西门子N/H-compact 系列电机的特点与应用
王开勤
西门子电气传动有限公司
摘要: 从N/H-compact 系列电机的设计思路、机械结构、性能特点等方面全面介绍了该系列电机的特点，对用户在实际工程中的正确选型和应用具有重要的意义。
关键词：转动惯量 温升 效率 功率因数 涡流损耗
1 引 言
在驱动系统领域,西门子高、低压电机多年来享有很高的知名度，作为电机行业发展方向的N/H-compact 系列产品，倾注了西门子“相同的轴高，最大的功率输出”的设计理年，大大提高了电机的功率密度，由于针对不同要求采用不同的工艺方法和材质，从而保证了各种复杂的应用场合对电机的不同要求，满足了用户以最小空间获取最大传动的要求，为用户带来极大方便。
该电机具有高效节能、可靠性强、噪音低、维护简单、操作方便等特点，尤其是随着N-Compact 和H-compact 系列电机的开发，1LA4电机完全取代1LA1系列，不断满足了用户在节能降耗方面的需求，对环境保护的要求以及对更小外形尺寸的需求，从而成为同类产品的技术领导者。
2 电气设计方面
西门子 N-compact 和H-compact 系列电机, 属于细长型, 主要尺寸比λ较大： 其中：
该系列电机具有以下特点:
1、转动惯量小， 适于经常正、反转。
2、端部用铜量及端盖等结构部件材料用量相对较少，重量轻。
3、绕组端部铜耗及端部漏抗小，线圈匝数少，同时减少加工工时和绝缘材料用量。
4、由于电机细长，使得通风条件和转子刚度变差，同时铁心冲片数量增加，电机制造工艺难度加大。
5、较大的气隙，可以增大电机的启动转矩和过载能力，降低温升，减小噪音，提高效率，谐波漏抗减小，空载电流变大，功率因数降低。
由于电机细长，线圈匝数相对减少，端部漏抗减小，从而减少了端部损耗，提高了电机效率。
由于匝数减少，降低了嵌线工艺难度，提高了工作效率，增加了绕组的电气可靠性。
选用合理的电磁设计方案，采用适合的绕组分布方式使得内部磁场密度均匀分布，从而减少了谐波分量对绝缘的冲击，提高了电气绝缘的可靠性；同时减少了涡流损耗，降低了电机温升，提高了电机效率。
3 机械结构方面
1）整体结构
西门子电机属于细长型, 相对气隙较大 , 电机具有效率较高, 功率因数偏低, 启动性能较好, 转动惯量较小, 动态响应快, 适合于正、反转等特点。
由于电机的自身特点， 决定了对电机转轴的刚度提出特殊要求， 同时也是由于这种结构， 提高了电机的适应能力， 减小了电机的振动和噪音。
在机座上，西门子电机采用高强度 精铸铸铁机座，合理的结构设计提高了机座的机械强度和外观质量，机壳散热片采用垂直、平行排列方式，散热片之间采用不等距分布和非同心圆的组合方式，使得机壳不但具有很好的机械强度和散热能力，还具有优美的外形。
更为重要的是由于采用了“四半开箱”的造型结构，使得机壳的铸造非常适宜于“树脂砂”造型线上快速、批量生产，从而缩短了机壳的制造周期，降低了机壳的制造成本。
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是由于特殊的结构，我们可以适当减小机座壁厚，从而减轻了机座重量，提高了电机的散热能力。
“短平”带有散热筋端盖的特殊设计和应用，不但加强了轴承与端盖的散热能力，而且提高了电机的整体机械强度，使得电机的振动和噪音指标得到改善。
在轴承的选用和使用上，选用欧洲的SKF 和FAG优质轴承，改变了以往老式结构中大量采用双轴承的结构。
这样，既加强了电机径向承载能力，又很好地解决了电机轴向力的问题，不但保证了各种负载对轴承的要求，同时也降低了轴承噪音，延长了轴承的维护周期，提高了轴承寿命，增加了轴承的通用性，减小了用户的备件成本。
（图1）
图1
2）有效的冷却系统和低噪音水平（图1）
本系列产品的冷却介质为空气，空气从非传动端吸入，很小的空气流量就可以满足电机的冷却需求，因为高效率的优点决定了电机只有很少的热量需要排出。
电机有两套冷却回路，即外冷却风路和内冷却风路。
冷却空气在外风扇作用下，沿着散热筋从非驱动端流向驱动端，机座和端盖的合理设计，使电机获得了很高的散热效率，没有任何障碍物干扰冷却空气的流动。
内部冷却风路是与全封闭电机的条件相匹配，安装在非驱动端的内风扇从转子通风孔抽空气，这些空气沿着机座和端盖上的内部散热筋流动受到强烈扰动而被彻底冷却。
机壳作为内外空气的热交换器，冷却了的空气沿着四条风道以与外界冷却空气相同的方向回到驱动端。
同方向的原理导致一致的热量散发，从而确保驱动端轴承有较低的温升。
良好的散热条件使轴承和绕组保持较低的温度，从而延长了电机的使用寿命。
3）风扇设计
在风扇的设计上，我们采用了流线型，对于外风扇，四极以上为单向运行，由金属制成，用来降低噪音和提高效率。
中小型电机采用“H ostalen”风扇，可以双向旋转。
对于内风扇，均由金属制成，并且为双向。
低噪音特点是由金属制成的空气吸入罩上获得，金属风扇罩有噪音吸收装置。
图2
4 工艺方面
独特的工艺方法和精良的工艺装备注定了西门子电机拥有的高效、节能性能，增加了电机运行的可靠性。
绝缘结构上采用西门子特殊的绝缘系统，从而减少了变频控制中大数值dv/dt对槽绝缘的冲击。
在电机的设计中采用较薄的绝缘结构，其主要优点如下：
1、增加了定子槽的利用率；
2、改善了铁心的导热性；
3、在输出相同功率的情况下，可降低定子的温升；
4、同样的温升下缩小电机的尺寸；
5、由于电机尺寸的减小，铜、铁及绝缘材料的用量相对减少。
与传统产品相比，在确保电机各项性能指标的前提下，大约可节约用5~10%的硅钢片和铜材的用量。
对高压电机定子线圈进行低电阻防电晕处理，采用MICALASTIC 绝缘—真空压力浸漆VPI，从而有效遏制了谐波电流对电机绝缘的冲击，良好的浸漆效果不但提高了电机的电气性能，防止槽部绝缘的电腐蚀和绝缘老化，而且提高了绕组的机械强度和散热性能，延长了电机寿命。
为满足用户对电机运行控制的要求，从工艺与配置上，该系列电机增加了电机温度、振动、制动等保护选件，对电机从机械、电气性能等方面进行保护，从而确保电机正常运行。
纵上所述，由于西门子具有雄厚的技术实力，拥有世界先进的制造设备和检测设备，因此在电机产品的性能与结构上与同行业相比, 具有明显的优势。
与国内同类产品相比，由于特殊的设计加上优质的原材料、先进的工艺装备，使得该电机的效率、功率因数、启动性能、过载能力、温升、振动等性能指标明显高于同行业水平。
结束语
随着异步电机在电传动领域的广泛应用，对异步电机的性能指标的要求也越来越高，西门子N/H –compact 系列电机的开发和应用，弥补传统电机在性能上的各种缺陷，从而受到了广大用户的青睐。