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      微電機運行特性之——電機起動過程的熱應力問題探討

      2020-08-03

      微電機運行特性之——電機起動過程的熱應力問題探討

          微電機起動過程中,特別是對于籠型電機,轉子轉速由零逐步增加到額定轉速,轉子轉差率由1降低至穩定的比較小的一個數值,在這個過程中電機轉子累積的轉子銅損耗,也就是電機運行時在額定轉速下的動能。

          對于需要正反轉的電機,如果使滿速運轉的電機反向制動并進行逆向旋轉,此時轉子消耗的能量要比正常起動時消耗的能量大很多,大約是3倍的能量。

      電機起動過程為何會有熱應力?

          電機起動過程中,緣于時間相對較短的因素,定轉子鐵芯的溫度相對較低,而通電導體在此期間的溫度升高很快,原本一體的結構件,因為受熱情況的不一致性,以及材料熱膨脹系數的差別,轉子中的導電籠條會因為自由伸脹在物理空間的受限而產生熱應力。

          熱應力又稱變溫應力,是指溫度改變時,物體由于外在約束以及內部各部分之間的相互約束,使其不能完全自由脹縮而產生的應力。

          當熱應力超過屈服強度或疲勞極限時,導條會產生裂絲紋;深槽轉子電機起動時,由于電機的擠流效應,會使轉子導條的上下部分溫度差異較大,并產生不同的膨脹,進而產生彎曲,這種現象對于非鑄造工藝的導條轉子問題更為嚴重,嚴重時可能出現轉子導條斷裂問題。

          同時,起動過程中定子繞組的電流很大,會產生瞬時的溫度高,電機長時間低速爬行、頻繁重載起動,都會導致定子繞組絕緣的過早老化,或是因為溫度過高而導致電機絕緣以及電磁線漆膜軟化擊穿,導致繞組的匝間故障。

          從以上分析我們可以得出一個結論,一臺好的電機必須有好的起動性能,否則電機會因為起動而導致過早的壽命終結。

      關聯術語解釋

      ●屈服強度

          屈服強度是金屬材料發生屈服現象時的屈服極限,也就是抵抗微量塑性變形的應力。對于無明顯屈服現象出現的金屬材料,規定以產生0.2%殘余變形的應力值作為其屈服極限,稱為條件屈服極限或屈服強度。

          大于屈服強度的外力作用,將會使零件失效,無法恢復。比如,低碳鋼的屈服極限為207MPa,在大于此極限的外力作用之下,零件將會產生變形,否則,零件還會恢復原樣。

      ●疲勞極限

          疲勞極限是指經過無窮多次應力循環而不發生破壞時的應力值,又稱為持久極限。材料的疲勞極限是材料本身所固有的性質,因循環特征、試件變形的形式以及材料所處的環境等不同而不同,需疲勞試驗定。


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