防爆电动机转子系统临界转速分析

2015-12-30朱常权,朱常兴,张洪喜等

防爆电机 2015年1期

防爆电动机转子系统临界转速分析

朱常权1，朱常兴1,2，张洪喜1,2，王殿有1,2

(1佳木斯电机股份有限公司，黑龙江佳木斯154002；

2国家防爆电机工程技术研究中心，黑龙江佳木斯154002)

摘要采用传递矩阵法对YB2电动机转子系统进行了分析，详细地阐述了复杂转子结构的模型等效方法和数值处理过程，该转子的临界转速计算结果表明设计的转子一阶临界转速接近工作转速而可能引起共振，建议将该轴转子长度改短和增加轴颈，提高其一阶临界转速。

关键词YB2电机；临界转速；传递矩阵法

DOI:10.3969/J.ISSN.1008-7281.2015.01.07

中图分类号：TM357

作者简介：朱常权男1985年生；毕业于黑龙江科技学院电气工程及其自动化专业，现从事电机技术工作.

收稿日期：2014-06-16

Analysis on Critical Speed of Explosion-Proof Motor Rotor System

ZhuChangquan,ZhuChangxing,ZhangHongxi,andWangDianyou

(1. Jiamusi Electric Machine Co., Ltd., Jiamusi 154002, China；2.National Engineering and technology Research Center of Explosion-Proof Electric Machine, Jiamusi 154002, China)

AbstractThis paper analyzes rotor system of YB2 series motors by using transfer matrix method and describes the model equivalent method and numerical processing procedure of complex structure in detail. The calculation result shows that the designed first-order critical speed of rotor can produce resonance if it is close to the running speed. It is suggested that the rotor length of shaft should be shortened and radial size of shaft neck should be increased to improve the first-order critical speed of rotor.

Key wordsYB2 motor；Critical speed；transfer matrix method

0引言

电机转子临界转速是指转子的某些特定转速，当转子在这些转速或者靠近这些转速运转时，转子将产生剧烈振动，从而破坏机器的正常工作状态。因而，准确计算转子的临界转速，对控制电机振动、保障电机安全运行有着重要意义。

目前用于电机转子临界转速计算的方法主要有经验公式法和传递矩阵法[17] ，经验公式法用于电机转子临界转速计算的误差较大且只能计算一阶临界转速，传递矩阵法可以实现多阶临界转速计算且计算精度较高，因而传递矩阵法计算电机转子临界转速的方法应用更为广泛[6，7]。

本文采用传递矩阵法计算转子的临界转速的方法，对我公司正在研发的YB2系列一典型规格电动机的转子系统进行了分析。

1转子系统简介

YB2系列电机是全封闭自扇冷式鼠笼型隔爆三相异步电动机，是YB系列电动机的更新换代产品，具有节能、安全、美观等特点。我公司生产的YB2系列隔爆型三相异步电动机，适用于有爆炸性气体混合物存在的场所。

图1给出了该电动机的转子系统的三维图，该转子系统由刚性轴、铸铝转子、风扇、平衡环等组成，从图上不难看出铸铝转子、风扇等部件结构相对复杂。

图1　YB2典型规格电动机转子系统

2临界转速计算

由于该转子系统结构比较复杂，进行转子的临界转速计算之前需要对该转子进行模型等效和数值化处理，依据传递矩阵法的理论需要将转子系统等效成薄圆盘和无质量杆的系统，如图2所示。

图2　轴的等效

在对薄圆盘、无质量杆的力学分析的基础上，建立起从左到右的传递矩阵，代入边界条件，依据转子动力学的理论计算传递矩阵特征值即可获得转子的临界转速，具体的理论推导可参观相关的文献[1,2]。在此基础上，文献[6]对该计算方法进行了发展，即将转子等效成刚性轴和附加质量、惯量即可。其中刚性轴指表征转子刚度的轴；附加质量、惯量是指轴上零部件的质量和惯量数据。在这里将对刚性轴和附加质量惯量的等效进行说明。

2.1刚性轴的等效

刚性轴的机械性能表征了转子的刚度，其结构也相对简单，如图1所示。直接提取刚性轴的尺寸数据即可，数据如表1所示。

表1　刚性轴数据表

2.2附加质量惯量等效

YB2电机转子的附加质量和惯量主要指铸铝转子、平衡环、风扇等部件的质量和惯量信息，从图1中不难看出，由于铸铝转子、平衡环、风扇等部件的结构比较复杂，准确计算出其质量、惯量数据存在一定难度，这里以铸铝转子为例，详细的阐述铸铝转子的质量、惯量的等效过程和方法。由于铸铝转子结构比较复杂，首先将其分为端部、中间部分分别进行数值处理。

(1)中间部分，该结构包含冲片、铸铝的鼠笼条、通风孔等结构组成，很难通过数值积分的方式计算得到其质量和惯量数据。本文通过solidworks软件建立其三维模型，打开soliworks软件“评估”菜单，然后点击“质量属性”就可以看到该部件的质量和惯量数据[7]，如图3所示。从图3中得到质量、惯量数据如表2所示。