淺析三相異步電動機通風(fēng)結(jié)構(gòu)與溫升分布
左芝明 吳 明 王 軍
摘要：在異步電動機設(shè)計過程中,風(fēng)路的設(shè)計是一項非常重要的工作,不同通風(fēng)結(jié)構(gòu)將導(dǎo)致電機內(nèi)部各點溫度呈現(xiàn)不同的分布態(tài)勢，設(shè)計風(fēng)路一定要與電路、磁路相適應(yīng)，另外，為了把電動機損耗轉(zhuǎn)化的熱量有效地傳遞出去，冷卻空氣應(yīng)盡量接觸電動機發(fā)熱部件（繞組、鐵心、結(jié)構(gòu)件等），冷卻空氣經(jīng)過的路徑中應(yīng)保證發(fā)熱體有足夠的散熱面積，這樣才能得到更好的冷卻效果。
關(guān)鍵字：大中型電動機 ；通風(fēng)；風(fēng)路；溫升
　異步電動機常用的冷卻風(fēng)路有三種結(jié)構(gòu)；即軸向通風(fēng)、徑向通風(fēng)、軸-徑向混合通風(fēng)。不同的通風(fēng)方式，繞組各點溫度分布情況均不相同，選擇電機的冷卻風(fēng)路結(jié)構(gòu)時，應(yīng)綜合考慮電機容量、極數(shù)、轉(zhuǎn)速、鐵心長度及定、轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)、外徑尺寸等參數(shù)，同時應(yīng)考慮到加工成本等因素。下面著重介紹一下不同的風(fēng)路結(jié)構(gòu)下定子繞組中各點溫度分布情況及不同風(fēng)路結(jié)構(gòu)的適用范圍。
一、軸向通風(fēng)
軸向通風(fēng)一般采用抽風(fēng)結(jié)構(gòu)。電機一端安裝離心風(fēng)扇，定、轉(zhuǎn)子鐵心不設(shè)徑向風(fēng)道，冷卻氣流從非風(fēng)扇端進入后沿軸向流動。
（一）、定子鐵芯外表面風(fēng)路
該風(fēng)路的進、出風(fēng)口一般由定子壓圈或環(huán)筋板開孔形成。由于鐵芯外表面至機座壁一般有較大的間隙，為了增加冷卻空氣的流速進而改善冷卻效果，一般在鐵芯外表面增加導(dǎo)流板以形成合適的通風(fēng)面積。
（二）、電機定、轉(zhuǎn)子之間氣隙風(fēng)路
由于氣隙兩邊定、轉(zhuǎn)子鐵心表面距定、轉(zhuǎn)子繞組距離最近，且電機的定、轉(zhuǎn)子表面雜散損耗就產(chǎn)生于氣隙兩邊的鐵芯表面，若能增加氣隙部分的空氣流量，將產(chǎn)生很好的冷卻效果。實驗表明，采用定子槽口通風(fēng)時，使氣隙部分的風(fēng)量分配大大增加，盡管通過氣隙的風(fēng)量仍占總風(fēng)量的較小部分，但通過氣隙消散的電機損耗可占電機發(fā)熱損耗的30%以上。
（三）、轉(zhuǎn)子軸向通風(fēng)孔
通過轉(zhuǎn)子鐵心軸向通風(fēng)孔的冷風(fēng)主要帶走轉(zhuǎn)子繞組的銅耗及轉(zhuǎn)子鐵心中的其它損耗產(chǎn)生的熱量，在風(fēng)量能夠保證的情況下，通風(fēng)孔的面積并不是主要的，盡量增加通風(fēng)孔的總周長，也即增加轉(zhuǎn)子鐵心的總散熱面積，將會使冷卻效果更好。
二、徑向通風(fēng)
冷卻空氣由兩側(cè)對稱進入。冷卻空氣的主要部分經(jīng)定子線圈端部→轉(zhuǎn)子軛部風(fēng)路→轉(zhuǎn)子徑向風(fēng)道→氣隙→定子徑向風(fēng)道，最后經(jīng)定子鐵芯中部排出。
這種通風(fēng)結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于大中型高壓電機，如我公司的Y、YKK、YKS、 YTM系列，中心高為H450、H500、H560、H630等以上的4、6、8、10、12極電機。
由于定子繞組端部散熱面積較大，所以靠近端部處溫升較低，由于出槽口處鐵心表面的散熱效果好，故繞組在該點溫度最低。
這種通風(fēng)方式的通風(fēng)損耗小，散熱面積大，沿電動機軸向的溫升分布比較均勻。鐵芯部分的繞組溫升基本相同,總體來說繞組各部分溫升差異很小。但其缺點是需要設(shè)置徑向通風(fēng)道，因而使得電動機軸向尺寸略為增大，也增加了加工成本。
三、軸-徑向混合通風(fēng)
采用軸-徑向混合通風(fēng)主要有兩種方式：
（一）、電機一側(cè)安裝離心風(fēng)扇
冷卻空氣主要經(jīng)由轉(zhuǎn)子軛部風(fēng)路→轉(zhuǎn)子通風(fēng)道→氣隙→定子通風(fēng)道→定子線圈直線部分、定子鐵芯通風(fēng)道表面→定子線圈端部→冷卻風(fēng)扇，最后排出，（見圖5）這種通風(fēng)方式仍為一端進風(fēng)，另一端出風(fēng)，鐵芯不宜太長。目前國內(nèi)廣泛應(yīng)用于中型高壓（6kv、10KV）YR、YRKK、YRKS的4極、6極、8極、10極、12極異步電機中。
（二）、電機兩側(cè)安裝軸流式風(fēng)扇如圖1示。
 

 

圖1軸－徑向混合通風(fēng)（兩側(cè)）風(fēng)路組成
定子采用槽口通風(fēng)，這大大增加了氣隙中的空氣流量。轉(zhuǎn)子通風(fēng)道數(shù)量遠(yuǎn)少于定子通風(fēng)道數(shù)量，這是為了避免高速情況下風(fēng)摩耗太大及產(chǎn)生過高噪聲。轉(zhuǎn)子通風(fēng)道集中在鐵心中間，這使得冷卻空氣由轉(zhuǎn)子徑向通風(fēng)道流進定子徑向通風(fēng)道時，有較大部分軸向流經(jīng)氣隙，進一步改善了冷卻效果。
冷卻空氣進入電動機后，大體上分成三條獨立的路徑流動：⑴經(jīng)線圈端部流向定子鐵芯表面；⑵直接流經(jīng)氣隙及定子槽口，然后進入定子徑向風(fēng)道；⑶經(jīng)轉(zhuǎn)子徑向風(fēng)道的部分。如上圖6示。
這種通風(fēng)結(jié)構(gòu)一般應(yīng)用于大中型高壓電機中的2極系列電機及部分4極電機中，如我公司的Y、YKK、YKS 2極系列，中心高為H355、H400、H450、H500、H560、H630等以上電機中。
相應(yīng)的定子繞組溫度特性分布如下圖7所示：
 

 

圖7 定子繞組溫升特性分布（混合通風(fēng)）
這種通風(fēng)方式兼有前兩種通風(fēng)方式的特點，溫升分布特性是以電動機鐵芯為中心兩端基本對稱分布，定子繞組溫度分布比較均勻，冷卻效果較好,其缺點是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,生產(chǎn)成本高。
綜上所述，電動機采取怎樣的通風(fēng)冷卻風(fēng)路不僅與電動機的大小、結(jié)構(gòu)、容量有關(guān)，還與其轉(zhuǎn)速等其它因素相關(guān)。選用適當(dāng)?shù)耐�風(fēng)冷卻風(fēng)路對電動機的優(yōu)化設(shè)計至關(guān)重要。

參考文獻：
[1]方日杰.電機制造工藝學(xué).機械工業(yè)出版社,1993
[2]陳世坤.電機設(shè)計.機械工業(yè)出版社,2000
[3]旋轉(zhuǎn)電機標(biāo)準(zhǔn)匯編.異步電機卷.中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2002

轉(zhuǎn)載請注明來自：http://www.jinnzone.com/jixielw/13079.html