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磁性槽楔在电机磁场的受力分析

磁性槽楔在电机磁场的受力分析

第24卷第5期(总第110期)y01.24No.5(SuMNo.110)

机械管理开发

MECHANICAL

MANAGEMENT

AND

DEVELOPMENT

2009年10月

0c1.20D9

磁性槽楔在电机磁场的受力分析

勇,杨怀海.王丽丽

(佳木斯电机股份有限公司,黑龙江佳木斯154002)

【摘要J主要介绍磁性槽楔在电机磁场中的受力情况,推导出磁性槽楔在齿区磁场作用下受力的大小,为很好的

使用磁性槽楔奠定了理论基础。

【关键词J磁性槽楔;磁场;受力【中图分类号】TM303.3

0引

【文献标识码】A【文章编号】

l003—773x(2009)05—0045-02

1受力分析

许多人对磁性槽楔的作用及优点并不是特别了解,磁性槽楔就是导磁性较好的一种楔子,用来同定电机绕组。大中型高压三相异步电机,线圈均采用成型绕组的制造工艺,定子铁心冲片必须采用开口槽结构.再用槽楔将成型线圈紧紧固定在槽内。如果定子冲片槽形为开口槽,槽楔采用非导磁材料,由于空气的磁导率很低.将会引起齿槽磁阻变化加剧,气隙磁场分布为非正弦函数。含有高次齿谐波分量,这样造成了电机激磁电流增加,转子表面损耗和脉振损耗增大。导致电机的温度升高,效率降低,并产生振动和噪声(电磁噪声),甚至会使异步电动机转矩曲线发生畸变.以及其它性能的下降。如果采用磁性槽楔,定子冲片槽口就可以获得半开口槽或闭口槽的气隙曲线.槽上高次谐波峰值明显减小,气隙磁场的高次谐波将大大降低.从而减小电机的附加损耗,提高电机效率,降低绕组温升,并能极大地改善了电机振动和噪声特性。

20世纪60年代时.发达国家相续开发了新系列的中小型电机,为了使电机性能更加优越.对电机进行改进的措施之一就是用磁性槽楔代替非磁性绝缘槽楔:20世纪70年代,以德国西门子公司为代表,大量推广磁性槽楔(磁性槽泥),取得了很好的效果;国内在在20世纪70年代末着手对磁性槽楔进行研究和实验,现在各个公司也在推广使用磁性槽楔:磁性槽楔已经有百年的发展历史。到现在已经是一种比较成型的产品。

电机在正常运行时,磁性槽楔在电机磁场中受到各种力的作用,不同类型的槽楔受到的力也不同。想真正的计算出这个力的大小也是十分困难。但它的受力将会直接破坏磁性槽楔.使槽楔发生“机械腐蚀”或“电腐蚀”。影响磁性槽楔的使用寿命。发表过的文献也很少对其系统研究,因为电机设计时.我们往往认为槽楔是电机的小部件,通常认为不会有什么大问题。很少真正分析过磁性槽楔的受力情况,更没有计算过此力的大小,结果磁性槽楔不只一次的损坏,带给我们巨大的经济损失。

磁性槽楔的受力情况和大小.不仅为我们怎样使用磁性槽楔、选择哪种磁性槽楔提供理论依据,而且有助于我们分析磁性槽楔损坏的根本原因.从而有效避免磁性槽楔损坏。对磁性槽楔产生破坏力主要有三种:1)齿区磁场与流过磁性槽楔电流相互作用的电磁力;2)齿区磁场对磁性槽楔的磁拉力;3)铁心齿部机械振动传给磁性槽楔的力。现分别对这三个力进行分析。1.1齿区磁场与流过磁性槽楔电流相互作用的电磁力田

磁性槽楔在交变磁场作用下感应的涡流或通过槽楔经硅钢片磁路的横向电流.与气隙磁场的作用,产生较大的拉力,拉力方向朝向定、转子之间的气隙,此力

称为电磁力。电磁力肚岛儿,电磁力的大小主要取决

于槽楔电流的大小,、气隙的磁场强度玩及槽楔长度L,电流越大、气隙磁场强度越强,拉力就越大。1.2齿区磁场对磁性槽楔的磁拉力阁

磁拉力是槽楔磁导率弘大于1的固有特性,拉力朝向定、转子之间的气隙.设计电机时.如果使用磁性槽楔,必须估算这个力的大小,从相关资料和文献中也没有找到精确计算此拉力大小的计算公式,因为想真正精确计算这个力的大小是相当复杂.一般情况下我们只能应用基本原理估算这个力的大小.其估算值能满足我们工程精度的要求。下面我们来说明公式的由来.推导出磁拉力的计算公式,从而加深我们对磁拉力的认识。槽楔的受力情况如图1所示.取磁性槽楔槽宽等于6,以磁性槽楔表面作为不同导磁率介质的分界面。则在各分界面上将产生各自指向导磁率较低介质的磁力,因为磁力线是与槽楔表面垂直的,所以不存在贮,瓦和r的切线分量。假设没有磁通流通槽内,所以Z=0。由于通过槽楔的漏磁通很小,所以引起的磁拉力死和T。:相当小,我们这里也把这个力忽略不计。

现在我们只考虑由于磁场基波作用在磁性槽楔上产生的拉力r,它的方向朝向定、转子之间的气隙。由于槽宽比极距小的很多。所以同一槽上任意一点的最

收稿日期:2009-03—27:修回日期:2009—05一lO

作者简介:赵勇(1975一),男。黑龙江佳木新人,工程师,本科。研究方向:高压三相异步电动机。

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