行IGBT绝缘系统;所述定、转子的绕组采用真空加压二次浸漆绕组;所述转子由断续的平衡环代替转子上的小风叶及平衡柱;电机轴的材质采用热处理的40Cr材料,轴转动件与固定件的配合面间隙为正常电机最大间隙的80%~100%,定子气隙比正常电机加大25%~40%。
所述定、转子绕组采用真空加压二次浸漆,第一次的粘度控制在22~25s,第二次的粘度控制在37~40s。
采用上述技术方案有有益效果:该交流变频高速异步电动机的变频控制器的额定频率设为200Hz,由
Figure GSB00000868475100021
可知,最高转速可达12000r/min。电机的定子内径Di1/铁心有效长度Leff范围在0.4~0.8,因为选较小的直径Di1
a)可使电机产生的离心力降低20%~25%,这对于进入高速运行区的变频调速较为有利;
b)D2较小,则转动惯量较小,可使电机的机械时间常数减低15%~20%。其动态性能好,这对于处于调速状态的变频调速电动机更为重要。
c)Di1小,Leff大。绕组的端部漏抗降低30%~40%左右,端部铜耗降低20%~40%。
d)Di1小,Leff大,可使端盖的重量减轻30~40%,电机的制造成本降低。
e)Di1小,Leff大。可使定子铁心与机座间的接触面积增加15%~20%,改变散热条件,这对于可能产生较大损耗和较高温升的变频调速电机是有利的。
f)减小Di1的尺寸,可使电机的噪声与正常机座号规格电机相比,降低6%~7%。
因此,该种电机设计成细长型,在小机座号的基础上,升容到用户需求的功率,而且满足用户的需求。
该种电机的磁密及电负荷不宜选择的太高,因为在频率较高时,选取较低的磁密,可降低轭部及齿部的铁损耗,增加定转子漏抗,起到抑制谐波电流的作用,因此,磁密控制在一定的范围内:定子齿磁密0.9~1.4T、定子轭磁密0.8~1.1T、转子齿磁密0.9~1.35T、转子轭磁密0.6~0.85T、气隙磁密0.45~0.6T、定子绕组电密3.0~5.0A/mm2、转子导条电密1.1~3.0A/mm2、线负荷180~250A/cm。
考虑到频率较高时,变频器所输出的电压中含有比载波频率更高的高次谐波,会引起电机的损耗增加,温升升高,而且线圈及绝缘需要承受很高的耐冲击电压,因此,在同样的绝缘等级及冷却条件下,该种电机的定转子冲片均使用导磁性能良好的冷轧硅钢片,绝缘使用H级绝缘,首匝套绝缘管,执行IGBT绝缘系统,绕组进行真空加压二次浸漆,第一次的粘度控制在22~25s,第二次的粘度控制在37~40s。
考虑到电机运转过程中,转子的平衡精度及高速时的安全问题,改变铸铝转子端环结构,把铸铝转子上的小风叶及平衡柱改为断续的平衡环,转子动平衡时由加重平衡改为去重平衡;而且对转子的单边许用不平衡量控制在1g以下,这样使电机运转起来平稳轻快,可有利于减小电机的振动和噪声。
电机同步转速从3000r/min升至12000r/min时,轴的挠度会增加15%~20%左右,影响电机的可靠运行,电机轴的材质采用40Cr并进行热处理;定子气隙比正常电机加大25%~40%;轴转动件与固定件的配合面间隙选取为正常电机最大间隙的80%~100%,定子气隙比正常电机加大25%~40%。
如下表为H225M,75-2,380V,150HZ额定点与同功率普通变频电机H280S,75-2,380V,50HZ电机标准值的性能比较:
Figure GSB00000868475100041
该种高速电机完全符合传统电机的性能。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施例作进一步详细的说明。
图1为现有电机的铸铝转子的结构图;
图2为图1的B-B剖视图;
图3为本发明电机转子的结构图;
图4为图3的A-A剖视图;
图5为H225M,75KW-2,380V,额定频率为150HZ电机的转矩转速曲线转矩转速曲线图;
图6为H280S,75KW-2,380V额定频率为50HZ电机的转矩转速曲线转矩转速曲线图;
图7为转速效率曲线图;
图8为转速功率因数曲线图;
图9为转速堵转电流曲线图。
具体实施方式
该交流变频高速异步电动机,具有转子、定子和变频器,利用变频器控制电机的转速,所述变频器的额定频率设为200Hz,电机在200Hz以下为恒转矩,200Hz以上为恒功率,电机的定子内径Di1/铁心有效长度Leff范围在0.4~0.8;所述电机定转子的冲片材质均使用导磁性能良好的冷轧硅钢板;电机的磁密控制在一定的范围内:定子齿磁密0.9~1.4T;定子轭磁密0.8~1.1T;转子齿磁密0.9~1.35T;转子轭磁密0.6~0.85T;气隙磁密0.45~0.6T;定子绕组电密3.0~5.0A/mm2、转子导条电密1.1~3.0A/mm2、线负荷180~250A/cm;绝缘使用H级绝缘,首匝套绝缘管;转子、定子的绕组进行真空加压二次浸漆,第一次的粘度控制在22~25s,第二次的粘度控制在37~40s;改变铸铝转子结构,把铸铝转子上的小风叶及平衡柱改为断续的平衡环,转子动平衡时采用去重平衡;电机轴的材质采用40Cr并进行热处理,轴转动件与固定件的配合面间隙选取为正常电机最大间隙的80%~100%,定子气隙比正常电机加大25%~40%。
图1、2为传统电机的铸铝转子结构图,它是由转子铁心1和端环2、风叶4以及平衡柱3组成,电机的不平衡量用电圈加在平衡柱上,然后铆牢,这样对于高速旋转的电机来说,若铆不牢固,存在着不安全因素,会使垫圈甩出,碰坏线圈,导致电机烧毁。图3、4为本发明电机的铸铝转子结构图,它是由转子铁心1、端环2和断续平衡环5组成,电机的端环长度与更改前一样,电机的不平衡量用去重法在平衡块上加工掉,这样对于高速旋转的电机来说,非常安全,而且平衡精度可以提高,是电机运转起来平稳轻快。
图5为H225M,75KW-2,380V,额定频率为150HZ电机的转矩转速曲线,从曲线上可以看出:电机在额定频率150HZ(额定转速为8960r/min)以下为恒转矩,额定频率150HZ(额定转速为8960r/min)以上为恒功率这一特性。
图6为H280S,75KW-2,380V额定频率为50HZ电机的转矩转速曲线,从曲线上可以看出:电机在额定频率50HZ(额定转速为2975r/min)以下为恒转矩,额定频率50HZ(额定转速为2975r/min)以上为恒功率这一特性。从图5~图9说明,该种高速电机完全符合传统电机的性能。为保证定转子同心度,采用二次磨轴工艺(即转子外圆加工后再磨轴)。采用进口高精密高速轴承和配套润滑脂,并增设不停机注油功能,防止变频电机在高速运转时,轴承的温度较高,润滑脂易流失,导致轴承寿命缩短。

Claims (2)

1.一种交流变频高速异步电动机,具有转子、定子和变频器,其特征在于:所述变频器的额定频率设为200Hz,电机在200Hz以下为恒转矩,200Hz以上为恒功率,电机的定子内径Di1/铁心有效长度Leff范围在0.4~0.8;所述电机定转子的冲片材质均使用导磁性能良好的冷轧硅钢板;电机的磁密控制在一定的范围内:定子齿磁密0.9~1.4T;定子轭磁密0.8~1.1T;转子齿磁密0.9~1.35T;转子轭磁密0.6~0.85T;气隙磁密0.45~0.6T;定子绕组电密3.0~5.0A/mm2、转子导条电密1.1~3.0A/mm2、线负荷180~250A/cm;绝缘使用H级绝缘,首匝套绝缘管,执行IGBT绝缘系统;所述定、转子的绕组采用真空加压二次浸漆绕组;所述转子由断续的平衡环代替转子上的小风叶及平衡柱;电机轴的材质采用热处理的40Cr材料,轴转动件与固定件的配合面间隙为正常电机最大间隙的80%~100%,定子气隙比正常电机加大25%~40%。
2.根据权利要求1所述的交流变频高速异步电动机,其特征在于:所述定子绕组采用真空加压二次浸漆,第一次的粘度控制在22~25s,第二次的粘度控制在37~40s。
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