三相异步电动机通风结构温升分布.doc

三相异步电动机通风结构与温升分布 异步电动机的不同通风结构将导致电机内部各点温度呈现不同的分布态势，这将影响到最终的冷却效果。为了把电动机损耗转化的热量有效地传递出去，冷却空气应尽量接触电动机发热部件（绕组、铁心、结构件等），冷却空气经过的路径中应保证发热体有足够的散热面积，同时风路又要与电动机结构（电路、磁路）相适应。异步电动机常用的冷却风路结构有三种；轴向通风径向通风轴-径向混合通风。不同的通风方式，绕组各点温度分布情况不相同，这在一定程度上影响到电机最终的冷却效果。选择电机的冷却风路结构时，应综合考虑电机容量、极数、转速、铁心长度及定、转子铁心内、外径等参数，同时应考虑到加工成本工时等因素。下面将着重介绍不同的风路结构下定子绕组中各点温度分布情况及不同风路结构的适用范围。一、轴向通风一般采用抽风结构。电机一端安装离心风扇，定、转子铁心不设径向风道，冷却气流从非风扇端进入后沿轴向流动，轴向风路一般由以下几部分组成，如图1示。图1 轴向通风1 定子铁芯外表面该风路的进、出风口一般由定子压圈或环筋板开孔形成。由于铁芯外表面至机座壁一般有较大的间隙，为了增加冷却空气的流速进而改善冷却效果，一般在铁芯外表面增加导流板以形成合适的通风面积。2电机定、转子之间气隙由于气隙两边定、转子铁芯表面距定、转子绕组距离最近，且电机的定、转子表面杂散损耗就产生于气隙两边的铁芯表面，若能增加气隙部分的空气流量，将产生很好的冷却效果。如能采用定子槽口通风，将大大增加气隙部分的通风面积，使气隙部分的风量分配大大增加。实验表明，采用定子槽口通风时，尽管通过气隙的风量仍占总风量的较小部分，但通过气隙消散的电机损耗可占电机发热损耗的30%。3 转子轴向通风孔通过转子铁芯轴向通风孔的冷却风主要带走转子绕组的铜耗及转子铁芯中的其它损耗。在风量能够保证的情况下，通风孔的面积并不是主要的，尽量增加通风孔的总周长，也即增加转子铁芯的总散热面积，将会使冷却效果更好。4 定子轭部通风定子轭部通风方式即是在定子铁芯轭部开一定数量的通风孔，它可直接带走部分定子铜耗及定子铁耗。为避免定子铁芯部分磁密过高或增加定子铁芯的体积，一般不会同时采用定子槽口通风与定子轭部通风。热空气从风扇端排出。气流基本直线前进，因此这种风路的风阻较低，相对较高的空气流动速度可以确保热传递的效率。由于铁芯中没有径向通风道，这使得沿线圈长度方向的绕组温升变化较大，如图2所示。由于定子绕组端部完全暴露于冷却空气中，所以绕组端部温升较低。在铁芯中，沿空气流动方向，由于空气温度不断升高，定子绕组温升也逐渐升高。但在铁芯出风处，由于铁芯侧表面及绕组出槽部分的冷却作用，绕组温升反而有所下降。由图2的绕组温升分布可看出，这种冷却方式的温升分布相差较大，铁芯越长，这个差别越明显，所以这种风路结构一般不允许铁芯太长。（以接触传导方式散热的筋外冷电机除外）。这种通风结构在电机体积较小、转速较高（风速较高）的情况下使用较多，其缺点是通风损耗较大，沿电动机轴向温度分布不够均匀。诸如目前国内生产的中型高压（6kV、10kV）Y、YR系列，中心高为H355、H400、H450的4极和6极以及H500的4极电机等。二、径向通风冷却空气由两侧对称进入。冷却空气的主要部分经定子线圈端部转子轭部风路转子径向风道气隙定子径向风道，最后经定子铁芯中部排出，如图3示。这种风路结构由于对称进风，每一路风只需经过一半的铁芯长度，在电机转子线速度较高的情况下，可以不用安装风扇，而靠转子风道片旋转产生的风压来产生冷却风量。而对于转子线速度较低的大型电机，一般需要在两端安装风扇旋转产生足够的冷却风量。这种通风结构一般广泛应用于大中型高压电机中，如我公司的Y、YKK、YKS、 YTM系列，中心高为H450、H500、H560、H630等以上的4、6、8、10、12极电机中。定、转子风道可采取对齐与错开两种方式。这两种方式的区别是：在电机转子线速度较高、转子风道片旋转能够产生足够高的风压的情况下，应尽量采用定、转子风道片错开的形式，这样可强迫冷却空气轴向地流经气隙，达到更好的冷却效果，而且还可以防止定、转子风道对齐时可能引起的哨叫声。而如果转子线速度较低，可采取定、转子风道对齐的方式以尽量减少风阻增加冷却空气流量。这种通风方式的定子绕组温度特性分布如下图4所示： 由于定子绕组端部散热面积较大，所以靠近端部处温升较低，由于出槽口处铁芯表面的散热效果，故绕组在该点温度最低。这种通风方式的轴向风温较为均匀，温度变化并不很大，铁芯部分的绕组温升基本相同。总体来说绕组各部分温升差异很小。这种通风方式的通风损耗小，散热面积大，沿电动机轴向的温升分布比较均匀。但其缺点是需要设置径向通风道，因而使得电动机轴向尺寸略为增大，也增加了加工成本。三、轴径向混合通风采用轴径向混合通风主要有两种方式：1 电机一侧安装离心风扇冷却空气主要经由转子轭部风路转子通风道气隙定子通风道定子线圈直线部分、定子铁芯通风道表面定子线圈端部冷却风扇，最后排出，如图5示。 这种通风方式仍为一端进风，另一端出风，铁芯不宜太长。目前国内广泛应用于中型高压（6kv、10KV）YR、YRKK、YRKS的4极、6极、8极、10极、12极异步电机中。2 电机两侧安装轴流式风扇如图6 示。图6 轴径向混合通风（两侧进风）定子采用槽口通风，这大大增加了气隙中的空气流量。转子风道数远少于定子风道数，这是为了避免高速情况下风摩耗太大及产生过高噪声。电机的风压由对称的两只轴流风扇产生，优化设计的轴流风扇可以达到很高的效率，噪声也可降到最低。转子风道集中在铁芯中间，这使得冷却空气由转子径向风道流进定子径向风道时，有较大部分轴向流经气隙，进一步改善了冷却效果。冷却空气进入电动机后，大体上分成三条独立的路径流动：经线圈端部流向定子铁芯表面；直接流经气隙及定子槽口，然后进入定子径向风道；经转子径向风道的部分。如上图6示。这种通风结构一般应用于大中型高压电机中的2极系列电机及部分4极电机中，如我公司的Y、YKK、YKS 2极系列，中心高为H355、H400、H450、H500、H560、H630等以上电机中。 相应的定子绕组温度特性分布如下图7所示：这种通风方式兼有前两种通风方式的特