论磁性槽楔在电动机应用中的利弊

高翔

摘要：电动机是工业及日常生活中耗电量最大的电气设备之一，然而电机行业目前正面临着巨大的国际竞争压力及挑战，当前最需解决的技术问题之一就是实现电动机的高效运行。

关键词：磁性槽楔；电动机；利弊

一、磁性槽楔在电动机中的应用原理

交流电动机由于采用成型绕组,为了嵌放绕组的需要,铁芯的槽型采用开口槽,从而使电机气隙槽、齿部的磁导不均匀,进而导致气隙磁密中含有大量齿谐波。当转子转动时,转子表面某一点的磁密将不是常数,而是按齿谐波的气隙脉振。

电机中存在的齿谐波和气隙脉振,将在铁芯中感应出高频的涡流,产生定、转子表面损耗、脉振损耗和谐波磁场铁损耗等附加铁耗,从而导致电机的空载电流增加,功率因数和效率降低,温度增高,绝缘寿命缩短。同时,由于齿谐波的存在,将会产生异步附加转矩,使电动机的总转矩曲线产生凹陷的谷点,从而影响电动机的起动性能,特别是对一些定、转子槽数配合不够理想的电动机,将会发生起动困难和低速潜行。此外,电动机中齿谐波的存在,还将增大电动机的振动和噪音。

电动机采用磁性槽楔后,产生类似半开口槽和闭口槽的特性,极大地削弱了电动机中的齿谐波和气隙磁密的瞬间脉振,从而达到降低电机铁耗,提高电动机效率的目的。

二、磁性槽楔的分类

1、磁性槽泥。磁性槽泥主要由高目数的还原铁粉和高粘度的树脂组成。在使用时只要将其涂抹在电机定子槽口处固化成型即可。从使用工艺可看出，由于在使用过程中有很大的人为因素，例如涂抹的量及均匀程度等都会影响其性能。而且用这种方法固化成型的磁楔力学性能较差，在运行过程中容易脱落。

2、模压磁性槽楔。模压磁楔以磁粉为导磁相，以树脂作为粘合剂，用玻璃纤维作为增强材料在模具中热压而成。由于模压磁楔尺寸容易精确控制，因此对制造各向性的磁楔具有优势。图1为各向同性和各向异性模压磁楔，各向同性磁楔即X方向和Y方向的磁导率相同，各向异性磁楔在X方向和Y方向的磁导率不同，X方向的磁导率小于Y方向的磁导率。与各向同性磁楔相比，各向异性槽楔能有效缓解由于使用磁性槽楔带来的电机起动转矩和最大转矩的下降，使其仅减少大约3%～4%，从而效率提高1%～2%，同时能有效降低气隙磁场中的最大谐波磁场分量和减小磁密脉动。

3、引拔型磁楔。引拔磁楔是将成束细铁丝涂胶后，外面包以玻璃丝带再经加热模具引拔成型。从工艺流程可看出，由于有铁丝增强，因此磁性槽楔的强度有较大的提高，但实际使用后发现，铁丝引拔型槽楔对使用时的粘结工艺要求很高，若粘结不牢电机运行过程磁楔会脱落，散出的铁丝容易伤及线圈，甚至烧坏电机。

4、层压磁楔。层压磁楔以树脂浸渍后的玻璃布为基体，与磁粉叠加压制而成。层压磁楔中由于玻璃纤维含量较高，所以具有较好的力学性能，由于低密度树脂和纤维含量较高，因此密度较小，而且层压磁楔的成型性较好，可先压成板材后再加工，而模压磁楔需专模专压。但层压磁楔由于撒粉工艺的缺陷容易造成磁粉在玻璃布上分布不均匀，从而影响磁楔的性能，而且由于使用玻璃布导致磁楔的磁导率降低。

三、电机及磁性槽楔的特点

电机因制造工艺和绝缘的要求，线圈均采用成型绕组的制造工艺，定子铁心采用开口槽，再用槽楔将成型线圏紧紧固定在槽内。若槽楔为非磁性槽楔，则槽楔与齿的磁阻相差巨大，磁通通过定、转子间的气隙时，气隙磁密分布不均勻，增大了气隙磁导齿谐波，这样造成电机激磁电流增加，转子表面损耗和脉振损耗增大，导致电机温升增加，效率下降，振动和电磁噪音增大，以及其他电性能下降。若在定子开口槽内采用磁性槽楔，不论是在空载或负载状态下，磁性槽楔磁导率好明显加大，磁密分布会更加均匀，脉振幅值减小，磁密最小值增加，铁耗明显减小。开口槽电机就可获得半开口槽或半闭口槽那样的电磁特性。大量试验数据显示，交流电机采用磁性槽楔对降低电机铁耗，提高电机效率，降低电机温升，效果十分明显，由于磁性槽楔内部可流过部分磁通，使气隙中磁密分布趋于均匀，能极大地改善电机振动和噪声特性。

磁性槽楔是一种电机上使用的导磁槽楔，具有以下特点：①节能。电机采用磁性槽楔减少了励磁电流，改善功率因数，效率提高1～2%；②延长电机寿命。电机采用磁性槽楔，可降低铁芯损耗40%以上，降低电机升温，减少电磁噪音和震动；③降低启动转矩。由于磁性槽楔是导磁体，因此使电机的漏磁增强，启动转矩有所下降；④安装简便，便于维修。磁性板槽楔适合于所有开口电机上使用，安装方法与竹制、环氧布板槽楔相同，修理时优于磁泥，可采取一次性整体退槽或破坏性退槽，残留物在槽中容易清理干净。

四、磁性槽楔在电动机应用中的问题

电机在长时间运行过程中，磁性槽楔出现脱落的现象时有发生，这也是目前需解决的一个重要问题。电机在正常运行时，磁性槽楔上有交变的主磁通和漏磁通通过，在磁通作用下，磁性槽楔会在电机磁场中受到电磁拉力的作用，这种力会直接破坏磁性槽楔，使磁性槽楔发生“机械腐蚀”或“电腐蚀”，从而影响磁性槽楔的使用寿命。若某根槽楔在槽内松动，或一根磁楔在一定长度范围内松动，那么松动的磁楔在交变磁拉力及力矩的作用下，就要在槽内以双倍工频频率振动，经过一定时间的振动结果，铁心硅钢片将磁楔的楔面磨损，这样磁楔在槽内就越松动，磨损就越严重，磁楔宽度越磨越小，直至高出定子槽口与转子相擦，磁楔被转子擦完为止。一般将交变磁拉力引起的磁楔振动磨去磁楔的故障过程称为“机械腐蚀”。由于磁楔与铁心槽的配合受铁心叠压整齐度与线圏平直度等影响，只有各处配合都很紧以避免磁楔的松动与振动时，才能消除“机械腐蚀”。由于生产工艺不良或施工工艺不当，导致部分位置存在绝缘薄弱点，如浸渍不良或绝缘材料有杂质就会使绝缘中形成气隙，该杂质或气隙在电场的作用下产生局部放电，局部放电产生的电腐蚀浸蚀绝缘材料，随着时间的延长，电腐蚀加剧，最终承受不住运行电压或试验电压而击穿。而磁性槽楔的设计制造标准不满足实际使用工况磁性槽楔在设计制造过程中对其力学性能的要求、耐温性能的要求及磁性能的要求不太明确，不能满足实际使用工况，也是导致磁性槽楔脱落的重要原因。在知道磁性槽楔脱落的基本原因后，而在目前的情况下，磁性槽楔有其固有的特性和现场实际使用情况，其脱落现象无法避免，且在节能和安全方面，是首先要考虑的方面。

结语：在电力系统中，电动机消耗的电能占60%左右，所以提高电动机的能源利用效率对节能具有重要的意义。然而，提高电动机效率的方法有很多，其中磁性槽楔是非常有效且经济的方法。电动机采用磁性槽楔对改善其性能具有显著效果，能降低电动机铁耗，提高其效率，并降低电动机温升及减少其噪声。

参考文献：

[1]王绍禹.磁性槽楔交流电机[M].北京:水利电力出版社，2015:1-2.

[2]徐英杰.磁性槽楔在电动机中的应用[J].节能，2015(06):8-11．