基于換相法的近極比單繞組雙速異步電機(jī)變極接線設(shè)計(jì)

張林++孫小剛++劉碩

摘 要：近極比單繞組雙速電機(jī)在火力發(fā)電廠循環(huán)水泵的節(jié)能改造中得到廣泛應(yīng)用，本文以10/12單繞組雙速電機(jī)為例，闡述了如何采用換相變極法來獲得變極前后均為60°相帶的變極接線方案。

關(guān)鍵詞：換相法；槽號(hào)相位圖；單繞組雙速；變極接線

中圖分類號(hào)：TM34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）18-0034-02

1 引言

近年來，火力發(fā)電企業(yè)為了節(jié)能降耗，將驅(qū)動(dòng)循環(huán)水泵的電機(jī)由普通定速電機(jī)改造為單繞組雙速電機(jī)，以便于根據(jù)季節(jié)和負(fù)荷變化來調(diào)節(jié)循環(huán)水量。單繞組雙速異步電機(jī)是利用一套繞組通過改變定子繞組的接線方式以獲得不同極對(duì)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速。與其它調(diào)速方法相比，變極調(diào)速具有投資成本低、性能穩(wěn)定、控制簡單、運(yùn)行可靠、維修方便、節(jié)能效果明顯等一系列優(yōu)點(diǎn)，特別適用于對(duì)一些調(diào)速精度不高、不需要無級(jí)調(diào)速的設(shè)備（如風(fēng)機(jī)、循環(huán)水泵、攪拌機(jī)）配套上。

2 單繞組變極的類型

單繞組變極按變極類型可分為反向法變極和換相法變極。反向法優(yōu)點(diǎn)是電機(jī)的出線頭較少，一般為6個(gè)，最多9個(gè)；缺點(diǎn)是變后極繞組一般為120°或180°相帶，其分布系數(shù)較低，該方法適用于小功率的電機(jī)。換相變極法是一種通過輪換改變相繞組中部分線圈電流相位來改變繞組極對(duì)數(shù)的變極方法，優(yōu)點(diǎn)是可以使兩種極數(shù)下均有較高的繞組系數(shù)，特別是可以實(shí)現(xiàn)變極前后都是60°相帶。其缺點(diǎn)是電機(jī)的出線頭較多，接線較復(fù)雜。這種變極方法特別適合于功率較大的循環(huán)水泵電機(jī)。本文采用基于槽號(hào)相位圖的“對(duì)稱軸線法”來實(shí)現(xiàn)換相法變極[1]。

3 10/12單繞組雙速電機(jī)變極方案

已知一臺(tái)雙速循環(huán)水泵電機(jī)，其定子槽數(shù)為，繞組類型為雙層等元件繞組，變前極的極對(duì)數(shù)，變后極的極對(duì)數(shù)，采用換相法實(shí)現(xiàn)變極前后的繞組均為60°相帶的變極方案[2-3]。

3.1 畫出變前極P1=5的槽號(hào)相位圖并確定各相槽號(hào)

（1）計(jì)算變前極每極每相槽數(shù)：

槽號(hào)相位圖的每行格子數(shù)為6N1=18，每格之間的電角度為20°，相鄰槽號(hào)位移格子數(shù)D1=1，畫出變前極槽號(hào)相位圖如圖1所示。

（2）根據(jù)槽號(hào)相位圖列出變前極每相槽號(hào)。為獲得60°相帶的繞組，用6根互差60°的對(duì)稱軸線（圖中粗線）將槽號(hào)劃分成6段，將1、2、3列的槽號(hào)組成A相，7、8、9列的槽號(hào)組成B相，13，14，15列的槽號(hào)組成C相，具體見圖2所示。

3.2 畫出變后極P2=6的槽號(hào)相位圖并確定變后極各相槽號(hào)

（1）計(jì)算變后極每極每相槽數(shù)：

槽號(hào)相位圖的每行格子數(shù)為6N1=30，每格之間的電角度為12°，相鄰槽號(hào)位移格子數(shù)D1=2，畫出變后極槽號(hào)相位圖。

（2）用6根互差60°的對(duì)稱軸線（圖中粗線）將變后極槽號(hào)相位圖劃分成6段，編號(hào)為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ如圖3所示。

（3）在變后極槽號(hào)相位圖中找到變前極的每相槽號(hào)所在位置。在變后極的槽號(hào)相位圖下列出變前極已獲得的A相、B相、C相槽號(hào)位置，在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ區(qū)域內(nèi)的A相槽號(hào)分別標(biāo)識(shí)為AⅠ、AⅡ、AⅢ、AⅣ、AⅤ、AⅥ；相應(yīng)地B相槽號(hào)分別標(biāo)識(shí)為BⅠ、BⅡ、BⅢ、BⅣ、BⅤ、BⅥ；C相槽號(hào)分別標(biāo)識(shí)為CⅠ、CⅡ、CⅢ、CⅣ、CⅤ、CⅥ，這樣就獲得了18個(gè)線圈組槽號(hào)。比如變前極的A相槽號(hào)1、-84、2、-10、3位于變后極槽號(hào)相位圖Ⅰ段內(nèi)，我們將該線圈組標(biāo)識(shí)為AⅠ，其內(nèi)部連接如圖4所示。

（4）將位于Ⅰ區(qū)域內(nèi)的（AⅠ、BⅠ、CⅠ）和Ⅳ區(qū)域內(nèi)的（-AⅣ、-BⅣ、-CⅣ）作為變后極下的a相；同理將Ⅲ區(qū)域內(nèi)的（AⅢ、BⅢ、CⅢ）和Ⅵ區(qū)域內(nèi)的（-AⅥ、-BⅥ、-CⅥ）作為變后極下的b相；將Ⅴ區(qū)域內(nèi)的（AⅤ、BⅤ、CⅤ）和Ⅱ區(qū)域內(nèi)的（-AⅡ、-BⅡ、-CⅡ）作為變后極下的c相。這樣就得到變后極P2=6下的三相槽號(hào)，具體如圖5所示。

3.3 18個(gè)線圈組之間的連接

若三相之間采用Y/Y連接，18個(gè)線圈組之間的連接圖如圖6所示，圖中空心圓點(diǎn)為繞組的端頭，將每個(gè)端頭進(jìn)行編號(hào)，若中性點(diǎn)在內(nèi)部短接，則共33個(gè)端頭。從電機(jī)外部的接線盒看，變極前后的繞組連接如圖7所示。

若三相之間采用2Y/△連接，共27個(gè)出線頭，如圖8所示。從電機(jī)外部的接線盒看，變極前后的繞組連接如圖9所示。

4 結(jié)語

本文應(yīng)用換相法完成了變極前后均為60°相帶的10/12單繞組雙速電機(jī)定子變極接線方案設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)方法可以應(yīng)用到12/14、16/18等近極比單繞組變極設(shè)計(jì)中，因此對(duì)該類變極電機(jī)的定子接線設(shè)計(jì)具有借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

[1]許實(shí)章.交流電機(jī)的繞組理論[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1985.

[2]許實(shí)章.單繞組變極的新方法對(duì)稱軸線法[M].華中工學(xué)院學(xué)報(bào)，1981.

[3]濮紹文.三相鼠籠式單繞組多速電動(dòng)機(jī)（第二版）[M].上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1996.