CN101895179B - 一种交流变频高速异步电动机 - Google Patents
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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
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
(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
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：
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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