張 菁

(上海電氣集團(tuán)上海電機(jī)廠有限公司，上海 200240)

0 引言

工業(yè)上遇到特殊的工況，需要電機(jī)能在2種功率和轉(zhuǎn)速上額定運(yùn)行。盡管將電機(jī)做成變頻電機(jī)，配上相應(yīng)的變頻器，也可以達(dá)到調(diào)速效果，但是由于大功率變頻裝置價(jià)格不菲，加之目前變頻器的輸出電壓上限值有限和變頻電機(jī)存在電流過(guò)大等問(wèn)題，使得一些企業(yè)對(duì)變頻電機(jī)的選擇比較謹(jǐn)慎［1］。折中的辦法就是采用2個(gè)功率較小的變頻裝置來(lái)代替一個(gè)功率相當(dāng)?shù)拇蠊β首冾l裝置，采用此種變頻器的電機(jī)通常就需要雙繞組的方式來(lái)引出電源線。但是此種折中辦法遇到高電壓大電流的工況時(shí)也不適用了。此時(shí)，從電機(jī)設(shè)計(jì)尋找解決辦法，解決方案是將2套獨(dú)立的繞組一起嵌入同一個(gè)定子中，這樣一臺(tái)電機(jī)就具備2種運(yùn)行狀態(tài)。

1 接線設(shè)計(jì)

下面以我公司已生產(chǎn)過(guò)的1臺(tái)變極調(diào)速電機(jī)為例說(shuō)明此種變極調(diào)速電機(jī)雙繞組接線時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題。

1.1 電機(jī)規(guī)格

電機(jī)型號(hào):YBKK1600/800-8/10

功率:1 600/800 kW

額定電壓:6 600 V

額定電流:165/93 A

額定頻率:50 Hz

額定轉(zhuǎn)速:744/597 r/min

接線方式:2-Y/1-Y

極數(shù):8/10

相數(shù):3

1.2 設(shè)計(jì)

該電機(jī)的嵌線參數(shù)如表1所示。

表1 定子嵌線參數(shù)表

2套繞組嵌入定子后的如圖1所示。

圖1 定子嵌線示意圖

在初步設(shè)計(jì)時(shí)，我們對(duì)于2套繞組的接線分別采用了常用的鄰極接線線方式。如圖2所示為10極繞組的接線方式，是電機(jī)的通常接法，它的優(yōu)點(diǎn)是縮短連接線，降低生產(chǎn)成本。

如圖3所示為8極繞組的接線方式，也是電機(jī)的通常接法，它的優(yōu)點(diǎn)是盡量縮短連接線，將低生產(chǎn)成本。

但在電機(jī)生產(chǎn)完成做試驗(yàn)時(shí)，電機(jī)在8極繞組接電源時(shí)能正常啟動(dòng)，電機(jī)在10極繞組接電源時(shí)卻無(wú)法啟動(dòng)。經(jīng)多次檢查發(fā)現(xiàn)并無(wú)接線及其它方面的錯(cuò)誤。后經(jīng)多次校對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)10極繞組接電源啟動(dòng)時(shí)，三相阻抗不均衡，而且偏差很大，三相阻抗不均衡造成三相電機(jī)內(nèi)10極繞組生成的三相旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)也不均衡，而是畸變的磁場(chǎng)，導(dǎo)致電機(jī)無(wú)法啟動(dòng)。但經(jīng)多次檢查，10極繞組并無(wú)接線出錯(cuò)和線圈短路等現(xiàn)象。

2 原因分析

經(jīng)分析，出現(xiàn)此故障的原因在于8極繞組是每相兩路并聯(lián)，則此并聯(lián)接線在電機(jī)上等效成3個(gè)回路。當(dāng)電源切換到10極繞組時(shí)，8極繞組處于開(kāi)路狀態(tài)，此時(shí)10極繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)會(huì)感應(yīng)8極繞組中的3個(gè)回路。而此3個(gè)回路感應(yīng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)又影響10極繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使10極繞組的磁場(chǎng)不均衡，導(dǎo)致電機(jī)無(wú)法啟動(dòng)。為了使10極電機(jī)能正常啟動(dòng)，必須對(duì)8極電機(jī)的接線方式作修改，使8極電機(jī)繞組兩路并聯(lián)形成的3個(gè)回路不會(huì)影響10極電機(jī)的正常運(yùn)行，同時(shí)又不改變8極電機(jī)的正常啟動(dòng)運(yùn)行。每個(gè)回路由兩條支路組成，每個(gè)回路在10極繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)中感應(yīng)出磁場(chǎng)，此磁場(chǎng)是每個(gè)回路中的感應(yīng)環(huán)電流產(chǎn)生的，則每個(gè)回路中的每個(gè)支路存在電流。由于3個(gè)回路的電阻在實(shí)際生產(chǎn)中略有微小差別，導(dǎo)致每個(gè)回路的感應(yīng)電流不一樣，則產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)也不一樣。按圖3所示8極繞組每個(gè)回路每個(gè)支路的鄰極接線方式，則電機(jī)內(nèi)的合成磁場(chǎng)就會(huì)出現(xiàn)不均衡，從而使電機(jī)在10極繞組接電源8極繞組開(kāi)路的情況下無(wú)法正常啟動(dòng)。

3 改進(jìn)接線設(shè)計(jì)

為了使10極繞組接線時(shí)磁場(chǎng)均衡，則8極繞組的3個(gè)回路產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)也必須均衡，經(jīng)分析改進(jìn)接線方式，如圖4所示［2］。

圖4 8極非鄰極交叉對(duì)稱接線圖

經(jīng)試驗(yàn)，此種接線方式，使電機(jī)在8極和10極時(shí)都能正常運(yùn)行。

此接線方式使每支路的相帶對(duì)稱連接，而每個(gè)回路的兩條支路形成交叉對(duì)稱，這樣回路上感應(yīng)磁場(chǎng)也是對(duì)稱的，3個(gè)回路形成的感應(yīng)磁場(chǎng)就均衡了，10極繞組接電源后的磁場(chǎng)分布也均衡了。

4 結(jié)語(yǔ)

一般電機(jī)采用鄰極接法，這樣可以縮短連接線，節(jié)約生產(chǎn)成本。但在雙繞組變極調(diào)速電機(jī)中，特別是至少有一繞組存在兩路并聯(lián)以上時(shí)，則此繞組的連接方式應(yīng)使其每相每個(gè)支路的相帶成對(duì)稱連接，使并聯(lián)后所形成的回路感應(yīng)磁場(chǎng)也是對(duì)稱，這樣三相合成磁場(chǎng)就均衡了［3］。

［1］劉云.交流電機(jī)繞組的嵌線與接線［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

［2］金續(xù)曾.電動(dòng)機(jī)繞組接線圖冊(cè)［M］.北京:中國(guó)電力出版社，1996.8.

［3］閻治安.電機(jī)學(xué)［M］.西安交通大學(xué)出版社.2006.