NEMA全新钢板电机的开发及验证

NEMA全新钢板电机的开发及验证

邹昀海朱晓伟王雁

（雷勃电气（无锡）有限公司江苏无锡214161）

摘要：NEMA钢板电机的设计，关键在于如何通过有限元分析来提高电机的强度，控制电机振动及噪声，达到降本的效果。

关键词：固有频率；振动；5G；超速

Abstract：NEMArolledsteelmotordesign,thekeyisuseFEAimprovetheconstruction,controlthemotorvibration&noise.Maketheproductsaving,

Keywords：Naturefrequency,vibration,5G,overspeed.

0.引言

全球电机有两大系列，一种是IEC,另外一种是NEMA,通常的电机机壳为铸件，但是铸件越来越受到国家环保意识的提升和产能规划，造成交货期的受限和成本上升的影响，所以一种全新型的NEMA钢板电机，防护等级IP23,ODP结构，因为其结构简单，制造周期短和材料成本低，重量轻，主要运用在室内良好的维护环境，受到北美用户的青睐，市场上通常的NEMA钢板电机中心高从56.140.180.210,本篇介绍一下，为公司的全球领先新产品，机座号为320和360，从结构设计，有限元分析，结构验证，成本经济性分析角度来介绍。

1.基本参数介绍

机座号：324/326,364/365

额定功率:25-100HP,

额定电压:230/460V

额定频率60Hz

相数:3

极数:2.4.6

绝缘:F

防护等级:IP23

冷却方式：IC01

结构：钢板机座，

2.结构设计

2.1简单的介绍一下具体的结构设计，本钢板结构非常简单，一个圆筒焊接一副底脚，圆筒为钢板卷成圆体，然后用涨胎涨到要求尺寸，底脚为冲压件，两个部件制造好后，进行整体焊接，再进行车加工，最后进行中心高和机座内径的矫正，本结构，重点在于结构分析，强度和应力分析，以及强度验证，避免因为结构强度造成的电机振动和电机噪声。NEMA324/326相当于IEC200中心高，NEMA364/365相当于IEC225中心高，同结构。

2.2先按照图纸尺寸把钢板切割成要求的长度和宽度，并切割出要求尺寸的通风孔和出线孔，

1.钢板2.钢轮3.压轮4.橡胶

2.3底脚为冲压件，增加数个加强筋设计，起支撑作用，增加底脚的强度，也增加整体机座的强度，

2.4焊接后，机座和圆筒焊接成一体，焊接机盖安装搭子，然后进行一下机座止口和螺纹孔的加工，最后进行机座内径的涨紧到图纸要求尺寸。

3.有限元分析

有限软分析，目的分析结构应力所在，分析固有频率点，优化结构，找出强度薄弱点，进行加强和改进，如下是一些分析要点：

3.1定子配合分析

最大过盈为定子铁心外径和机座内径的配合，

最大应力在通风口处，在安全范围

最大变形量在止口位置，在安全范围

3.2整体模型分析

一阶频率高于额定频率60HZ的30%以上，属于安全范围

3.3吊攀强度分析

分析机座吊攀受到5G拉力时候，受到的最大应力，结构为在安全范围内

4.CFD流体分析

CFD流体力学分析的一种软件，可以模拟流体的方向，风压和风速，本次计算，目的是选择一种最合适经济的风路结构，

图1是轴向通风风路，里面有一个塑料小风扇，风路是从轴伸端流向非轴伸端出，从高风压区到低风压区，大吸力从非轴伸端到轴伸端。

图2是径向对称风路，里面的铸铝转子风叶当离心风扇，从两端端盖进风后，进入绕组端部，再从机座径向出风，两端的风压是对称的，

图1轴向通风的结构，在有绕组端部的风速计算为14m/s

图2径向通风的结构，在有绕组端部的风速计算为16m/s

综上考虑，选择对称风路可以得到更多的流体风量对电机进行散热，另外，紧凑的结构可以选择更短的机座长度。

图2

5.固有频率测试

固有频率测试的目的一是验证与之前的有限元分析的偏差，二是测试其整体固有频率，避免在电机正常的工作频率范围，发生共振现象。测试结果远超过72HZ，无共振点隐患。

6.5G测试

为了验证吊攀和底脚的焊接质量，以及整体的结构强度，我们引用了5G测试这个方法，就是在电机下部悬挂约为5倍于电机重量的物体，持续1分钟，并将电机倾斜30度左右，测试合格没有发生结构变形及破坏，如下是电机与重物对照。

7.振动测试

NEMAMG1对电机的振动标准7.8.1,机座号210到440振动要求不超过2.0mm/s,转子动平衡按照G1级来进行，本次样机分别在额定频率380V50HZ,460V60HZ，以及额定频率的110%和120%的频率下，对电机的轴向，径向和水平进行振动测试，检验其整体的钢板结构，测试顺利通过，数据如下：

8.超速测试

NEMAMG1标准有对电机超速有要求，NEMAMG112.51.1标准见下表，电机结构需要承受25%的超速而不受到损害，持续时间在2分钟内。

我们选择了2P电机进行超速实验，增加安全系数15%和25%的超速，我们选择在86.3Hz情况下持续2分钟，目的是检验钢板电机的抗振强度，钢板的焊接质量，以及转子的临界转速，端盖的刚度，振动测试如下，电机无任何机械损伤，顺利通过。

9.噪声测试

NEMAMG19.1标准对ODP电机有噪声限制，为空载下声功率级最大噪声值,

如下表格为噪声测试值，结果为噪声符合NEMA标准，没有电磁噪声，

10.成本经济性对比

10.1重量对比

因为铸铁机座和钢板机座，机座的长度和机座的内径没有发生变化，所以可以有数据对比，根据下面重量对比，钢板机座可以比原铸铁机座重量降低50%以上。客户的安装重量也减轻了不少。

10.2价格对比：

根据下面价格对比，钢板机座比铸铁机座便宜40%左右，如果考虑交货周期以及铸件涨价因数，降本效果更加明显。

11.结语

全新钢板机座电机的研发，重点还是通过有限元来分析强度，流体来分析其通风形式，并且用可实现的方法来验证其可靠性和稳定性，最终达到新产品降本的目的。

参考文献

NEMAMG1-2012

作者信息：

1.邹昀海，2004年毕业于苏州大学，机械工程及自动化专业；工作于雷勃电气（无锡）有限公司。