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1、異步電動機繞組受力計算 【摘要】在工業(yè)生產(chǎn)中，異步電動機作為重要的驅(qū)動設(shè)備，廣泛應(yīng)用于冶金、電力等領(lǐng)域，異步電動機在各種復(fù)雜工況下正常運行時，其電磁力對電機本體的作用十分顯著，因此定量分析電動機繞組所受電磁力具有重要的理論意義和實際應(yīng)用價值。本文分析了異步電動機繞組所受的電磁力分布情況以及電機結(jié)構(gòu)參數(shù)與繞組電磁力的關(guān)系。所得結(jié)論可為高壓異步電動機的結(jié)構(gòu)和參數(shù)優(yōu)化提供理論參考?！ 娟P(guān)鍵詞】異步電動機繞組電磁力結(jié)構(gòu)參數(shù) 1引言 在工業(yè)生產(chǎn)中，異步電動機作為重要的驅(qū)動設(shè)備，廣泛應(yīng)用于冶金、電力等領(lǐng)域，異步電動機在各種復(fù)雜工況下正常運行時，其電磁力對電機本體的作用十分顯著。同時，電磁力作用于電
2、機繞組也會引起電機噪聲和振動。因此，定量分析電動機繞組所受電磁力具有重要的理論意義和實際應(yīng)用價值。本文利用電機繞組電磁力數(shù)值計算模型，計算了電機正常運行時繞組所受的徑向電磁力和切向電磁力，并分析了電磁力與電機結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系，從而為異步電動機的結(jié)構(gòu)和電磁方案優(yōu)化提供理論參考。 2電磁力計算模型 根據(jù)洛倫茲電磁力計算模型，電機運行時繞組所受的電磁力計算公式為： ?。?）5 式中為電流密度矢量，為磁通密度矢量，為體積單元。利用式（1）計算出單位體積上電機繞組所受的電磁力矢量，然后對該矢量進行疊加計算，從而求出整個繞組所受的電磁力，如式（2）所示?！ 。?） 應(yīng)用坐標(biāo)變換，分別求出徑向和切
3、向上導(dǎo)體所受的電磁力和，其計算式為： ?。?） 3電機正常運行時繞組受力計算 本文以一臺工頻高壓異步電動機為例，分析電機正常運行時，其定轉(zhuǎn)子繞組所受的徑向電磁力和切向電磁力分布規(guī)律，如圖1所示?！ 。╝）定子下層繞組（b）定子上層繞組 圖1電機運行時繞組電磁力分布規(guī)律 從圖1可以看出，電機正常運行時，定轉(zhuǎn)子繞組所受的電磁力有明顯差異，繞組所受的徑向力遠大于切向力，且電機轉(zhuǎn)子導(dǎo)條所受的電磁力最大，這將對繞組本身、槽絕緣及槽楔等產(chǎn)生很大的影響?！ ?電機結(jié)構(gòu)參數(shù)與繞組電磁力的關(guān)系 4.1定子槽型與繞組電磁力的關(guān)系 異步電動機采用的定子槽型如圖（2）所示，本文對比分析了兩種槽型結(jié)構(gòu)下繞組
4、所受電磁力的分布情況。兩種定子槽型結(jié)構(gòu)下徑向電磁力的分布情況如圖3所示?！ D2異步電機定子槽形 ?。╝）定子下層繞組（b）定子上層繞組5 圖3不同定子槽型結(jié)構(gòu)下繞組所受徑向電磁力分布 從圖3看出，兩種槽型結(jié)構(gòu)下電機繞組所受的電磁力分布規(guī)律幾乎相同，但是半閉口槽結(jié)構(gòu)下電機繞組受力較小，這表明定子采用半閉口槽結(jié)構(gòu)可以減小電機繞組所受的電磁力。對數(shù)據(jù)進行對比分析得出，定子采用半閉口槽結(jié)構(gòu)時，定子繞組受力大約為開口槽結(jié)構(gòu)的89%，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條受力峰值大約開口槽結(jié)構(gòu)的85%，因此異步電動機的定子采用半閉口槽結(jié)構(gòu)時，可以有效降低定、轉(zhuǎn)子繞組所受的電磁力?！ ?.2轉(zhuǎn)子槽型與繞組電磁力的關(guān)系 在電機起動
5、過程中，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條感應(yīng)電流的分布和氣隙磁導(dǎo)的均勻程度都與轉(zhuǎn)子槽型有很大的關(guān)系，本節(jié)將研究轉(zhuǎn)子采用閉口槽與半閉口槽兩種結(jié)構(gòu)時，電機繞組所受電磁力的分布情況。兩種槽形結(jié)構(gòu)下電機繞組所受的電磁力分布情況如圖4所示。 （a）定子下層繞組（b）定子上層繞組 圖4轉(zhuǎn)子槽型對繞組徑向電磁力影響對比 由圖4可見，兩種槽形結(jié)構(gòu)下電機繞組所受電磁力的分布情況幾乎相同，但是電磁力明顯減小，表明轉(zhuǎn)子閉口槽結(jié)構(gòu)會影響電機運行時繞組中的電流分布，從而影響繞組受力。從圖4還可以看出，轉(zhuǎn)子采用閉口槽結(jié)構(gòu)下的定子繞組受力大約半閉口槽結(jié)構(gòu)下的82%，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條受力大約為半閉口槽結(jié)構(gòu)下的80%，這表明轉(zhuǎn)子采用閉口槽結(jié)構(gòu)可以有效減
6、小電機繞組所受的電磁力?！ ?.3定轉(zhuǎn)子槽配合與繞組電磁力的關(guān)系5 定轉(zhuǎn)子的槽配合也會影響繞組所受的電磁力。本文將研究電機槽配合分別為72/56、72/58、72/62時繞組電磁力的分布情況。圖5為不同槽配合下電機繞組所受的徑向電磁力分布情況?！ ∮蓤D5可見，不同槽配合對定子繞組所受的徑向電磁力分布影響不大，但會改變電機繞組所受的電磁力峰值，從圖中可以看出，對于電機定子繞組所受的電磁力，槽配合為72/62時為72/56時的1.08倍；而對于轉(zhuǎn)子導(dǎo)條所受的徑向電磁力峰值，槽配合為72/62時為72/56時的0.92倍。因此，槽配合對定轉(zhuǎn)子所受的徑向電磁力的影響規(guī)律正好相反。 ?。╝）定子下層繞
7、組（b）定子上層繞組 圖5不同槽配合對繞組徑向電磁力影響對比 4結(jié)語 本文利用洛倫茲力計算模型，分析了電機運行時定子繞組和轉(zhuǎn)子導(dǎo)條所受的電磁力分布規(guī)律，同時定量分析了定、轉(zhuǎn)子槽型以及槽配合等結(jié)構(gòu)參數(shù)與電機繞組徑向電磁力的關(guān)系，得出以下結(jié)論： ?。?）電機正常運行時，電機繞組所受的徑向電磁力遠大于切向電磁力。（2）定子采用半閉口槽，轉(zhuǎn)子采用閉口槽結(jié)構(gòu)，可以有效減小電機繞組所受的徑向電磁力，且轉(zhuǎn)
