專利名稱：與二次方轉(zhuǎn)矩類負(fù)載相匹配的電機(jī)轉(zhuǎn)子槽結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電機(jī)轉(zhuǎn)子槽結(jié)構(gòu)，特別涉及一種與二次方轉(zhuǎn)矩類負(fù)載相匹配的電機(jī)轉(zhuǎn)子槽結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
隨著國(guó)家對(duì)節(jié)能減排工作的重視，先后出臺(tái)了各種措施和規(guī)范。其中感應(yīng)電機(jī)量大面廣，每年耗電量約占整個(gè)發(fā)電量的57%，而二次方轉(zhuǎn)矩類負(fù)載(如風(fēng)機(jī)、水泵類負(fù)載)在感應(yīng)電機(jī)所配套的負(fù)載中占了很大比例，約為35%，因而對(duì)此類負(fù)載專用電機(jī)的研究具有重要意義。由于系統(tǒng)效率為電機(jī)效率與負(fù)載效率的乘積，在電機(jī)效率提高的同時(shí)，又能滿足負(fù)載在自身的高效區(qū)間運(yùn)行，才能保證整個(gè)系統(tǒng)效率達(dá)到最佳的運(yùn)行效果。此外，對(duì)于部 分實(shí)際運(yùn)行的工況，替換普通高效電機(jī)所引起的負(fù)載轉(zhuǎn)速變化不能滿足已有生產(chǎn)工藝的需要。高效電機(jī)設(shè)計(jì)屬電機(jī)本體節(jié)能技術(shù)。通常，普通高效電機(jī)在本身效率提高的同時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速一般也會(huì)相應(yīng)提高。對(duì)于典型的如風(fēng)機(jī)、水泵等二次方轉(zhuǎn)矩類負(fù)載，負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的二次方呈正比關(guān)系。在采用普通高效電機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速提高將使負(fù)載增大(如圖I所示)，又會(huì)導(dǎo)致電機(jī)的電流增大；其次該類負(fù)載特性一般負(fù)載高效點(diǎn)的轉(zhuǎn)速范圍較窄，如圖2所示，當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速偏離高效區(qū)時(shí)，系統(tǒng)的效率會(huì)明顯下降。因此，對(duì)于該類負(fù)載，采用普通高效電機(jī)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)不節(jié)能或節(jié)能效果不佳的情況。由此可見,通過合理的設(shè)計(jì)專用高效電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使之與負(fù)載的轉(zhuǎn)速相匹配，才能保證系統(tǒng)的高效率運(yùn)行，達(dá)到系統(tǒng)節(jié)能的目的。與二次方轉(zhuǎn)矩類負(fù)載相配套的普通高效電機(jī)設(shè)計(jì)存在以下缺陷I.注重提高電機(jī)的效率，沒有考慮到電機(jī)與負(fù)載的匹配性，使得現(xiàn)有普通高效電機(jī)的轉(zhuǎn)速普遍提高，造成整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行效率偏低；2.部分工況下，替換普通高效電機(jī)所引起的負(fù)載轉(zhuǎn)速變化不能滿足已有生產(chǎn)工藝的需要；3.現(xiàn)有電機(jī)槽型設(shè)計(jì)方法，在電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩等性能不變的情況下，不易對(duì)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速進(jìn)行微調(diào)。上述缺陷造成在該類負(fù)載情況下，直接采用普通的高效電機(jī)無法達(dá)到系統(tǒng)最佳的節(jié)能效果。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對(duì)已有技術(shù)中存在的缺陷，本實(shí)用新型提供一種與二次方轉(zhuǎn)矩類負(fù)載相匹配的電機(jī)轉(zhuǎn)子槽結(jié)構(gòu)。由電機(jī)學(xué)的基本原理可知，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速與電機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻呈密切的負(fù)相關(guān)性，轉(zhuǎn)子電阻增大則轉(zhuǎn)速降低。通常，改變轉(zhuǎn)子電阻一般可通過增大轉(zhuǎn)子電阻率和調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子槽型面積兩種方法來實(shí)現(xiàn)。改變轉(zhuǎn)子電阻率，通常采用在鑄鋁工藝中改變鋁合金的比例來實(shí)現(xiàn)，但由于鑄鋁材料的摻雜比例不易控制，鑄鋁工藝復(fù)雜，且成本較高，常導(dǎo)致電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化較大，不易對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行微調(diào)。對(duì)于調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子槽型面積，一般是直接通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子槽型的寬度和高度來實(shí)現(xiàn)，但這種方法會(huì)造成轉(zhuǎn)子槽漏抗參數(shù)的改變，直接影響到電機(jī)的啟動(dòng)等性能指標(biāo)，不能滿足設(shè)計(jì)需要，因而也存在一定的缺陷。普通高效電機(jī)在本身效率得到提高的同時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速一般也會(huì)相應(yīng)提高，對(duì)于二次方轉(zhuǎn)矩類負(fù)載而言，轉(zhuǎn)速提高又使負(fù)載加重，導(dǎo)致電機(jī)的電流增大，其次該類負(fù)載特性一般負(fù)載高效點(diǎn)的速度范圍較窄，當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速偏離高效區(qū)時(shí)，系統(tǒng)的效率會(huì)明顯下降。因此，對(duì)于該類負(fù)載，采用普通高效電機(jī)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)不節(jié)能或節(jié)能效果不佳的情況。本實(shí)用新型通過對(duì)上述兩種方法的綜合分析，針對(duì)已有技術(shù)中存在的缺陷，本實(shí)用新型提供一種與二次方轉(zhuǎn)矩類負(fù)載相匹配的電機(jī)轉(zhuǎn)子槽結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型的電機(jī)轉(zhuǎn)子槽結(jié)構(gòu)是根據(jù)二次方轉(zhuǎn)矩類負(fù)載特性以及效率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線，在傳統(tǒng)的電機(jī)轉(zhuǎn)子槽型的基礎(chǔ)上減小槽腰部的寬度，即在原電機(jī)轉(zhuǎn)子槽內(nèi)增開一槽型形成槽中槽來改變槽型面積，以改變?cè)姍C(jī)轉(zhuǎn)子電阻參數(shù)，通過設(shè)置槽中槽的尺寸及槽底與槽中槽之間的距離，同時(shí)保·持轉(zhuǎn)子槽漏抗穩(wěn)定，利用調(diào)節(jié)原電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻和槽漏磁導(dǎo)參數(shù)，達(dá)到平滑微調(diào)電機(jī)轉(zhuǎn)速，滿足電機(jī)與二次方轉(zhuǎn)矩類負(fù)載特性的轉(zhuǎn)速合理匹配。所述原電機(jī)轉(zhuǎn)子槽內(nèi)增開一槽型形成一高度為h、深度為b的槽中槽。原電機(jī)轉(zhuǎn)子槽的槽型槽底與槽中槽之間的距離為L(zhǎng)。圖3為電機(jī)轉(zhuǎn)子槽原槽型，圖4為在原轉(zhuǎn)子槽型基礎(chǔ)上的變化。在改變了轉(zhuǎn)子槽面積的同時(shí)，可通過調(diào)節(jié)槽中槽S所在的垂直位置，即L值來實(shí)現(xiàn)基本保持轉(zhuǎn)子槽漏抗穩(wěn)定，這種調(diào)節(jié)方法不僅改變了電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻，達(dá)到降低電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，也兼顧到電機(jī)的起動(dòng)性能。通過采用槽中槽法進(jìn)行槽參數(shù)的不同組合，轉(zhuǎn)子電阻將成規(guī)律性遞減，由此可以控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化。設(shè)計(jì)時(shí)，在保持轉(zhuǎn)子槽型面積的基礎(chǔ)上，通過微調(diào)L的值，可以精確控制轉(zhuǎn)子的槽漏抗。最終通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電阻變化和控制轉(zhuǎn)子槽漏抗基本穩(wěn)定，達(dá)到平滑微調(diào)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，滿足電機(jī)與二次方轉(zhuǎn)矩類負(fù)載特性的轉(zhuǎn)速合理匹配，達(dá)到系統(tǒng)最佳的節(jié)能效果。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是能夠有效地提高電機(jī)對(duì)二次方轉(zhuǎn)矩類負(fù)載的系統(tǒng)效率，避免了能源的浪費(fèi)，能夠有效降低電機(jī)的成本，節(jié)約銅、鐵、鋁等不可再生資源。

圖I負(fù)載轉(zhuǎn)矩與電機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系圖；圖2負(fù)載的效率與電機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系圖；圖3傳統(tǒng)的電機(jī)轉(zhuǎn)子槽型結(jié)構(gòu)示意圖；圖4修改后的電機(jī)轉(zhuǎn)子槽型結(jié)構(gòu)示意圖圖5實(shí)施例一原型電機(jī)轉(zhuǎn)子槽型結(jié)構(gòu)示意圖；圖6實(shí)施例一修改后的電機(jī)轉(zhuǎn)子槽型結(jié)構(gòu)示意圖。圖7實(shí)施例二原型電機(jī)轉(zhuǎn)子槽型結(jié)構(gòu)示意圖；[0026]圖8實(shí)施例二修改后的電機(jī)轉(zhuǎn)子槽型結(jié)構(gòu)示意圖。圖I中Na為普通效率；Nb為高效率；Nc為負(fù)載線
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本實(shí)用新型。實(shí)施例一本實(shí)施例以一臺(tái)160kW、最高效點(diǎn)的轉(zhuǎn)速為2970r/min水泵負(fù)載為例，設(shè)計(jì)一臺(tái)水
泵專用電機(jī)。先確定水泵負(fù)載的高效率轉(zhuǎn)速2970r/min為電機(jī)設(shè)計(jì)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速。選用一臺(tái)與水泵負(fù)載功率相匹配的電機(jī)Y3-315Ll-2_160kW普通高效率電機(jī)作為基準(zhǔn)，電機(jī)轉(zhuǎn)子槽的槽型如圖5所示，根據(jù)基準(zhǔn)電機(jī)參數(shù)計(jì)算出電機(jī)額定負(fù)載轉(zhuǎn)速、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的倍數(shù)。本實(shí)施例中的原槽型寬度b2轉(zhuǎn)化為等于brl—br2 — brO，高度hL轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)I—h2。具體參數(shù)值b01=l. 5mm, h01=l. 5mm, a=30。, h2=15mm, Ll=45. 7mm, brl=2. 5mm，br2=10mm，br0=5. 4mm。通過計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算可得電機(jī)額定轉(zhuǎn)速為2975r/min，轉(zhuǎn)子漏抗標(biāo)幺值 1044，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)為2.00。根據(jù)選用的負(fù)載轉(zhuǎn)速模擬在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)增開一槽型形成一槽中槽，槽中槽的初始值高度h約為整個(gè)槽中槽高的1/4 3/4，深度b為此處槽寬的1/2左右，然后由計(jì)算機(jī)進(jìn)行試算。由于本實(shí)施例電機(jī)轉(zhuǎn)子槽的形狀的差異，本實(shí)施例中的槽中槽高度深度為b轉(zhuǎn)化為br3，br4，L轉(zhuǎn)化為hl，如圖6所示。設(shè)置槽中槽的初始值，即預(yù)設(shè)br3、br4、hi初始值，使用“小型三相異步電動(dòng)機(jī)電磁計(jì)算軟件MEMC V2. O”進(jìn)行輔助試算。通過試算得到電機(jī)額定轉(zhuǎn)速，再與負(fù)載轉(zhuǎn)速對(duì)比，經(jīng)反復(fù)計(jì)算找到最理想的匹配結(jié)果，確定槽中槽深度b的尺寸與槽中槽高h(yuǎn)的尺寸。本實(shí)施例經(jīng)計(jì)算機(jī)反復(fù)試算得到br3、br4、h的值。根據(jù)計(jì)算得到轉(zhuǎn)子槽的漏抗數(shù)值，在保證槽中槽面積不變的情況下，通過調(diào)整槽底與槽中槽之間的距離L，以保持轉(zhuǎn)子槽漏抗的穩(wěn)定，最終達(dá)到所需要的效率和起動(dòng)性能。本實(shí)施例根據(jù)漏抗數(shù)值在保證槽中槽面積不變的情況下，確定槽底與槽中槽之間的距離hi。本實(shí)施例在反復(fù)試算過程中可列出轉(zhuǎn)子槽參數(shù)調(diào)整表，負(fù)載水泵的最高效點(diǎn)的轉(zhuǎn)速為2970r/min,調(diào)節(jié)br3, br4, h的值來調(diào)整轉(zhuǎn)子槽參數(shù)的值，br3, br4, h, hi和η (電機(jī)轉(zhuǎn)速)和Tst (電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù))關(guān)系如下表所示轉(zhuǎn)子槽參數(shù)調(diào)整表
權(quán)利要求1. ー種與二次方轉(zhuǎn)矩類負(fù)載相匹配的高效電機(jī)轉(zhuǎn)子槽結(jié)構(gòu)，其特征在于在電機(jī)轉(zhuǎn)子槽型的基礎(chǔ)上減小槽腰部的寬度，即在電機(jī)轉(zhuǎn)子槽內(nèi)增開ー槽型形成槽中槽改變槽型面積，以改變電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻參數(shù)，設(shè)置槽中槽的尺寸及槽底與槽中槽之間的距離，滿足電機(jī)與二次方轉(zhuǎn)矩類負(fù)載特性的轉(zhuǎn)速合理匹配。·
專利摘要與二次方轉(zhuǎn)矩類負(fù)載相匹配的電機(jī)轉(zhuǎn)子槽結(jié)構(gòu)，其特征在于根據(jù)二次方轉(zhuǎn)矩類負(fù)載特性以及效率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線，在電機(jī)轉(zhuǎn)子槽原槽內(nèi)增開一槽型形成槽中槽來改變槽型面積，以改變?cè)姍C(jī)轉(zhuǎn)子電阻參數(shù)；通過設(shè)置槽中槽的尺寸及槽底與槽中槽之間的距離，以保持轉(zhuǎn)子槽漏抗穩(wěn)定，利用調(diào)節(jié)原電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻和槽漏磁導(dǎo)參數(shù)，達(dá)到平滑微調(diào)電機(jī)轉(zhuǎn)速，滿足電機(jī)與二次方轉(zhuǎn)矩類負(fù)載特性的轉(zhuǎn)速合理匹配。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是能夠有效地提高電機(jī)與其二次方轉(zhuǎn)矩類負(fù)載的系統(tǒng)效率，避免了能源的浪費(fèi)，能夠有效降低電機(jī)的成本，節(jié)約銅、鐵、鋁等不可再生資源。
文檔編號(hào)H02K17/12GK202759300SQ201220281628
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月14日
發(fā)明者黃堅(jiān), 李志強(qiáng), 王鴻鵠, 胡春雷, 陳偉華, 吳漢熙 申請(qǐng)人:上海電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能工程技術(shù)研究中心有限公司, 上海電科節(jié)能科技有限公司