变速电机转子临界转速问题分析Word文档格式.docx

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第一步刚度计算，主要是保证转轴的挠度必须在允许的范围内。

首先我们分别从转轴两端支承点的边界状态参数开始，根据连续性原理及相邻轴段在截面处的状态参数的约束条件，推出下一轴段的状态参数，直到转子铁心中心点，然后由转子本身质量和单边磁拉力引起的转轴挠度，来确定最终转子铁心中心处的总挠度；

第二步临界转速的计算，目的是为了与转子额定工作转速相比较，判断电机在正常工作情况下是否引起共振。

算例：

Y3-3553-2,450KW,380V电动机，铁心长度Lfe=630mm，转子外径ΦD2=Φ372.8mm，转子冲片通风孔底径Φdi2=Φ160mm,气隙δ=3.6mm,转轴尺寸图34：

图34

（1）轴的左边部分参数计算：

序号

Φdi（见图）

Xi（见图）

Xi3

Xi3-X3i-1

Ji（惯性矩）

（Xi3-X3i-1）/Ji

1

9.5

3.7

50.65

406.5

0.125

2

10.8

9.85

955.67

905.02

670.2

1.35

3

12

15.35

3616.81

2661.14

1020

2.61

4

13

35.35

44174.16

40557.345

1400

28.97

5

16

66.85

298747.47

254573.309

3220

79

S1=Σ（xi3-x3i-1）/Ji=112.12

（2）轴的右半部分参数计算：

2.1

9.26

0.02

8.2

551.37

542.11

0.81

20.15

8181.35

7629.98

7.48

13.8

35.15

43428.62

35247.27

1780

19.8

66.65

296074.13

252645.51

78.46

S2=Σ（xi3-x3i-1）/Ji=106.57

其中，JI为惯性矩,是一个圆整后的数值。

（3）转子重量G的估算：

轴

G1=πΦD22*Lfe*7.8*10-6

ΦD2-——转子外径，Lfe——铁心长度

G1=π*372.82*630*7.8*10-6=536kg

（4）由于转子重量产生的挠度fa：

fa=（L22*S1+L12*S2）

由于转轴采用的材料是45号钢，这样其弹性模量E取值为2.1*106kg/cm

fa=（66.652*112.12+66.852*106.57）

fa=0.00465cm

（5）确定转子的额定偏心矩e0，取10%的电机单边气隙值

e0=0.1*δ=0.1*0.36=0.036cm

（6）单边磁拉力Q0的估算：

Q0=0.3*ΦD2*Lfe

Q0=0.3*37.28*63=704.59kg

（7）计算与单边磁拉力成比例的转轴挠度f0：

f0=fa*

f0=0.00465*=0.0061cm

（8）确定因单边磁拉力在转轴上的最后挠度fm：

fm=f0/（1-m）

其中：

系数m为单边磁拉力挠度与转子额定偏心距比率

故：

fm=0.0061/（1-0.17）=0.0073cm

（9）转子铁心中心处的总挠度为：

f=fa+fm

f=0.00465+0.0073=0.0119cm

（10）求挠度与气隙的比值：

f/δ=0.0119/0.36=3.3%

（11）最后计算转轴的一阶临界转速为：

nk=300

nk=300=4008r/min

（12）临界转速与额定转速的比值：

假定2极电动机变频的最高频率为60HZ，

nk/n0=4008/3600=1.113<

1.3

由此我们判断：

该转轴的额定转速接近其一阶临界转速,易出现共振。

3计算结果分析

转轴的最大挠度与气隙的百分比f/δ按照一般感应电动机必须小于10%的要求，转轴的挠度是可行的。

按照变频时，2P电动机最高频率为60HZ，4P～10P电动机最高频率为100HZ，则一阶临界转速与同步转速的比值nk/n0见上表；

按照临界转速必须高出工作转速30%的要求，则除Y355-2,450KW一个规格外，其余规格都满足要求。

4解决方案

针对Y355-2,450KW的一阶临界转速不能满足要求的情况，我们提出具体3种具体解决方案，分别进行分析计算：

①降低功率等级，缩短机座长度的方案；

②加大转轴直径尺寸的方案；

③柔性轴设计方案。

（1）方案一：

降低功率等级，缩短机座长度。

a）在不改变原转轴设计尺寸的情况下，降低功率等级，对Y355-2,400KW,355KW两个规格进行核算，核算结果如下：

表7

型号规格

f/δ

nk（r/min）

nk/n0

Y355-2，400KW

3%

4122

1.145

Y355-2，355KW

4320

1.20

其一阶临界转速都不能满足要求。

b）将Y355-2,400KW转轴尺寸按450KW,400KW的铁心长度缩短△L=630-580=50mm来重新试算，结果如下：

表8

2.87%

4341

1.21

其一阶临界转速也不能满足要求。

c）再将Y355-2,355KW转轴尺寸按铁心长度缩短△L’=630-500=130mm来试算，结果如下：

表9

2.3%

4899

1.36

其一阶临界转速可以满足要求。

（2）方案二：

加大转轴直径尺寸的方案。

将铁心档轴径加大10mm计算，计算结果如下：

表10

2.4%

4763

1.32

Y355-2，450KW

2.5%

4664

1.29

（3）方案三：

柔性轴设计方案。

柔性轴一般在滑动轴承结构中使用，而滚动轴承结构无油膜阻尼和自动调心功能，所以在电机设计中H450机座号以下均采用滚动轴承和刚性轴结构设计。

故此方案不予考虑。

5建议与结论

（1）对于方案二，加大转轴直径后，转子冲片内径由Φ130mm加大到Φ140mm，重新对Y355-2,355KW,400KW,450KW三个规格进行电磁方案计算，核算其转子轭部磁密和电磁性能指标，见下表：

表11

转子内径ΦD02（mm）

转子轭部磁密Brc（GS）

空载电流Im（A）

功率因数Pf

Y355-2355KW

Φ130

10201

121.2

0.926

Φ140

10382

Y355-2

400KW

11646

163.0

0.814

11863

163.1

0.914

450KW

10166

151.0

0.931

10347

可见对电动机各参数和主要性能指标影响甚小，可以满足要求。

（2）对于方案一，Y355-2,450KW,400KW两个规格由于其一阶临界转速不能满足5~60HZ的调速要求，必须放入到H400机座。

Y355-2,355KW的机座长度必须在原Y3基本系列设计的基础上减短130mm，才能使其一阶临界转速满足要求。

方案比较：

对于方案二，可以保证系列型谱与基本系列一致，但必须重开H355-2转子冲片内圆落料模；

对于方案一，可以通用所有基本系列冲片模具，但必须更改H355-2机座铸造模，而且H355-2的功率等级降低2级。

对于目前国内大多数生产厂家来说，重开转子冲片内圆落料模比重开机座铸造模来说要容易做到，所以推荐方案二。