感应异步电机散热技术探讨

感应异步电机散热技术探讨

李敏超

鹤山市民强五金机电有限公司

摘要：简介了感应异步电机的结构，分析了电机热源的主要原因，并针对发热原因，分别设计了高散热结构、优化通风散热系统以及优化通风扇结构等多种技术方案。多种方案相互组合使用，对提升感应异步电机的散热有较大的效果。

关键词：感应异步电机 热源分析 散热技术

引言

感应异步电动机也就是感应电动机，是一种交流电机。这种电机是由于气隙旋转磁场与转子绕组中的感应电流产生相互的作用，从而产生电磁转矩，于是实现了机电能量转化为机械能量。它在工业、农业、国防和科学技术现代化中占有举足轻重的地位。异步电动机的安全、可靠、稳定的运行，对国民经济和人民生活水平的提高，甚至对其它设备和人们的生命财产安全都产生着重大的影响。但因其工作负荷较重、工作环境恶劣、散热效果差，因此在机械方面、电气方面极易发生故障，就会造成巨大的损失。

1. 感应异步电机的结构与热源分析

感应异步电机按相数分为单相异步电机和三相异步电机；按照转子结构可分为鼠笼型异步电机以及绕线型异步电机。

本文以鼠笼式异步电动机为例，介绍一下异步电机的基本结构。如图1所示，鼠笼式异步电动机主要是由静止不动的定子部分和转动的转子两部分组成。定、转子中间有一均匀气隙，气隙一般很小，间距为0.2～2mm。除此之外，还有在定子两端端盖，起到支撑作用、以及轴承和轴承内、外盖。为了形成冷却降温的风路，在定子一侧装有散热风扇以及风罩。定子绕组端头中的引线连结到机座外接线盒的端子之上。风扇一般是铸铝件（或塑料件），起通风冷却散热的作用；罩壳由薄钢板制作而成，主要的作用是导风散热和保护风扇。

异步电机的发热的主要原因是由于各种损耗，异步电机在使用过程中，定子与转子之间会发热，转轴也会随之发热。此外，异步电机散热风扇若工作不正常，也会致使电机在工作过程中出现发热情况。异步电机持续长时间高温工作容易造成电机损坏，为了有效的降低电机由于散热效果差而出现的温升需要提高其散热效率，使电机稳定同时又高效地运行。

2.异步电机的稳定温升

异步电机在运行时由于损耗产生的热量，在电机刚开始起动时几乎全部导致异步电机本身温度的提高，温度上升得很快。随着异步电机温度的升高，异步电机与周围介质之间的温差逐渐增大，异步电机向外散出的热量也逐步增多。这样，能够提供异步电机温度的热量就减少，异步电机温度的升高也就逐渐缓慢下来。 最后，异步电机中产生的热量全部传给周围介质，异步电机的温度就不再升高， 达到了热稳定状态。这时异步电机每秒钟产生的热量刚好等于每秒钟向周围介质散出的热量。这个温度就叫做异步电机的稳定温度。

异步电机在额定负载下长期运行达到热稳定状态时， 异步电机各部件温升的允许极限值，我们称为异步电机温升限度。

异步电机的冷却决定了异步电机的散热能力，而散热能力决定了异步电机的温升，温升又直接影响异步电机的寿命和出力，由此可见冷却问题对电机具有重要意义。目前，异步电机中有效材料的利用率不断提高，因此提高其散热能力、改善冷却系统成为异步电机设计制造中控制温升、增大出力和减轻重量、降低成本的重要手段。

3.异步电机散热技术方案

3.1高散热结构设计

底座上表面设置有感应电机本体，且感应电机本体与底座固定连接。感应电机本体前端设置有前端盖，前端盖与感应电机本体固定连接。该一种具有高散热结构的异步感应电机，通过设置吸热泵和吸热管，吸热泵固定在底座的内部，吸热泵顶端的吸热管连接在感应电机本体的底端，在感应电机本体在进行工作时，吸热泵通过吸热管将感应电机本体内部的热量进行吸收，吸收到吸热管内部的热量进入到底座的内部然后通过散热管向外部排出，给感应电机本体的内部的热量的消散带来便利。

3.2提高通风系统效果

所设计的通风散热系统由机壳，前后端盖，电机风扇端风罩，风扇，定子，转子以及转轴等部分组成。机壳中设计有定子，定子中间转动设计有转子，转子中间设有转轴。转轴开有四个对称的通风孔，呈弧形状。转子轭部上开有通风孔，其特点为轴向等距圆形。在电机前后端盖设有通风孔，该通风孔前后对称。散热翅设在电机机壳上，同时设计有通风沟，其截面形状为三角形。机壳后端设置有风叶腔，风叶腔与外界导通。风扇叶安装在风叶腔中的转轴上，风扇叶吹出的热风打在风扇罩上，其中定子的一部分热量由散热翅带走。另一部分风则由后端盖孔沿转子轭部的圆形轴，通过通风孔吹向前端盖的通风孔，转子部分产生的热量有次带走。这样的设计既提高了散热效率，又能很好地抑制温度的上升，散热效果良好。

3.3提高通风扇散热效果

内置于感应异步电机的通风扇结构，包括端盖和风罩筒，端盖的内部贯穿设置有转轴，转轴与所述端盖转动连接，转轴的外侧套设有风扇板，风扇板的前表面固定设置有扇叶，扇叶的外侧固定设置有覆盖层，风罩筒的内侧开设有螺孔。该用于一种内置于感应异步电机的通风扇结构，通过设置连接片、风罩底、过滤网和覆盖层，使得设计具有便于过滤和不易堆积灰尘的功能，通过过滤网能够减少杂质灰尘进入扇叶和风扇板，降低了扇叶和风扇板的维护次数，同时，有效克服了扇叶和风扇板表面灰尘堆积，不易清理的问题，达到提高通风扇的工作效率，提高了通风散热效果。

4.结语

综上所述，感应异步电动机的发热产生原因有多种，有电机的各种损耗产生发热，也有电机散热风扇的不正常工作产生发热。针对热源，应分别对症下药，如设计了高散热结构、优化通风散热系统以及优化通风扇结构等。上述方案可以结合使用，从而提高感应异步电机散热的效果。

参考文献

1. 罗勇林.大型异步电机通风散热优化设计[D]上海：上海交通大学学位论文,2007

2. 莫锦文,麦凯团,李敏超. 一种具有高散热结构的异步感应电机[P]. 中国专利：ZL202021470335.7，2020-07-23

3.莫锦文,陈结青,麦凯团. 一种内置于感应异步电机的通风扇结构[P]. 中国专利：ZL202020911810.3，2020-05-26

4. 孟大伟,邵祥.一种五相异步感应电机的通风散热系统[P]. 中国专利：ZL201911388177.2，2019-12-30