高速实心转子异步电动机的发展前景

尚  静  张子忠(哈尔滨工业大学)

孙艺胜    (哈尔滨轴承厂)

【摘  要】  根据高速主轴类电机的要求，从转子结构和电磁场计算等方面，综述其进一步

的开发和应用的前景．

【叙  词】  高速电机实心转子异步电动机发展方向

1引    言

    实心转子异步电动机转子结构简单，机械平衡性好，运行可靠，在一定转速范围内适于高速电机。此外，实心转子异步电动机起动性能优异，单位电流起动转矩较大，适于频繁重载起动，也可在制动状态下长时间连续工作。然而，钢质实习转子异步电动机用于高速电机，例如用于6×10‘r／rain以上的主轴电机，因其机械特性软，额定负载工作时滑差大，引起转子损耗大，使电机效率低，影响它在这一领域中进一步推广应用。近几年来国内外学者和工程技术人员在实心转子电机理论与研制方面又取得了不少成果，如何把它用于高速实心转子电机，是个很有现实意义的工作。

  本文目的是根据高速主轴类电机要求，从转子结构和电磁场计算等方面，阐述其可能进一步的开发和应用的前景。

2转子的材料和结构

  实心转子的结构有多种形式。按材料不同主要有s钢质实心转子，铜铁合金实心转子，组合式(多层)实心转子,組合式(多层)实心转子[1～3]。

  钢质实心转子又分光滑实心转子，表面轴向开槽实心转子及带端环实心转子等。铜铁合金实心转子除含铜比例不同以外，也分有无导电端环等不同的结构。组合式多层结构，如双层实心转子结构，外层为铜铁合金圆筒，内层为普通硅钢片叠成的铁心，同时也分有无导电端环等结构．此外还有在光滑实心转子表面镀铜(厚o．05～o．15ram)等结构，以提高表面导电率，降低转子的等效电阻。

    对于高速主轴类电机，要求机械特性较硬，额定输出转矩时滑差要小，转子损耗小，转子机械强度要高等。国内前些年有少量gcr]5钢小功率实心转子电机生产和使用，由于机械特性太软，在相同滑差时，输出功率仅为鼠笼转子电机输出功率的1／4～1／5，转子损耗较大而未能推广。不久前也有少量在实心钢质转子上开槽，并嵌入铜条等结构，使转子结构变得复杂，也未获满意的结果。，

    近年来采用铜铁合金实心转子用于50hz电源的异步电机的研究工作有了很大进展，粉末冶金加工的铜铁合金取材和加工方便，抗拉极限强度可达500mpa以上，调节铜的含量或加入少量磷、硅等还可以调节合金材料的导磁率和导电率等，具备用于高速实心转子异步电机的条件。但对高速异步机而言，电源频率在1000hz以上，既使是4％～5％的滑差值，转子磁化频率也是50hz电机的20倍以上，因此，在较高磁化频率下工作的实心转子的参数特征，以及相应铜铁合金材料成份的比例要求，就成了需要研究的主要问题。

    铝合金的实心转子结构如图1所示，也适于高速电机。它包括一个光滑的圆柱型转子，是由均匀导电而不导磁材料(铝合金)制成，定子内层是一套两极的多相绕组，外层是一个导磁的铁壳，用来闭合磁路。铁壳内圆是光滑的，而定子绕组用非导磁物质(如环氧浇注胶等)固定于定子内腔中，由于铁质定子内圆和转子外圆都是光滑表面，表面感应产生的表面损耗(齿谐波损耗等)最小。

    显然这种电机实际气隙较大，激磁电流较大，功率因数将受影响。

   

    1．铁质机壳2．定子绕组3．非磁性转子

    改进高速实心转子电机特性的另一个有效措施是转子加导电端环，并优化其几何形状。这是因为主轴电机都是2极电机，而且铁心长z与极距r之比并不大，大部分规格属于“短铁心静电机，端环电阻在转子中比例较大，增加端环后将会使转子电阻明显减少，从而改善电机特性。

    分析表明，欲使实心转子异步电机机械特性变硬、提高电机效率和功率因数，主要应减少转子等效阻抗，而在一定范围内使转子材料磁导率减少，可使转子阻抗下降，但磁导率下降将使电机激磁电抗下降，激磁电流增加，cos穸下降，所以存在转子材料的****磁导率问题。选用优化磁导率的转子材料，是提高实心转子电机性能的有效措施。

    影响电机转子材料的磁导率****值的因素是多方面的，主要包括电机容量、转子电流大小、转差频率大小、磁感应强度以及转子尺寸等。特别应当指出的是，转子磁导率μ值是随时间和空间变化的，滑差因转速变化将引起磁导率的变化．而且转子上不同位置的