高速實心轉子異步電動機的發展前景

尚  靜  張子忠(哈爾濱工業大學)

孫藝勝    (哈爾濱軸承廠)

【摘  要】  根據高速主軸類電機的要求，從轉子結構和電磁場計算等方面，綜述其進一步

的開發和應用的前景．

【敘  詞】  高速電機實心轉子異步電動機發展方向

1引    言

    實心轉子異步電動機轉子結構簡單，機械平衡性好，運行可靠，在一定轉速范圍內適于高速電機。此外，實心轉子異步電動機起動性能優異，單位電流起動轉矩較大，適于頻繁重載起動，也可在制動狀態下長時間連續工作。然而，鋼質實習轉子異步電動機用于高速電機，例如用于6×10‘r／rain以上的主軸電機，因其機械特性軟，額定負載工作時滑差大，引起轉子損耗大，使電機效率低，影響它在這一領域中進一步推廣應用。近幾年來國內外學者和工程技術人員在實心轉子電機理論與研制方面又取得了不少成果，如何把它用于高速實心轉子電機，是個很有現實意義的工作。

  本文目的是根據高速主軸類電機要求，從轉子結構和電磁場計算等方面，闡述其可能進一步的開發和應用的前景。

2轉子的材料和結構

  實心轉子的結構有多種形式。按材料不同主要有s鋼質實心轉子，銅鐵合金實心轉子，組合式(多層)實心轉子,組合式(多層)實心轉子[1～3]。

  鋼質實心轉子又分光滑實心轉子，表面軸向開槽實心轉子及帶端環實心轉子等。銅鐵合金實心轉子除含銅比例不同以外，也分有無導電端環等不同的結構。組合式多層結構，如雙層實心轉子結構，外層為銅鐵合金圓筒，內層為普通硅鋼片疊成的鐵心，同時也分有無導電端環等結構．此外還有在光滑實心轉子表面鍍銅(厚o．05～o．15ram)等結構，以提高表面導電率，降低轉子的等效電阻。

    對于高速主軸類電機，要求機械特性較硬，額定輸出轉矩時滑差要小，轉子損耗小，轉子機械強度要高等。國內前些年有少量gcr]5鋼小功率實心轉子電機生產和使用，由于機械特性太軟，在相同滑差時，輸出功率僅為鼠籠轉子電機輸出功率的1／4～1／5，轉子損耗較大而未能推廣。不久前也有少量在實心鋼質轉子上開槽，并嵌入銅條等結構，使轉子結構變得復雜，也未獲滿意的結果。，

    近年來采用銅鐵合金實心轉子用于50hz電源的異步電機的研究工作有了很大進展，粉末冶金加工的銅鐵合金取材和加工方便，抗拉極限強度可達500mpa以上，調節銅的含量或加入少量磷、硅等還可以調節合金材料的導磁率和導電率等，具備用于高速實心轉子異步電機的條件。但對高速異步機而言，電源頻率在1000hz以上，既使是4％～5％的滑差值，轉子磁化頻率也是50hz電機的20倍以上，因此，在較高磁化頻率下工作的實心轉子的參數特征，以及相應銅鐵合金材料成份的比例要求，就成了需要研究的主要問題。

    鋁合金的實心轉子結構如圖1所示，也適于高速電機。它包括一個光滑的圓柱型轉子，是由均勻導電而不導磁材料(鋁合金)制成，定子內層是一套兩極的多相繞組，外層是一個導磁的鐵殼，用來閉合磁路。鐵殼內圓是光滑的，而定子繞組用非導磁物質(如環氧澆注膠等)固定于定子內腔中，由于鐵質定子內圓和轉子外圓都是光滑表面，表面感應產生的表面損耗(齒諧波損耗等)最小。

    顯然這種電機實際氣隙較大，激磁電流較大，功率因數將受影響。

   

    1．鐵質機殼2．定子繞組3．非磁性轉子

    改進高速實心轉子電機特性的另一個有效措施是轉子加導電端環，并優化其幾何形狀。這是因為主軸電機都是2極電機，而且鐵心長z與極距r之比并不大，大部分規格屬于“短鐵心靜電機，端環電阻在轉子中比例較大，增加端環后將會使轉子電阻明顯減少，從而改善電機特性。

    分析表明，欲使實心轉子異步電機機械特性變硬、提高電機效率和功率因數，主要應減少轉子等效阻抗，而在一定范圍內使轉子材料磁導率減少，可使轉子阻抗下降，但磁導率下降將使電機激磁電抗下降，激磁電流增加，cos穸下降，所以存在轉子材料的****磁導率問題。選用優化磁導率的轉子材料，是提高實心轉子電機性能的有效措施。

    影響電機轉子材料的磁導率****值的因素是多方面的，主要包括電機容量、轉子電流大小、轉差頻率大小、磁感應強度以及轉子尺寸等。特別應當指出的是，轉子磁導率μ值是隨時間和空間變化的，滑差因轉速變化將引起磁導率的變化．而且轉子上不同位置的