全封闭制冷压缩机专用三相异步电动机的几个设计问题

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　李金松

　　目前，由于我国尚无耐氟，耐油、高起动转矩、高效率、低噪声的全封闭制冷压缩机专用三相异步电动机系列，使结构先进的全封闭制冷压缩机系列得不到批量生产。现根据我厂几年来生产3FY4Q全封闭制冷压缩机专用三相异步电动机（以下简称专用电机）的实践谈谈该类电机的几个设计问题。

一、    全封闭制冷压缩机对专用电机的要求

　　全封闭制冷压缩机的结构如图所示。由于专用电机与压缩泵安装在同一密封壳内，并且有单臂轴承安装特点，因此专用电机的性能及可靠性将直接影响整机的先进性。根据压缩机系统的实际工况，专用电机需满足以下要求：

1．为适应制冷系统的冷凝和蒸发过程中的停止——起动力矩和负荷的变化，专用电机须有较高的最大转矩和起动转矩。（比一般电机高15%～20%）。

2．应能在高温、高压以及氟里昂冷冻油气液腐蚀下长期工作。

3．压缩机系统有相当部分用于房间空调，为减少噪音污染，专用电机噪声要低。

4.为保证制冷系统“单位功率制冷量”这一主要指标，专用电机效率要高。

二、          主要尺寸比λ的选择

众所周知，电机的主要尺寸比为

λ=ιeff/τρ

式中ιeff——电机有效铁芯长度；

τρ——电机极距。

　　λ值的大小与电机的运行性能、经济性、工艺性等密切相关。在选用专用电机的λ值时应主要考虑以下方面的问题。

专用电机有单臂轴承悬装特点，压缩泵一类机械总希望“飞轮惯性短”大一些。

M=GD2

式中，G——飞轮重量；

D——为飞轮惯性直径。

因此，在安装空间允许情况下可适当压缩专用电机的主要尺寸比。

　　另外，根据电机学原理，电机的最大转矩

Mm =1/Ω1·｛3U21/2[γ1+√γ21+（x1+x’2）2] ｝

和起动转矩

Mst=1/Ω1·[3U21γ’2/（γ1+γ’2）2+（x1+ x’2）2]

式中Ω1——同步角速度，

U1——外施相电压，

γ1：x1——定子相电阻和定子漏电抗，

γ’2：x’2——折合后的转子电阻和漏电抗。是随总漏抗

x=（x1+x’2）

的减少而增大，最大转矩Mm可看作与总漏抗x成反比（因在一般电机中γ1《x。而总漏抗又正比于漏抗系数：

Cx=μ08πf1（w1κdρ1）2/ρ·ιeff

式中μ0——空气磁导率，

f1——电源频率，

w1κdρ1——每相有效串联匝数，

ρ——极数。

　　根据上式可知，电机的总漏抗正比于有效铁芯长度。即

x∝ιeff∝λ

　　因此缩小电机的主要尺寸比有利于提高最大转矩和起动转矩。当然提高转子电阻，减少定子匝数，增加定转子槽数等也是提高最大转矩和起动转矩的有效措施，这些措施的选择和处理方法与一般电机无异，设计者可根据具体情况兼之并用。

　　通过以上分析，设计时适当压缩主要尺寸比λ，可使专用电机满足以下几点：

1．适应单臂轴承悬装特点。

2．“飞轮惯性矩”明显增加，使压缩机系统运转平稳。

3．总漏电抗减少，有利提高起动转矩和过载能力。

4．有利于转子槽形的选择设计，从而可改善起动性能。

　对一般系列的中小型电机，λ值一般在0.5~2.5间，对专用电机建议取以上范围的较小值。

三、    专用电机的绝缘处理

　　由于专用电机处于氟里昂、润滑油、高温高压环境介质中运转做功，尤其是F22制冷剂在高温下粘度下降，酸值增高，因此对专用电机的绝缘处理理当重视，应使之在上述恶劣环境下长期工作不致发生软化、溶解、脱皮等。试验和资料证明：聚酰胺亚胺漆包线和聚酰亚胺绝缘材料对上述工作环境的适应性优于目前其他材料（如聚脂，聚脂亚胺等）。它具有优异的机械、电气、耐高温、耐试剂、耐氟里昂等综合性能。

　　专用电机的绝缘等级应为B级，但由于目前耐氟里昂气液，耐润滑油的各级绝缘材料还不能成套供应，所以一般都采用E级混合级绝缘。

四、          专用电机的噪声

　　根据整机结构分析，专用电机的噪声主要是电磁振动引起。由于专用电机与压缩泵同轴并且是单臂轴承安装，故最容易使电机气隙不均匀，这是造成电磁振动的主要原因。因为这使气隙磁导不均匀，由此而产生的径向单边磁拉力在气隙的最小方向作用于转子上，这个不平衡磁拉力可表示为

F=kπD2ιeff（Bδ/5000）2 ·e/δ

式中k——经验系数，对异步电机取0.3，

D2——转子外径，

Bδ——气隙磁密，

e——气隙偏心量，

δ——单边平均气隙。

　　根据上式，设计者应从D2，ιeff，Bδ，δ等方面综合考虑，其中对气隙δ的选择应比一般系列电机放大0.05～0.1毫米，这不仅能有效地控制电磁振动，而且由于混合气液要从气隙中高速流过，适当加大气隙会明显减小气液对定子铁芯以及绝缘材料的冲刷。

　　另外，槽配合对电磁振动具有重要影响。

　　我们知道，在三相对称绕组的气隙磁场中，除了基波和相带谐波以外，还存在着主要定子齿谐波

ν=2Q1/ρ±1

　和转子齿谐波

μ=2Q2/ρ±1

式中Q1——定子槽数，

Q2——转子槽数。这些谐波将产生一系列的激振力波，其影响大小将随着激振力波交变次数

γ=ν±μ

的减小而加剧。从限制激振力波次数考虑，欲减小噪声，根据理论分析在选择定转子槽数时应使

Q1－Q2≠｛ρ±κκ

式中κ=0；1；2；3……。对小型电机κ取前三项即可。

　　当槽配合选定后，对齿谐波也可用斜槽来削弱。

　　一般专用电机的噪声应比整机要求噪声低5～10分贝。

五　专用电机的力能指标

　　以上提到，专用电机的最大转矩和起动转矩必须满足压缩机工况要求，这样会给提高力能指标带来困难，诚然，力能指标是耗电的重要指标，应是设计者努力的目标之一，但鉴于对专用电机有特殊要求，通常专用电机的力能指标较一般系列电机低（3～4）%或保持一般系列电机水平。