双绕组变极调速电机的接线设计

张 菁

(上海电气集团上海电机厂有限公司，上海 200240)

0 引言

工业上遇到特殊的工况，需要电机能在2种功率和转速上额定运行。尽管将电机做成变频电机，配上相应的变频器，也可以达到调速效果，但是由于大功率变频装置价格不菲，加之目前变频器的输出电压上限值有限和变频电机存在电流过大等问题，使得一些企业对变频电机的选择比较谨慎［1］。折中的办法就是采用2个功率较小的变频装置来代替一个功率相当的大功率变频装置，采用此种变频器的电机通常就需要双绕组的方式来引出电源线。但是此种折中办法遇到高电压大电流的工况时也不适用了。此时，从电机设计寻找解决办法，解决方案是将2套独立的绕组一起嵌入同一个定子中，这样一台电机就具备2种运行状态。

1 接线设计

下面以我公司已生产过的1台变极调速电机为例说明此种变极调速电机双绕组接线时应注意的问题。

1.1 电机规格

电机型号:YBKK1600/800-8/10

功率:1 600/800 kW

额定电压:6 600 V

额定电流:165/93 A

额定频率:50 Hz

额定转速:744/597 r/min

接线方式:2-Y/1-Y

极数:8/10

相数:3

1.2 设计

该电机的嵌线参数如表1所示。

表1 定子嵌线参数表

2套绕组嵌入定子后的如图1所示。

图1 定子嵌线示意图

在初步设计时，我们对于2套绕组的接线分别采用了常用的邻极接线线方式。如图2所示为10极绕组的接线方式，是电机的通常接法，它的优点是缩短连接线，降低生产成本。

如图3所示为8极绕组的接线方式，也是电机的通常接法，它的优点是尽量缩短连接线，将低生产成本。

但在电机生产完成做试验时，电机在8极绕组接电源时能正常启动，电机在10极绕组接电源时却无法启动。经多次检查发现并无接线及其它方面的错误。后经多次校对试验数据时，发现10极绕组接电源启动时，三相阻抗不均衡，而且偏差很大，三相阻抗不均衡造成三相电机内10极绕组生成的三相旋转磁场也不均衡，而是畸变的磁场，导致电机无法启动。但经多次检查，10极绕组并无接线出错和线圈短路等现象。

2 原因分析

经分析，出现此故障的原因在于8极绕组是每相两路并联，则此并联接线在电机上等效成3个回路。当电源切换到10极绕组时，8极绕组处于开路状态，此时10极绕组产生的旋转磁场会感应8极绕组中的3个回路。而此3个回路感应产生的磁场又影响10极绕组产生的旋转磁场，使10极绕组的磁场不均衡，导致电机无法启动。为了使10极电机能正常启动，必须对8极电机的接线方式作修改，使8极电机绕组两路并联形成的3个回路不会影响10极电机的正常运行，同时又不改变8极电机的正常启动运行。每个回路由两条支路组成，每个回路在10极绕组产生的磁场中感应出磁场，此磁场是每个回路中的感应环电流产生的，则每个回路中的每个支路存在电流。由于3个回路的电阻在实际生产中略有微小差别，导致每个回路的感应电流不一样，则产生的感应磁场也不一样。按图3所示8极绕组每个回路每个支路的邻极接线方式，则电机内的合成磁场就会出现不均衡，从而使电机在10极绕组接电源8极绕组开路的情况下无法正常启动。

3 改进接线设计

为了使10极绕组接线时磁场均衡，则8极绕组的3个回路产生的感应磁场也必须均衡，经分析改进接线方式，如图4所示［2］。

图4 8极非邻极交叉对称接线图

经试验，此种接线方式，使电机在8极和10极时都能正常运行。

此接线方式使每支路的相带对称连接，而每个回路的两条支路形成交叉对称，这样回路上感应磁场也是对称的，3个回路形成的感应磁场就均衡了，10极绕组接电源后的磁场分布也均衡了。

4 结语

一般电机采用邻极接法，这样可以缩短连接线，节约生产成本。但在双绕组变极调速电机中，特别是至少有一绕组存在两路并联以上时，则此绕组的连接方式应使其每相每个支路的相带成对称连接，使并联后所形成的回路感应磁场也是对称，这样三相合成磁场就均衡了［3］。

［1］刘云.交流电机绕组的嵌线与接线［M］.北京:机械工业出版社，2003.

［2］金续曾.电动机绕组接线图册［M］.北京:中国电力出版社，1996.8.

［3］阎治安.电机学［M］.西安交通大学出版社.2006.