基于換相法的近極比單繞組雙速異步電機變極接線設計

張林++孫小剛++劉碩

摘 要：近極比單繞組雙速電機在火力發電廠循環水泵的節能改造中得到廣泛應用，本文以10/12單繞組雙速電機為例，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。

關鍵詞：換相法；槽號相位圖；單繞組雙速；變極接線

中圖分類號：TM34 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）18-0034-02

1 引言

近年來，火力發電企業為了節能降耗，將驅動循環水泵的電機由普通定速電機改造為單繞組雙速電機，以便于根據季節和負荷變化來調節循環水量。單繞組雙速異步電機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數，從而實現調速。與其它調速方法相比，變極調速具有投資成本低、性能穩定、控制簡單、運行可靠、維修方便、節能效果明顯等一系列優點，特別適用于對一些調速精度不高、不需要無級調速的設備（如風機、循環水泵、攪拌機）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。反向法優點是電機的出線頭較少，一般為6個，最多9個；缺點是變后極繞組一般為120°或180°相帶，其分布系數較低，該方法適用于小功率的電機。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數的變極方法，優點是可以使兩種極數下均有較高的繞組系數，特別是可以實現變極前后都是60°相帶。其缺點是電機的出線頭較多，接線較復雜。這種變極方法特別適合于功率較大的循環水泵電機。本文采用基于槽號相位圖的“對稱軸線法”來實現換相法變極[1]。

3 10/12單繞組雙速電機變極方案

已知一臺雙速循環水泵電機，其定子槽數為，繞組類型為雙層等元件繞組，變前極的極對數，變后極的極對數，采用換相法實現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的槽號相位圖并確定各相槽號

（1）計算變前極每極每相槽數：

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

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

3.2 畫出變后極P2=6的槽號相位圖并確定變后極各相槽號

（1）計算變后極每極每相槽數：

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

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

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

（4）將位于Ⅰ區域內的（AⅠ、BⅠ、CⅠ）和Ⅳ區域內的（-AⅣ、-BⅣ、-CⅣ）作為變后極下的a相；同理將Ⅲ區域內的（AⅢ、BⅢ、CⅢ）和Ⅵ區域內的（-AⅥ、-BⅥ、-CⅥ）作為變后極下的b相；將Ⅴ區域內的（AⅤ、BⅤ、CⅤ）和Ⅱ區域內的（-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，具體如圖5所示。

3.3 18個線圈組之間的連接

若三相之間采用Y/Y連接，18個線圈組之間的連接圖如圖6所示，圖中空心圓點為繞組的端頭，將每個端頭進行編號，若中性點在內部短接，則共33個端頭。從電機外部的接線盒看，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個出線頭，如圖8所示。從電機外部的接線盒看，變極前后的繞組連接如圖9所示。

4 結語

本文應用換相法完成了變極前后均為60°相帶的10/12單繞組雙速電機定子變極接線方案設計，該設計方法可以應用到12/14、16/18等近極比單繞組變極設計中，因此對該類變極電機的定子接線設計具有借鑒意義。

參考文獻

[1]許實章.交流電機的繞組理論[M].北京：機械工業出版社，1985.

[2]許實章.單繞組變極的新方法對稱軸線法[M].華中工學院學報，1981.

[3]濮紹文.三相鼠籠式單繞組多速電動機（第二版）[M].上海科學技術出版社，1996.