淺談高壓繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

劉立國(guó)++王洋

摘 要：對(duì)于YR和YRKK高壓繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)來(lái)說(shuō)，屬于一類(lèi)常用的驅(qū)動(dòng)設(shè)備。該類(lèi)電機(jī)的轉(zhuǎn)子外部能夠串入水阻柜或頻敏電阻器，優(yōu)化電機(jī)的起動(dòng)性能。在壓縮機(jī)、磨煤機(jī)以及風(fēng)機(jī)等設(shè)備的驅(qū)動(dòng)當(dāng)中YR和YRKK高壓繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)得到廣泛應(yīng)用。但是，從現(xiàn)狀來(lái)看，高壓繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)結(jié)構(gòu)仍存在一些問(wèn)題。本文在分析高壓繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)潛在問(wèn)題的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)高壓繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行探究，以期提高高壓繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：高壓繞線轉(zhuǎn)子；電機(jī)結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM302 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）03-0166-01

在壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵設(shè)備以及磨煤機(jī)當(dāng)中，YR和YRKK高壓繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)具備很高的應(yīng)用價(jià)值。從目前來(lái)看，高壓變頻電機(jī)能夠替代YR電機(jī)和YRKK電機(jī)，然而由于高壓變頻電機(jī)需要花費(fèi)很高的成本，所以普遍愿意接受YR電機(jī)和YRKK電機(jī)。因此，便有必要在認(rèn)清這兩類(lèi)電機(jī)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的不足的基礎(chǔ)上，進(jìn)而采取有效優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

1 轉(zhuǎn)子引接線問(wèn)題分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)

1.1 轉(zhuǎn)子引接線問(wèn)題

繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組使用的是TMR銅排線圈，做好轉(zhuǎn)子線圈嵌線之后，轉(zhuǎn)子引線電纜跨越軸承之后和滑環(huán)連接好。一般所使用的方法為[1]：在電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子引出線部位的軸上鉆斜孔，然后在滑環(huán)端軸心位置打出一定長(zhǎng)度軸向的軸心孔，使之與斜孔相連通。轉(zhuǎn)子引線電纜先經(jīng)過(guò)軸上斜孔，再經(jīng)軸心孔到達(dá)滑環(huán)引線端，然后和滑環(huán)接線柱相互連接。此方法經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題：（1）未能將轉(zhuǎn)子線圈到斜孔之間的電纜固定完好，在離心的作用下，電纜易竄動(dòng)，情況嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成電纜磨損破壓、電纜與轉(zhuǎn)子線圈的引線端焊接開(kāi)裂斷路。（2）對(duì)于軸上的斜孔和軸心孔交匯位置尖角很難得到有效處理，容易導(dǎo)致電纜經(jīng)常劃傷。（3）處于軸心孔內(nèi)的電纜未能得到固定完好，當(dāng)電機(jī)起動(dòng)和高速旋轉(zhuǎn)的情況下，電纜會(huì)出現(xiàn)移位、形變或纏繞等問(wèn)題。（4）因?yàn)闆](méi)有保護(hù)好電纜伸出軸孔位置，導(dǎo)致電纜經(jīng)常受到摩擦，最終造成電纜損傷問(wèn)題。

1.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

鑒于上述出現(xiàn)的問(wèn)題在設(shè)計(jì)時(shí)可采用如下方法進(jìn)行優(yōu)化：（1）在引線電纜進(jìn)入斜孔位置的前端軸上增加卡子，卡子用螺釘固定在軸上，卡子位置的電纜繞包滌綸玻璃氈進(jìn)行保護(hù)，如引線電纜每相一根采用一個(gè)一字型卡子，兩根則采用V字型卡子用三個(gè)螺栓固定。（2）在斜孔位置的電纜上套滌玻管將電纜與軸進(jìn)行隔離，滌玻管較為柔軟且耐磨能起動(dòng)很好的保護(hù)作用。（3）將電纜穿完后在軸心孔內(nèi)灌注滿硅膠然后固化，將內(nèi)部電纜完全固化且填充滿軸心孔?？梢苑乐箖?nèi)部電纜的任何的移動(dòng)，起到固定保護(hù)作用，同時(shí)也能起到導(dǎo)熱效果。（4）在軸伸端電纜出現(xiàn)位置增加一個(gè)外徑和長(zhǎng)度適合的橡膠套，套上的孔尺寸和數(shù)量與轉(zhuǎn)子引線電纜的尺寸和數(shù)量一致。將線套穿入電纜后固定到軸孔內(nèi)，起到固定和隔離防摩擦作用。

2 集電環(huán)-刷架問(wèn)題分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 集電環(huán)-刷架問(wèn)題

集電環(huán)-刷架是連接轉(zhuǎn)子繞組和外接電路的核心部件。由于碳刷和集電環(huán)之間是采用滑動(dòng)摩擦接觸的形式，電機(jī)在旋轉(zhuǎn)工作時(shí)，當(dāng)加工、安裝以及設(shè)計(jì)不夠合理的情況下，便會(huì)引發(fā)刮擦、磨損、打火、溫升高及破壓等問(wèn)題最終致使集電環(huán)被損壞。主要存在以下問(wèn)題[2]：

（1）由于碳刷盒和滑環(huán)兩者距離較近，并且固定難以調(diào)節(jié)，電機(jī)運(yùn)行時(shí)刷架強(qiáng)度不足或安裝基礎(chǔ)高度不夠引起刷架振動(dòng)，刷盒還可能與滑環(huán)直接接觸引起刮擦。（2）集電環(huán)材質(zhì)和碳刷材質(zhì)及彈簧壓力匹配度不高。一般情況下，電機(jī)碳刷材質(zhì)主要是由石墨與銅制作而成的，且相配套的集電環(huán)材質(zhì)是錫青銅。通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，碳刷材質(zhì)和配套的集電環(huán)相比比較硬。（3）在電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度過(guò)快的情況下，滑環(huán)與刷之間的接觸面光潔度不夠，刷為磨好，滑環(huán)的同軸度不夠致使碳刷抖動(dòng)，便容易出現(xiàn)打火、放電等問(wèn)題。（4）集電環(huán)表面散熱能力不足。在電機(jī)功率較大時(shí)，轉(zhuǎn)子電流也會(huì)變大，同時(shí)電機(jī)需要的碳刷增多，尤其是接觸線速度較高時(shí)，系統(tǒng)的電氣損耗和摩擦損耗功率都較大，進(jìn)而致使集電環(huán)溫度過(guò)高。（5）滑環(huán)結(jié)構(gòu)的不合理，在積碳粉時(shí)引起短路放電造成滑環(huán)放炮。

2.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

（1）把刷架兩支撐桿改進(jìn)為三支撐桿，有效強(qiáng)化整體刷架的穩(wěn)定性，使最外側(cè)一相的刷架下垂得到有效防止。同時(shí)將刷盒安裝孔改進(jìn)為長(zhǎng)圓孔，確保每一個(gè)刷盒和滑環(huán)表面間的距離控制在3mm到5mm，進(jìn)而使電機(jī)長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行得到有效保障。（2）還有必要對(duì)集電環(huán)材質(zhì)和碳刷材質(zhì)加以?xún)?yōu)化，設(shè)計(jì)時(shí)確保集電環(huán)材質(zhì)和碳刷材質(zhì)及彈簧壓力的匹配性。（3）滑環(huán)裝到轉(zhuǎn)子上以后加工外徑，確保同軸度和光潔度，同時(shí)對(duì)碳刷進(jìn)行研磨使之達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求。（4）并在集電環(huán)表面設(shè)置螺旋溝槽，增加冷卻，消除氣膜。合理設(shè)計(jì)滑環(huán)的通風(fēng)散熱。（5）將滑環(huán)上用的大量的纖維管、子母扣等連接處進(jìn)行密封，對(duì)滑環(huán)浸漆處理，防止碳粉的積存，同時(shí)還可以防潮?？梢杂行У臏p少滑環(huán)的放電、爬電的可能。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，高壓繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)結(jié)構(gòu)需實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要需從兩大方面著手。其一，優(yōu)化設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子引接線結(jié)構(gòu)；其二，優(yōu)化設(shè)計(jì)集電環(huán)-碳刷結(jié)構(gòu)。相信在優(yōu)化設(shè)計(jì)高壓繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，能夠?yàn)殡姍C(jī)的經(jīng)濟(jì)、可靠以及安全運(yùn)行奠定有效基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]卓寧.爐水循環(huán)泵電機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)[J].廣西電力，2011（04）：36-38.

[2]王振，景兆杰，鄭安邦.高壓直流輸電換流閥冷卻系統(tǒng)主循環(huán)泵電機(jī)起動(dòng)方式分析[J].廣東科技，2011（20）：155-156.