屏蔽泵用电机不同类型转子电磁性能的影响分析_佟磊.pdf

年第期第 卷（总第期）（）屏蔽泵用电机不同类型转子电磁性能的影响分析侮晶（中国石油大庆石化热电厂，黑龙江大庆）摘要屏蔽泵及其电机因其自身优 势，在核电、国防领域、重要石化领域得到 了很大的应用，它具有高可靠性、高密封性、零泄漏性。但与此同时由于屏蔽套结构的存在以及运行介质的决定，其会额外产生屏蔽套损耗以及较大的机械耗（液体磨损损耗），因此，效率、功率因数都会低于普通电机，严重制约了其发展。因此，近年来如何提升屏蔽电机的 电磁性能成为屏蔽领域工程专家们研究的重点，转子结构形式及冲片槽型设计影响着电机的 电气性能，以转子设计为突破口，研究不同类型转子结构形式对屏蔽电机电磁性能的影响。关键词屏蔽电机；转子结构；电磁性能：中图分类 号：文献标识码：文章编 号：（）（，），？，（），；引言屏蔽泵、屏蔽电机虽然具有很高运行可靠性与安全性，但其电磁性能往往与普通电机有一定的差距，这主要依赖于其自身结构特性以及工作状态。需要通过其他方面的设计弥补这一不足，相较于对屏蔽电机定子进行大的设计变更，从节约成本和工艺性来看，转子设计的变更工艺可达性更高、成本更加低廉。随着屏蔽电机转子设计的发展，实心结构转子鼠笼型屏蔽式感应电机得到在行业内认可度逐渐提升，其普通的鼠笼型感应电机相比，可以承载更高的转子动力与静力、传热性能以及稳定性更加优良、运行更可靠、工作寿命更长，而且从结构设计角度出发，其结构也更加简易，除此之外，可以实现更高的启动性能与更低的启动电流。本文将对某型屏蔽电机在不同转子形式下的电磁性能（谐波电磁场、损耗）进行计算分析，以达到进一步深人理解实心转子性能机理的目的，对后续工程中屏蔽电机实心转子的应用与设计具有一定的促进作用。屏蔽泵用 电机不同类型转子电磁性能研究方法概述研究方法必须可以保证对屏蔽泵用电机不同（）年第期第卷（总第期）类型转子电磁性能计算分析的全面性与精确性，从这一点出发传统的公式解析法、经验公式法、路算公式法都具有一定的劣势。依附于计算机运行速率与效率近二三十年的飞速发展（突破了算例运算量的束缚），基于数值迭代方法的有限差分、有限元、有限体积方法取得了长足的进步与突飞猛进的发展。因此，本案例也将采用数值仿真方法对不同类型电磁性能（谐波磁场、损耗）开展分析研究。在分析研究前，需确定电路与磁场的耦合方案以及转子电路的连接方案，图与 图，分别示意和界定了：（）电路与磁场耦合得位置关系与作用机理。（）电机主要部件（定、转子套、实心结构转子等）与绕组漏抗的关系。（）转子内部电路的结构形式、工作原理、工作路径等。差异性，图（）电信息与磁信息两处边界位置标量数值相等，矢量相反（成夹角），图（）电信息与磁信息两处边界位置标量数值与矢量相同（成）。图周期边界条件的类型对于具体具体到计算单元（划分边界内部空间）的形状则主要有两种三角形单元与四边形单元，如图所示。转子屏蔽套组！相绕相绕组压 源相绕组端部漏抗鼠笼结构图电路与磁场 耦合关系示意鼠笼端部电阻鼠笼端部电阻鼠笼端菩鼠笼端部漏感鼠笼条：鼠笼条内鼠笼端部漏感鼠笼端部漏感鼠笼端部电阻鼠笼端部电阻图转子内部电路工作原理与路径有限数值模型的建立在数值模型建立时应考虑计算的时间成本、模型的准确性、计算结果的精确性等因素。综合以上因素在几何模型创建时采用 周期模型，至于是几分之一模型由定、转子槽数的最大公约数决定。本案例为模型，除此之外，应在周期边界处设置合理的边界条件，这直接影响数值计算分析结果的准确性和精度。图示意了两种边界条件的型式（奇、偶），它们的主要在边界处磁信息与电细信息上表现出图计算单元的主要两种类型对于材料属性、动力或机械属性的设置也需要在前处理模型中完成，作为模型的输人条件或初始条件。考虑以上因素最终完成屏蔽泵用电机实心结构转子电磁场有限数值模型和屏蔽泵用电机通用结构转子电磁场有限数值模型的建构，模型建立结果如图所示。（）实心结构图屏蔽泵用电机两种转子结构电磁场有限数值模型完成上述工作后，便可以对其电磁性能进行计算分析求解工作。屏蔽泵用 电机不同类型转子电磁性能分析屏蔽泵用电机电磁性能分析主要涉及到定转子磁枢的磁场分布、转速电流关系、转速转矩关系等，除了需了解这些参数外，前文已经提到相比于普通感应电机，屏蔽电机屏蔽套损耗在电机整个损耗中 占有相当比重，所以还需屏蔽电机的屏蔽套损耗进行计算分析。（！）实心结构图屏蔽泵用电机两种转子结构磁场分布（以转速为变量）从图磁场分布结果可以看出，电机定、转子饱和程度随着转速的变化而变化，其饱和程度同时和结构位置（扼部与齿部）、去磁反应、漏磁势有关系，磁力分布与定、转子磁路有特性有关系，两种类型转子的计算结果基本反映了两种结构转子的电磁场特性。图、图分别计算了屏蔽泵用 电动机两种转子结构的相电流特性与启动转矩特性。对比两种转子结构的数值仿真计算结果，二者的仿真计算结果与试验结果基本相近且电流和转矩倍数比通用型转子结构要小。转差率（）电流关系曲线转差率（）转矩特性曲线图屏蔽泵用 电动机相电流特性与启动转矩特性（通用型）图屏蔽泵用 电动机相电流特性与启动转矩特性（实心结构）图定子套损耗计算结果同时计算了实心转子结构定子屏蔽套的损耗（转子套的损耗很小，可忽略），如图所示。从计算结果可以看出屏蔽套损耗对在屏蔽电机损耗的占比占比很大，影响因素包括转差率、电源频率、电机的细长比等。结语转子的结构型式影响着屏蔽电机的 电磁性能，本文应用数值仿真技术对不同结构型式的转子的电磁性能进行了计算分析，（下转页），电磁场有限元法试验值转差率）电流关系曲线转差率（）转矩特性曲线 年第期第 卷（总第期）（）（）键裝（垵擗趨（艮）釋要玻黹德吨图轴承油膜刚度对临界转速的影响），计算结果如图所示。从相对刚度对临界转速的影响来看，前四阶临界转速会随着刚度的增加而增大的趋势，最后个阶临界转速将趋于平稳，不会无限度增大，因为即使轴承刚度无限增大，反映在转子系统上的等效刚度还有转轴刚度的参与，当轴承刚度无限大时，等效刚度将与转轴刚度一致，所以转子的 固有频率将趋近于一个定值。选耳又个节点作为 不平衡响应分析的节点，根据转子的动平衡精度，计算以上个节点的不平衡响应，并对比分析计算了，在不同轴承刚度比下，不平衡响应的计算结果。如图所示。由于工作转速与阶及以上的临界转速避开率很大，所以上图中只有显示了前两阶临界转速范围 内的不平衡响应关系，可以看出在一定“轴承刚度比”范围 内，不平衡响应在一阶临界转速范围内与“刚度比”反相关，不平衡响应在二阶临界转速范围内与“刚度比”正相关。转速（）图不同“轴承刚度比”不平衡响应计算结果结语本文介绍了特种电机旋转轴系动力学设计的流程，论述其在轴系可靠性与安全性设计的重要作用，然后针对实际案例，依次介绍了轴系动力学建模、临界转速计算、振型分析计算、不平衡响应分析，最后对不同刚度参数对转轴固有频率与 不平衡响应的影响进行了分析研究。参 考文献王正转动机械的转子动力学设计北京：清华大学出版社，：作者简介：魏国栋男年生；毕业 于哈尔滨理工大 学电气工程及其自动化 专业，现从事电气设备管理工作收稿日期：，尤（）第阶临界转速尤（）第阶临界转速尤（）第阶临界转速尤（）第阶临界转速尤）第阶 临界转速；（）第阶临界转速（上接瓦）包括电机的二维磁场分布、电流特性曲线、启动转矩曲线以及定子套（损耗曲线），并进行了结果进行了分析和试验值对比工作，同时对前处理有限数值建模流程工作进行了详细论述，对基于转子结构的屏蔽泵用电动机电磁性能设计方面具有一定的借鉴意义。参 考文献赵博实心转子屏蔽电机电磁参数计算与性能分析哈尔滨理工大学，傅丰礼实心转子异步电动机的等值电路计算中小型电机，（）：作 者简介：佟磊男年生；毕业 于黑龙江科技学院电气工程及其自动 化，现从事技 术 管理工作收稿日期：（）年第期第卷（总第期）；）？昧