CN110581631A - 一种节能型三相异步电动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节能型三相异步电动机，采用铜转子绕组，其特征在于：所述铜转子绕组导条的截面积为同功率铸铝转子绕组导条截面积的60‑70％。这种节能型三相异步电动机，较好的解决了正常工作与启动时电流之间的矛盾，设计工作量小，启动噪音低，运行平稳。

Description

一种节能型三相异步电动机

技术领域

本发明涉及电动机，具体来说是一种铜转子三相异步电动机。

背景技术

我国工业用三相异步电动机的用电占总发电量的50-60％，鼠笼转子三相异步电动机因为运行可靠，使用方便，维修简单，被广泛应用在工农业及民用领域中。电动机的效率，是衡量电动机设计、制造技术水平的一个重要指标。如果能够把我国在用电动机使用效率提高3-5％，年节电相当于1.5个三峡电站的年发电量。因此，在能源需求快速增加，而煤炭石油等储量日益减少的今天，开发节能型电动机，就显得非常迫切。

被三相异步电动机广泛使用的鼠笼转子导条(转子绕组)，目前普遍采用的是一种纯铝材料，运用压力铸铝工艺形成“鼠笼转子绕组”。由于铝本身导电率问题，使电动机效率的进一步提升受到了限制。由于铸铜电阻率仅为铸铝材料的40％左右，因此，近年来采用纯铜代替铝，成为三相异步电动机提高效率的研究重点。据计算，当采用这样的材料的鼠笼铸铜转子取代同样规格的鼠笼铸铝转子。那么电动机中的转子导条损耗将降低，电动机的效率有望提高1+2％左右。特别是在较小功率的节能电动机中，采用鼠笼铸铜转子的效率提高更为显著。

然而，在研制过程中发现了一个问题，电动机在启动过程中和正常工作时，转子对电流的要求是不同的。采用铸铜代替铸铝后，在电动机启动阶段，尽管启动时间仅有3-12s，启动电流上升很快、电流很大，这不仅容易使原来铸铝转子三相异步电动机的控制系统失效，也使电动机启动过程中发热严重，起动噪音大，运行稳定性差。因此，在实际应用过程中，不能直接简单地用铜鼠笼代替原来的铝鼠笼电动机，既需要对控制系统进行改造，往往还要重新设计外壳散热系统。这使得无论是铜鼠笼电动机的使用还是设计，都增加了工作量和成本。

还有一个问题是，电动机的设计，包括定子和转子的结构、规格等，是一个复杂的系统工程，目前设计单位均采用国外现成的设计软件进行，而现在的软件都是针对铸铝鼠笼电子绕组的，由于铸铜还处于研究和试验阶段，还没有成熟和专用的设计软件。作为软件开发方的知识产权，其设计原理、公式以及一些关键参数，并不能为外人所掌握。这也给铸铜转子电动机的研发带来了一定困难。特别是，对于不同功率的电动机，目前鼠笼结构设计出了不同的结构形状，以满足力矩要求。不同功率，需要在不同的形状和尺寸规格上进行设计和尝试，这进一步增加了研究的工作量和难度。

上述原因，导致铸铜转子电动机进展缓慢，多为验证性产品，还无法工业化设计和应用。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种节能型三相异步电动机，采用铸铜转子绕组，可以在借鉴成熟的铸铝电机的设计技术，解决简化设计工作量和成本，同时解决启动问题。

为了实现上述目的，本发明提供的节能型三相异步电动机，采用铜转子绕组，其特征在于：所述铜转子绕组导条的截面积为同功率铸铝转子绕组导条截面积的60-70％。

更进一步地，所述节能型三相异步电动机的转子之间，空气隙磁通密度分布及转子轭部磁通密度分布，优先满足下述要求：

本发明的这种节能型三相异步电动机，发明人经验过大量实验偶然发现，在现有成熟的铝转子技术方案基础上，铜转子导条截面积减小到铝转子导条截面积的一定比例后，可以在工作电流与启动电流需求矛盾之间得到一个较理想的平衡值，使得电动机效率可以提高6％以上，能够达到8％左右。同时，由于增加了截面积这样的一个约束条件，也简化了铜转子电动机的设计工作量。经过实际验证，按本发明的方案试制的电动机，不仅实现了节能，而且噪音低、运行平稳。

附图说明

图1至图5为转子导条截面形状(转子冲片槽型)示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，以助于理解本发明的内容。

一、转子导条截面积设计

铸铜转子绕组三相异步电动机，设计条件：2极，380V，50Hz。

按1.1kw、4kw、5.5kw三种功率进行设计，将铜转子导条截面积控制在相同功率和极数铝转子导条截面积的60-70％，得到转子损耗。

不同功率下，铸铜与铸铝不同截面积转子损耗情况见表1，功率见表2

表1：铸铜转子损耗下降率

表2铸铜与铸铝转子功率值

对按上述方案设计的铸铜转子电动机进行实际测试，1.1kw、5.5kw铸铜转子电动机效率和转子损耗实际结果见表3

表3铜转子电动机实验结果

	规格	测试效率	转子损耗
				1#样机	1.1kw，2极	86.1％	28.5w
2#样机	1.1kw，2极	85.38％	29.7w
				3#样机	5.5kw，2极	90.06％	127w
4#样机	5.5kw，2极	90.16％	130w

由表3与表2对比可知，其实测效率与损耗与设计值接近，验证了技术方案的可行性。

二、转子导条形状和规格设计

根据鼠笼铸铜转子三相异步电动机其转子导条截面积与铸铝转子导条截面积变化规律，分别采用图1至图5不同转子导条截面形状，即转子冲片槽型进行研究。

由于铸铜转子导条截面积减小所引出的一系列槽型尺寸改变，为了便于设计，转子外径和定子内径尺寸改变需要找到一定的规律，这个规律既得达到节能高效电动机效率指标，同时又必须满足现有在线运行的一般可能被替换的低效率高耗能电动机所达到启动转矩，启动电流受控系统标准。研究发现同时控制铸铜转子电动机定子、转子之间空气隙磁通密度分布(或简称“磁密分布”)及转子轭部磁通密度分布，即可达到上述要求。经研究试验并验证，按如下表4控制即可满足。

电源：380V 50Hz

表4转子之间空气隙磁通密度分布及转子轭部磁通密度分布

在上述相应功率对应气隙磁密分布满足上述范围值内，已知铸铜转子导条截面积及轭部磁通密度分布，同时按现有技术改变调整转子槽型尺寸，计算出转子外圆尺寸即定子内圆尺寸，就能解决铸铜转子三相异步电动机效率及其他各性能指标达到标准规定要求。

具体转子槽形(导条)形状为：

3kw及以下功率的电动机，转子槽形采用矛头形状，且尖部为弧形，如图1所示，b/H取4-7；

4kw功率的电动机，极数为2时采用图2所示的双反向梯形衔接矩形的形状，极数大于2时采用图3所示的刀形；极数为2或4极时也可采用图4所示的水滴形；

5-11kw功率的电动机，采用图5所示的尖矛与六边形通过矩形衔接形状。

经样机检测，鼠笼铸铜转子三相异步电动机的性能显著满足标准要求，其噪声、振动值均低于现有同等标准值。

Claims (3)

1.一种节能型三相异步电动机，采用铜转子绕组，其特征在于：所述铜转子绕组导条的截面积为同功率铸铝转子绕组导条截面积的60-70％。

2.如权利要求1所述的节能型三相异步电动机，其特征在于：转子之间空气隙磁通密度分布及转子轭部磁通密度分布满足下述要求：

序号 功率(kw) 气隙磁密分布T/mm² 转子轭磁密分布T/mm² 同步转速r/min 1 0.75-15 0.6380±0.0319 1.4±0.07 3000 2 0.75-15 0.6660±0.0333 1.35±0.0675 1500 3 0.75-15 0.7500±0.0375 1.05±0.0525 1200

。

3.如权利要求1或2所述的节能型三相异步电动机，其特征在于，所述导条截面采用如下形状：

3kw及以下功率电动机采用矛头形状，且尖部为弧形；

4kw功率电动机，极数为2时采用双反向梯形衔接矩形的形状，极数大于2时采用刀形；或极数为2或4极时采用水滴形；

5-11kw，采用尖矛与六边形通过矩形衔接形状。