关键词：屏蔽式异步电动机；屏蔽套；屏蔽套损耗
1前言
屏蔽电泵是泵和屏蔽式异步电动机同轴组合为一体的无泄漏泵,能够保证安全可靠地输送不含固体颗粒或在使用压力和温度下不结晶和凝固的液体,广泛应用于石油、化工、焦化、制药、食品、制冷及原子能等行业。屏蔽式异步电动机与泵装在同一机壳里,电动机转子和泵的叶轮固定在同一根轴上,实现了机泵一体化,结构紧凑,便于在管路上安装。电动机不装冷却风扇,采用滑动轴承以降低噪声。为了电动机的散热与轴承的润滑的需要,用泵轮将介质(水或其他的液体)
导入电动机轴承与定、转子内腔,转子在介质中运转。即使介质是清水,如果不采取防护措施,也会降低定子绕组绝缘水平,并且会腐蚀硅钢片及其他金属结构件。
为此,在电动机定子铁心内表面和转子铁心外表面装有高强度、耐腐蚀的非磁性屏蔽套,避免铁心、绕组与介质的接触,形成一种全封闭式的电动机。
2屏蔽式异步电动机电磁设计的特点
在设计屏蔽式电动机,由于电动机定、转子之间加了屏蔽套,直接影响到电动机的有关性能,不宜简单套用普通异步电动机的计算公式。
2.1屏蔽套的厚度与材料
从电磁方面考虑,加了屏蔽套,增大了电动机的气隙,屏蔽套上会产生涡流损耗以及介质引起的机械损耗,这些都将影响电动机的性能指标。为此希望屏蔽套厚度越薄越好。但是,考虑到泵系统压力及介质的腐蚀性,屏蔽套又必须有足够的厚度。有时,根据系统压力,在电动机定子绕组两端的屏蔽套外面再加上一个非磁性的支撑环,以减薄在气隙间屏蔽套的厚度。
2.2功率因数
电动机气隙里增加了非磁性的屏蔽套,相当于增大了气隙,其直接后果是增大了励磁磁动势,导致功率因数的下降。设计时,为了提高功率因数和降低屏蔽套损耗,一般要求选用较低的气隙磁通密度Bg。为此,屏蔽电动机采用高线负荷A和低气隙磁通密度Bg的设计原则。通常屏蔽电动机的气隙磁通密度在0.45～0.6T的范围内。增加铁心长度或增加匝数可以降低气隙磁通密度。热负荷AJ控制在1800～2600A2/cm·mm2范围之间,定子电流密度J也不可能太高,一般为5～6A/mm2。这样,在齿宽、轭厚等工艺条件允许的前提下,尽可能将定子槽形开大,有利于增加匝数,以获得理想的高效节能型屏蔽电动机。
2.3转子与输送介质之间的摩擦损耗经分析,屏蔽电动机转子与所输送介质之间的摩擦损耗Pj的常用经验公式
2.4端部漏电抗
电动机端部漏电抗的大小与其漏磁导大小成正比。普通异步电动机定子绕组端部漏磁通的磁路主要是空气磁路,漏磁导较小。屏蔽式电动机略有不同,其定子绕组紧靠支撑套和屏蔽套,加上电动机细长,端部结构比较紧凑,使得定子绕组端部处于金属的包围之中。由于定子绕组端部附近有金属件,使端部漏磁导略有增大,端部漏电抗相应增大。在设计时,要对用普通异步电动机公式计算出的端部漏电抗值乘以1.05～1.1的系数,加以修正。容量小的屏蔽式电动机应取较大值。由于漏电抗的增大,使屏蔽式电动机的感应电动势减小,电流增大,铜耗增加,转差率增大。
2.5堵转转矩倍数
屏蔽式电动机的堵转转矩倍数普遍较小,这是因为采用高线负荷的设计原则,必然要增加匝数,使定子漏电抗明显增大,从而减小了电动机的堵转转矩倍数。
3举例
国外某些公司为了追求降低PB和Pfw两项损耗值,以求提高屏蔽电机的效率,在定子外径D不变的情况下,有意减小定子内径和转子外径的数值。其结果是:虽然定子屏蔽套损耗和转子摩擦损耗下降了,但由于定转子冲片分离尺寸不合理,造成转子地域太小而转子槽开不大;或者定子地域太大而浪费了有效材料,造成转子铝损耗大增而抵消了部分因PB和Pfw下降而得到的效率提高,且由于转子损耗不易散发而造成温度上升;更有甚者有可能由于转子温度过高而造成与转子外表接触的被输送介质发生气化,以致屏蔽电机不能正常运行。即转子冲片所占区域太小而致使转子槽开不大;且化工泵用2极电机要用不导磁的不锈钢做轴料,磁通不能借轴的一部分通过,受到转子轭部磁密的限制,转子槽形不可能设计得太深。两者均使转子槽形不可能开大而使转子槽内电流密度偏高,转子铝损耗偏高,影响温升和转差率,转速偏低而影响到泵的主要性能参数。由此可见,过于强调为了降低定子屏蔽损耗PB和转子表面的摩擦损耗,而将转子设计成过于细长,不仅从挠性角度考虑其运行可靠性要差,而且从电机性能和泵的参数特性考虑也是不利的。其中,热水屏蔽电动机已于2002年进行过一次整顿设计。这一系列的小规格电动机遵循屏蔽电动机的设计原则:采用了合适的适当细长型铁芯心尺寸,电机性能和运行可靠性都尚可。而37、45、55及75kW4个规格违背了铁心适当细长的原则,采用了矮胖的铁心尺寸,其电气性能、效率及功率因数很差,发热量大,温升偏高,运行可靠性也很差,返修率很高。针对存在问题,将上述37～75kW/4极4个规格作了改型设计,把它们的铁心设计成适当的细长型,从而使这4个规格的屏蔽电机性能提高,温升降低,运行的可靠性大大提高,不再发生成批返修现象。
4结束语
为有效地降低屏蔽套损耗,提高屏蔽式异步电动机的效率和功率因数,应采取以下主要措施:①减小定子铁心内径。②降低气隙磁通密度。③选用具有高电阻系数、高机械强度、耐腐蚀的非磁性材料做屏蔽套,并且在保证强度要求和加工工艺允许的条件下,应尽可能减小屏蔽套的厚度。④尽量避免铁心与屏蔽套直接接触。⑤位于定子线圈端与屏蔽套接触的支撑环应采用电阻系数大的非磁性材料或绝缘材料。
参考文献
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论文作者:王强
论文发表刊物:《中国电业》2019年第12期下
论文发表时间:2019/12/2
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