生產(chǎn)工藝對異步電動機力能指標的影響分析

鞏瑞春

（包頭師范學院信息科學與技術(shù)學院，內(nèi)蒙古 包頭 014030）

生產(chǎn)工藝是保障異步電動機力能的重要方式，不同的生產(chǎn)工藝能夠不同程度影響異步電動機的力能指標。由于不同生產(chǎn)工藝的異步電動機設計理念也有所不同，導致異步電動機的力能指標也必然不同。在我國，針對生產(chǎn)工藝對異步電動機力能指標的影響分析，普遍還停留在理論層面，創(chuàng)新程度低，在實際應用中無法達到預期的效果，研究還存在很大的局限性[1]。生產(chǎn)工藝影響異步電動機力能指標參數(shù)的問題屢見不鮮，主要是導致異步電動機功率因數(shù)波動，進而影響異步電動機運行的安全性。大量文獻表明生產(chǎn)工藝是確保異步電動機力能指標質(zhì)量的先決條件?；诖耍疚姆治隽松a(chǎn)工藝對異步電動機力能指標的影響，重點討論了異步電動機力能指標最佳時應采用的生產(chǎn)工藝，為異步電動機力能設計提供了新思路。

1 生產(chǎn)工藝對異步電動機功率因數(shù)的影響

在分析生產(chǎn)工藝對異步電動機力能指標的影響中，必須預先明確生產(chǎn)工藝與異步電動機功率因數(shù)之間的相關(guān)性。在本次研究中，為保證研究結(jié)果的有效性，只采用不同生產(chǎn)工藝作為研究的自變量，不設置任何其他影響因素[2]。在生產(chǎn)工藝對異步電動機功率因數(shù)的影響中，最關(guān)鍵的影響異步電動機力能指標空載電流、電抗電流以及有功電流的數(shù)值。設異步電動機功率因數(shù)的計算表達式為 cosφ，可得公式（1）。

公式（1）中：I指的是異步電動機的標準條件下的規(guī)定電流；p指的是滿載電流分量；X指的是無功電流分量；O指的是電抗電流分量。通過公式（1）得出異步電動機功率因數(shù)，由此可知，當生產(chǎn)工藝變化時，空載電流會增大，導致異步電動機功率因數(shù)變低；電抗電流以及有功電流增大時，會導致異步電動機功率因數(shù)變低，主要原因在于生產(chǎn)工藝的改變下，繞組電抗必然會顯著增加，進而改變異步電動機功率因數(shù)。

不同生產(chǎn)工藝對異步電動機功率因數(shù)帶來的影響，能夠直接改變異步電動機空載與滿載下的功率[3]。本文通過計算不同生產(chǎn)工藝下異步電動機空載的激磁電流，進而確定生產(chǎn)工藝對異步電動機空載功率的具體影響。本文采用塑性模型組的摩爾一庫倫模型模擬，假定異步電動機空載運行服從Darcvy定律，用激磁電流描述異步電動機空載功率因數(shù)；再用負序磁場的轉(zhuǎn)差率描述異步電動機空載功率性能。首先，計算異步電動機空載狀態(tài)下的激磁電流。設異步電動機空載狀態(tài)下的激磁電流表達式為Im，可得公式（2）。

公式（2）中：Fδ指的是激磁磁勢；FFe指的是鐵心激磁磁勢；m指的是極對數(shù)；K指的是定子相數(shù)；d指的是繞組數(shù)，為實數(shù)；W1指的是激磁電流串聯(lián)下的匝數(shù)。通過公式（2）計算結(jié)果，可得出異步電動機空載狀態(tài)下的激磁電流。由此可見，上述參數(shù)均可以影響異步電動機空載狀態(tài)下的激磁電流，而以上參數(shù)均與生產(chǎn)工藝相關(guān)。在異步電動機生產(chǎn)過程中，由于轉(zhuǎn)子外圓車小，會增長激磁磁勢，進而影響異步電動機空載狀態(tài)下的激磁電流增大。在異步電動機加工階段，一旦定子齒部彈開度過大，會增大異步電動機空載狀態(tài)下的激磁電流。在異步電動機生產(chǎn)時，定子鐵心位置誤差大，會增加異步電動機空載狀態(tài)下的激磁電流[4]。在異步電動機生產(chǎn)時，必須精準定位定子鐵心壓入機殼，避免定子鐵心壓入機殼位置偏差大，導致異步電動機功率降低。另外，沖片大小齒過多，降低異步電動機空載狀態(tài)下的激磁電流，降低異步電動機功率。以上為異步電動機空載狀態(tài)下，生產(chǎn)工藝對異步電動機功率因數(shù)的影響指標。

在此基礎(chǔ)上，分析異步電動機滿載狀態(tài)下生產(chǎn)工藝對異步電動機功率因數(shù)的影響。本文以負序磁場的轉(zhuǎn)差率表示異步電動機滿載狀態(tài)下的異步電動機功率核心影響指標。設其計算表達式為s，可得目標函數(shù)如公式（3）所示。

公式（3）中：γ指的是異步電動機滿載狀態(tài)下轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速；H指的是異步電動機滿載狀態(tài)下的正序電流；g指的是異步電動機滿載狀態(tài)下的負序電流；c指的是異步電動機滿載狀態(tài)下的正序旋轉(zhuǎn)磁場權(quán)重；Q指的是異步電動機滿載狀態(tài)下的負序旋轉(zhuǎn)磁場權(quán)重；R指的是異步電動機滿載狀態(tài)下的電阻值；n指的是轉(zhuǎn)子電流的頻率。通過公式（3），得出異步電動機滿載狀態(tài)下的負序磁場的轉(zhuǎn)差率，明確生產(chǎn)工藝作為影響異步電動機功率因數(shù)的主要自變量。根據(jù)上文計算，可以發(fā)現(xiàn)在其他參數(shù)一定的情況下，根據(jù)c的具體數(shù)值與Q數(shù)值之間的變化關(guān)系，即可分析出異步電動機滿載狀態(tài)下生產(chǎn)工藝對異步電動機功率因數(shù)的具體影響程度[5]。采用Q的數(shù)值不超過0．5時的生產(chǎn)工藝用于生產(chǎn)異步電動機，保證異步電動機的功率能夠滿足力能所需標準。

2 生產(chǎn)工藝對異步電動機轉(zhuǎn)矩峰值波動的影響

在明確生產(chǎn)工藝對異步電動機功率因數(shù)具體影響的基礎(chǔ)上，分析不同生產(chǎn)工藝造成的異步電動機轉(zhuǎn)矩峰值波動[6]。本文通過計算不同生產(chǎn)工藝下異步電動機的轉(zhuǎn)矩峰值，分析生產(chǎn)工藝對異步電動機轉(zhuǎn)矩峰值的影響。設不同生產(chǎn)工藝下異步電動機轉(zhuǎn)矩峰值波動系數(shù)的表達式為M，可得公式（4）。

公式（4）中：σ指的是不同生產(chǎn)工藝下的異步電動機振蕩幅度；v指的是不同生產(chǎn)工藝下的異步電動機振蕩頻率變化系數(shù)；t指的是生產(chǎn)材料厚度，計算單位為mm。結(jié)合公式（4）計算結(jié)果，得出不同生產(chǎn)工藝下異步電動機轉(zhuǎn)矩峰值波動系數(shù)，并統(tǒng)計不同生產(chǎn)工藝下的異步電動機轉(zhuǎn)矩峰值及定變量，生產(chǎn)工藝造成異步電動機轉(zhuǎn)矩峰值波動的具體參數(shù)，如表1所示。

表1 生產(chǎn)工藝造成異步電動機轉(zhuǎn)矩峰值波動參數(shù)

通過表1可得出結(jié)論為：生產(chǎn)工藝造成異步電動機轉(zhuǎn)矩峰值波動系數(shù)不同于生產(chǎn)工藝造成異步電動機轉(zhuǎn)矩峰值折減系數(shù)，不同生產(chǎn)工藝下異步電動機轉(zhuǎn)矩峰值波動系數(shù)可用于描述異步電動機不平衡度、振蕩頻率以及振蕩幅度。結(jié)合具體的異步電動機力能指標，致力于將M的取值最小化[7]。不同生產(chǎn)工藝下異步電動機轉(zhuǎn)矩峰值波動系數(shù)數(shù)值越大證明該生產(chǎn)工藝下對于異步電動機轉(zhuǎn)矩峰值波動影響也就越大，發(fā)生異步電動機故障的幾率也就越高。因此，一方面，在異步電動機生產(chǎn)的過程中，由于不同生產(chǎn)工藝導致異步電動機轉(zhuǎn)矩峰值的改變，降低異步電動機穩(wěn)態(tài)運行系數(shù)；另一方面，在異步電動機生產(chǎn)的過程中，由于不同生產(chǎn)工藝導致脈動轉(zhuǎn)矩波形變化幅度大，改變了異步電動機的力能。因此，在異步電動機生產(chǎn)過程中，可使用有限單元遞增法，計算每一段假定時間內(nèi)的異步電動機轉(zhuǎn)矩峰值，記錄當下產(chǎn)生的異步電動機轉(zhuǎn)矩峰值以及相同時間段下的振蕩幅度。探索不同生產(chǎn)工藝下造成的異步電動機轉(zhuǎn)矩峰值波動，盡可能的將異步電動機轉(zhuǎn)矩峰值波動控制在允許范圍內(nèi)，進而提高異步電動機力學性能。

3 生產(chǎn)工藝對異步電動機效率的影響

除上述問題，生產(chǎn)工藝還會對異步電動機效率產(chǎn)生影響。對于指定功率的異步電動機而言，其運行效率會受到多種相關(guān)因素對其的影響[8]，其中包括生產(chǎn)過程中的輸入／輸出功率、電動機總耗能等。本文以上述力能指標為研究依據(jù)，可計算異步電動機在正常情況下的工作功率，計算公式如式（5）所示。

公式（5）中：η指的是異步電動機工作效率；p2指的是在實際生產(chǎn)過程中電動機的輸出功率；p1指的是輸入功率；P指的是異步電動機在單位時間內(nèi)工作的總耗能。根據(jù)上述計算公式可知，此種類型電動機的輸出功率與輸入功率之間呈現(xiàn)一定的反比例股演習。也就是說當使用異步電動機進行生產(chǎn)活動時，若提升輸入功率，便會造成電動機的整體運行功率下降[9]。在對異步電動機力能指標分析過程中發(fā)現(xiàn)，鐵心是構(gòu)成電動機設備的核心構(gòu)件，它與轉(zhuǎn)子共同構(gòu)成磁路。在感應電動機指標過程中，可基于電子力學角度，對鐵心生產(chǎn)中磁通的損耗進行分析。由于發(fā)電機磁場中磁分子的取向是不斷發(fā)生變化的，因此可認為生產(chǎn)中渦流損耗是降低異步電動機效率的主要原因。異步電動機生產(chǎn)中渦流損耗量的計算公式如式（6）所示。

公式（6）中：P渦流指的是生產(chǎn)中渦流損耗量；B指的是異步發(fā)電機的磁通密度；f指的是交流磁通變化的頻率；ρ指的是電動機的電阻系數(shù)。根據(jù)上述計算公式，為了降低對異步電動機的損耗，可從定子鐵片層面分析，要求在執(zhí)行相關(guān)生產(chǎn)行為時，使用大電阻率的硅鋼片，或采用將異步電動機的絕緣處進行反復碾壓的方式，實現(xiàn)對其的絕緣處理[10]。綜上所述，異步電動機效率低在生產(chǎn)工藝上的主要原因可總結(jié)如下：其一，生產(chǎn)中定子毛刺過多，對電動機的正常工作造成干擾，使其極易出現(xiàn)片間短路、增加渦輪轉(zhuǎn)數(shù)等問題；其二，劃分的定子槽間距不均等，內(nèi)部與外部圓心無法實現(xiàn)有效重合，由于鐵心不齊導致的轉(zhuǎn)子相擦模，造成異步電動機在運行中的內(nèi)部磨損；其三，鐵心核心構(gòu)件質(zhì)量不足，導致安裝過程中片間絕緣遭到損害，此種問題在一定程度上增加了鐵耗；其四，通常情況下，使用硅鋼片固定鐵心，極易導致異步電動機核心電路出現(xiàn)短路問題，甚至會增強繞能力?；谏a(chǎn)工藝領(lǐng)域范圍內(nèi)對其開展研究，可發(fā)現(xiàn)多種造成異步電動機效率低的因素。因此，在后期的相關(guān)生產(chǎn)工作中，可從上述問題著手對生產(chǎn)工藝進行持續(xù)改進。

4 結(jié)論

通過生產(chǎn)工藝對異步電動機力能指標的影響分析，能夠取得一定的研究成果，由此可知，不同生產(chǎn)工藝必然會對異步電動機力能指標造成不同程度的影響。本文以功率、轉(zhuǎn)矩峰值以及效率為力能指標，得出生產(chǎn)工藝對其的具體影響。因此，本文提出的生產(chǎn)工藝對異步電動機力能指標的影響分析是具有現(xiàn)實意義的，能夠指導異步電動機力能優(yōu)化。在后期的發(fā)展中，應加大對異步電動機生產(chǎn)工藝的優(yōu)化設計。截止目前，國內(nèi)外針對異步電動機生產(chǎn)工藝的研究仍有待完善，在日后的研究中還需要進一步對異步電動機生產(chǎn)工藝的優(yōu)化設計進行深入研究，為提高異步電動機的力能提供參考。