電機轉(zhuǎn)子溫升過大高壓電機的形成因素和解決之道

時間：2019-08-20 10:20

　　以增安型稀土永磁同步電機為例，試驗時就有可能出現(xiàn)轉(zhuǎn)子溫升高達1 25°C的現(xiàn)象。

　　轉(zhuǎn)子溫度過高，會對釹鐵硼永磁體造成去磁的危險，影響電機正常工作。本文分析了可能導致轉(zhuǎn)子溫升過大的原因，并為大家提出降低溫升的措施。

　　工欲善其事必先利其器，讓我們先來詳細了解下轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)。

　　轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)定義：REPMSM的定子取異步電機的定子，它的結(jié)構(gòu)一般指轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)。

　　異步起動REPMSM的轉(zhuǎn)子由鼠籠條、轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)子鐵心和永磁體組成，轉(zhuǎn)子鐵心由沖片疊壓而成，并在轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)填入釹鐵硼永磁體，同時鑄鋁形成鼠籠，如圖所示。

　　▲轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖

　　其起動過程同異步電機，當定子電樞繞組中通人三相對稱交流電時，形成圓形旋轉(zhuǎn)磁場，此時轉(zhuǎn)子靜止，轉(zhuǎn)子鼠籠切割磁力線，并感應出交流電形成交變磁場，與定子磁場作用，轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動。

　　當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時，鼠籠條中不再產(chǎn)生感應電流，而是永磁體形成的恒定磁場與定子磁場同步旋轉(zhuǎn)，進入正常運行。

　　轉(zhuǎn)子溫升產(chǎn)生，電機運行時發(fā)熱，均來自于電機的損耗。

　　▲電機運行發(fā)熱

　　REPMSM同步運行時，轉(zhuǎn)子損耗包括永磁體損耗和諧波損耗等，具體如下：

　　永磁體損耗

　　釹鐵硼的電阻率是Ω·m，具有一定的導電性，會在交變磁場中產(chǎn)生渦流損耗。

　　釹鐵硼的導熱率為7.7cal/m.h.°C，傳熱性差。釹鐵硼磁鐵容易生銹、氧化，使熱量難以向外傳導，加劇了轉(zhuǎn)子的溫升。

　　諧波損耗

　　受齒槽效應、定子磁場等因素影響，電機氣隙中的諧波磁場很復雜。氣隙中的諧波磁場以不同的速度相對于轉(zhuǎn)子運動，在轉(zhuǎn)子鐵心和鼠籠條中感應電流，從而產(chǎn)生諧波損耗，使轉(zhuǎn)子溫度升高。

　　降低溫升的措施有哪些呢?

　　由上述分析，提出相應解決方法如下

　　1.永磁體分段、分層

　　永磁體的放置不再是整段材料，而是將一段永磁體分為多個小段或多個層，如圖。并且對永磁體段表面進行電泳處理，以減小渦流損耗，降低轉(zhuǎn)子溫升。

　　▲永磁體分段、分層示意圖

　　2.增大氣隙

　　對于異步電機，增大氣隙會增大漏磁，使勵磁電流增大，效率降低。而對于稀土永磁同步電機，加大氣隙，則可增大高次諧波氣隙磁場磁阻和諧波漏抗，減少其磁鏈的交鏈程度，削弱諧波電流，降低定、轉(zhuǎn)子表面損耗和諧波損耗等，從而起到降低溫升的作用。

　　3.轉(zhuǎn)子采用半閉El槽或閉口槽

　　這樣可以減少轉(zhuǎn)子鐵心表面損耗和齒內(nèi)脈振損耗，并使有效氣隙長度減小，改善功率因數(shù)，同時降低氣隙磁導諧波的脈振幅值，減小磁導諧波引起的諧波損耗。

　　4.選取適當?shù)牟叟浜?/p>

　　諧波次數(shù)越低，轉(zhuǎn)子槽數(shù)越多，損耗就越大;定、轉(zhuǎn)子槽數(shù)比接近于1時，損耗最小，因此盡可能選取近槽配合。

　　5.定子繞組雙層短距分布繞組

　　雙層短距分布繞組根據(jù)需要選擇不同的跨距，可以減少高次諧波，又使基波電動勢減少不大，從而有效改善了氣隙磁場的波形，減少諧波損耗，降低溫升。

　　6.選用高質(zhì)量釹鐵硼永磁體

　　在實際應用中發(fā)現(xiàn)，不同廠家生產(chǎn)的同牌號釹鐵硼永磁體性能有較大差異。釹鐵硼牌號不同，產(chǎn)生的渦流損耗大小不同，并且導熱率也有所差異。選擇導熱率相對較大的高性能釹鐵硼永磁材料，有利于磁鋼上熱量的傳導，從而降低轉(zhuǎn)子溫升。

　　樣機轉(zhuǎn)子溫升的改善措施及效果

　　由上述分析，更換樣機所用的釹鐵硼永磁鐵牌號，由以前的40SH換為33UH，重新進行溫升試驗，結(jié)果是定子鐵心溫度為80℃，溫升為51℃，轉(zhuǎn)子鐵心溫度為140℃，溫升為110℃。更換永磁體后轉(zhuǎn)子鐵心溫升下降了10℃，可見永磁體渦流損耗對轉(zhuǎn)子溫升影響很大。

　　結(jié)語：本文探討了稀土永磁同步電機轉(zhuǎn)子溫升過高的原因，并分析提出了降低轉(zhuǎn)子溫升的方法。在對原樣機更換永磁體牌號后進行試驗，表明永磁體的渦流損耗對轉(zhuǎn)子溫度影響很大。因此，若在電機制造過程中能采取永磁體分段或分層等措施，轉(zhuǎn)子溫升會有所下降。

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