异步电动机斜槽设计对振动控制的影响_唐辉.pdf

（）年第期第卷（总第期）异步电动机斜槽设计对振动控制的影响唐辉（黑龙江大庆石化公司热电厂，黑龙江大庆）摘要异步电机振动控制是如今电机领域工程技术专家日益关注的焦点，它决定了电机工作的机械品质，在各个行业占有举足轻重的地位。对于电机本体设计与电气控制来说，主要考虑电磁激励源、旋转机械激励源等因素。现着重介绍如何电磁振动控制，以影响电磁力主要因素的斜槽设计为列，研究其对异步电机磁场分布、谐波分布及主要成分、电磁力的影响，可作为工程领域异步电机斜槽设计及电磁振动的参考和借鉴。关键词异步电机；电磁力；斜槽；振动控制：中 图分类号：文献标识码：文章编 号：（）（，），？，？，？；引言电机领域中异步电机以其成本低、工作范围广、制造精度易于控制等优势，一直在电机类型占有率方面独占鳌头，在一定范围 内具有其不可替代性。但随着高精尖领域的快速发展，对异步电机的工作品质要求快速提升，而从发展趋势来看，这些对电机品质的要求主要来自于对电机机械品质即电机振动方面。电磁振动是电机工作运行的主要振动激励之一，控制电磁振动，是提高电机振动性能的重要手段与方法，近年来，很多电机领域学者、专家针对此方面开展了大量卓有成效的工作，经过梳理、总结相关文献和工程经验，这些工作主要是基于通过改善优化电磁力的方式来达到降低电磁振动的目的。异步电机斜槽设计一般被认为是降低电磁激振力的卓有成效的方法，本文结合工作实例中的异步电机，对其开展斜槽设计，通过数值仿真设计方法，研究对比斜槽方案与原方案磁场特性分布、谐波分布、电磁力分布进而评估其对电机振动影响。异步电动机的斜槽方案概述本工程实例异步电机低压卧式鼠笼型感应电机，电机级数为，额定电压为、额定功率 为，电机三圆铁心长度、电源频率、槽配合、气隙长度等电磁参数信息如表所示，结合电机的电磁特性以應动指标要求，选择斜槽角度为。为了考虑电磁场数值仿真的可达性，本例的斜槽方案选择分段斜槽方案，斜槽的设计倾角（表项目），由各段斜槽角度加和。同时考虑斜槽方案的工艺性，本案例对电机采用转子斜槽方案（定子斜槽相对于转子斜槽工艺方案更加复杂），最终 年第期第 卷（总第）（）：建异步賴！？的斜槽方案如图所筆。表异步电机电磁及斜槽参数參歡项目设计值）卿舞）电压（定子内径（）定子外径（）定子槽数转子纖气隙长度（）铁心长度（）斜净鎭。）图异步电动机斜槽方案斜槽方案对电磁特性的影响图直、斜槽方案气隙磁场分布对比（磁密 波形）犀可看出，相比于直攒方案屬槽设计后转子街电机轴向方向載场分布趋脅发生了改变。图明显可飘 看出气隙磁密波形的改善，转子斜槽前后，气隙磁场的初基波之外波形含肇？谐波含義成分明显降低，同时谐詹大小与幅也有着明显的下降，以上突显了说异步电机斜檀之后，皆波能量减少这一突出优势。对斜釋前的异机方掌行电戀：？析是十分必要酌，因此斜償的设计改变了向以及径向樣截面磁场分布气隙磁场的分布，对电麵场特的研究有助于掌握理解电机斜槽改善电懿力的机理，為：进一參？电磁力及电慮振：动的优化奠定计算数据嵌据，同时可明堪磁士优计的方向。应用歎值法建立异步电动机的电磁场有限元模型，然后加栽合理正确的边界条件，最后通过求解器求解有限数值方程组，图分别为直、斜槽黎计方處电磁场分布对比、图分别为直、斜檀设计气隙磁密波形分 布对比。（）转子直槽（）转子斜槽 图直、斜槽方案磁场分布对比耷 谐波次数（）转子直槽矣谐波次数（）转子斜槽图直、斜 槽 方 案谐波 成分对比为进一步分析，斜槽方案所削弱的谐波成分，应用傅里叶方法对两种方案的气磁磁密波形进行分解得到图结果。从两方案谐波成分对比发现，在斜槽前后接近次与接近次谐波的幅值削弱效果显著。（）转子斜槽图两种方 案（直、斜 槽）的定子频域电磁力数值仿真结果？（）转子直槽本文首先论述了振动控制在异步电动机工业领域的重要地位，然后引入电磁振动是电机本体振动重要组成部分，并以实际工程中异步电机为例子，详细分析了异步电机斜槽设计，对异步电机电磁振动控制的影响，已数值仿真方法为手段对斜槽前后的转子磁场分布、气隙磁磁场分布、气隙磁场谐波成分分布进行了计算分析，并以此为基础得到了电磁力时、频结果，通过分析研究验证了斜槽方案对基波以及谐波电磁力都有一定的削弱作用，异步电机电磁（下转页）（：爾子直檩电磋力及电力波电纖擬讀的直接雜体，它由定、转子磁场相互作用产生，最作用于异步电机定子内表面，它既具有空间特性又具有时间特性力 的特性主要由异歩级槽配合影响，通常低阶电磁力对电磁振，动的影响緣大（由于幅值大的顧因），基于上文第节气隙磁场仿真的计算绮果，由麦克斯韦張量定理，再借助数值 仿真手段对本：歩机的电徽进行了乘：鮮；别得到时频种盡果如图、图、厘所示。结语（）转子直槽（）转子斜槽图两种方案（直、斜槽）的定子时域电磁力数值仿真结果图两种方案（直、斜槽）的定子电磁力高频段数值仿真结果馳磁力的数值仿真鑛果，不麵，斜樣方雲电磁力变化势 相比于 直槽方處寅加平稳、稳定，并未像直繪方中个别时座出现了力值得突变。在左 右（系统产生）与由墓波产生）左 右，出辄了远高于美他频率幽征人这两处峰值来看斜槽方截：于曹方案为藤一步分析两方寒电磁力的薦機議綠，对原清議力：据处理等謂离爾？纖力驗畢，从燈真结寒：来看？、虫、等处主要特怔频率的斜櫈本攀相比于 直槽方案都萆低明显，其中与抑：这种 削累加顆显。（）转子斜槽斜槽方案对电磁力 的影响分析（）年第期第卷（总第：期）如（）年第期第卷（总第期）“偏心”，以电动机为例，定子磁场每分钟旋转，在一个周期内朝向最近极的磁拉力在偏心转子中从零上升到最大值两次。磁场每分钟旋转 转，磁拉力达到每分钟 转（或每分钟 转），从而导致电动机振动。而引起定、转子气隙不均匀 的原因有几个方面机座、端盖行为公差在实际电动机机座、端盖制造中，由于壁较薄极易变形，因此对其使用装夹进行加工是十分困难的，在加工过程中难免会引起变形，特别是机座止口、端盖轴承室和止口的圆度、同轴度、端面跳动等形位公差超差，导致电动机在整机装配后定子、转子气隙不均匀，电动机产生单侧磁拉力，引起振动和 噪声。通过对薄壁铸件进行退火热处理、更改材质等方式提高铸件刚性，同时粗精车之间小时时效处理，保证铸件加工后不易变形，从而在铸件形位公差方面保证电动机运行的稳定性。定子铁心内圆对两端止口公共基准线的跳动因为机座本身 为薄壁件，定子铁心在有绕组定子铁心压入机座后，由于设备误差、人为误差，铁心菱形度等因素，定子铁心内圆之间相对机座两端止口公共基准轴线的跳动有超差现象，在电动机整机装配后，定子芯内径和转子外径之间 的气隙不均匀，使电动机产生单边磁拉力，引起振动和噪声，可以将定子以一端止口为基准配胎，找正定子铁心，放大另一端机座止口尺寸，减小定子铁心跳动尽量，可解决此因素导致的振动问题。转子外圆跳动超差铸铝转子在穿轴后有一道车转子外圆工序，如果在车削过程中，由于刀具、设备误差、转子菱形等因素，导致车削后转子外径跳动超差，整机装配后，定子铁心内径和铸铝转子夕卜径之间 的气隙不均匀，（上接 页）振动得到了有效的控制。参考文献王荀，邱阿瑞笼型感应电机径向 电磁力波的有限元计算电工技术学报，（）：王天煜，王凤翔大型异步电动机定子振动与模态引起电动机电磁振动，严重的情况会造成电动机的定子和转子相互摩擦，电动机会严重损坏。其他振动除此之外，也有电动机与负 载进行安装技术方面的原因 引起的振动。因为电动机与负载机的连接和安装不好，不可避免地会产生干涉力。在电动机运行时由于电动机轴线与负载轴线不对中会导致振动，因此采用联轴器连接时，必须保证同轴度要求。同时还有一种情况，并非是电动机本身振动，而是由于负载振动导致的电动机振动，因此在排查时要注意此种情况。结语电动机作为工业生产的主要动力，其在工业发展中的地位和作用是巨大的。在制造业中，电动机的运行直接影响整个产业的可持续发展，电动机的制造质量对生产型企业的产业链的发展有着非常重要的影响。本文以低压电动机为研究对象，利用整机平衡仪器，定、转子生产工艺流程以及新工艺试验等，经过数据分析对比，更好的确定了影响低压电动机振动的因素，对今后低压异步电动机振动问题处理分析提供了思路和经验。对于我国 电动机振动质量问题的研究，促进生产企业整体的制造水平来说，有着非常重要的意义。参考文献 轴中心高为及以上电动机的机械振动振动的测量、评定及限值李朋浅析电动机的制造工艺科技创业家，作者简介：赵雪丰男 年生；毕业 于佳木 斯 大学机械设计制造及其自动化专业，现从事电动机生产制造工艺工作收稿日期 分析中国电机工程学报，（）：作者简介：唐辉男 年生；毕业 于辽宁石油化工大学电气工程及其自动化专业，现从事电气工作收稿日期