基于换相法的近极比单绕组双速异步电机变极接线设计

张林++孙小刚++刘硕

摘 要：近极比单绕组双速电机在火力发电厂循环水泵的节能改造中得到广泛应用，本文以10/12单绕组双速电机为例，阐述了如何采用换相变极法来获得变极前后均为60°相带的变极接线方案。

关键词：换相法；槽号相位图；单绕组双速；变极接线

中图分类号：TM34 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）18-0034-02

1 引言

近年来，火力发电企业为了节能降耗，将驱动循环水泵的电机由普通定速电机改造为单绕组双速电机，以便于根据季节和负荷变化来调节循环水量。单绕组双速异步电机是利用一套绕组通过改变定子绕组的接线方式以获得不同极对数，从而实现调速。与其它调速方法相比，变极调速具有投资成本低、性能稳定、控制简单、运行可靠、维修方便、节能效果明显等一系列优点，特别适用于对一些调速精度不高、不需要无级调速的设备（如风机、循环水泵、搅拌机）配套上。

2 单绕组变极的类型

单绕组变极按变极类型可分为反向法变极和换相法变极。反向法优点是电机的出线头较少，一般为6个，最多9个；缺点是变后极绕组一般为120°或180°相带，其分布系数较低，该方法适用于小功率的电机。换相变极法是一种通过轮换改变相绕组中部分线圈电流相位来改变绕组极对数的变极方法，优点是可以使两种极数下均有较高的绕组系数，特别是可以实现变极前后都是60°相带。其缺点是电机的出线头较多，接线较复杂。这种变极方法特别适合于功率较大的循环水泵电机。本文采用基于槽号相位图的“对称轴线法”来实现换相法变极[1]。

3 10/12单绕组双速电机变极方案

已知一台双速循环水泵电机，其定子槽数为，绕组类型为双层等元件绕组，变前极的极对数，变后极的极对数，采用换相法实现变极前后的绕组均为60°相带的变极方案[2-3]。

3.1 画出变前极P1=5的槽号相位图并确定各相槽号

（1）计算变前极每极每相槽数：

槽号相位图的每行格子数为6N1=18，每格之间的电角度为20°，相邻槽号位移格子数D1=1，画出变前极槽号相位图如图1所示。

（2）根据槽号相位图列出变前极每相槽号。为获得60°相带的绕组，用6根互差60°的对称轴线（图中粗线）将槽号划分成6段，将1、2、3列的槽号组成A相，7、8、9列的槽号组成B相，13，14，15列的槽号组成C相，具体见图2所示。

3.2 画出变后极P2=6的槽号相位图并确定变后极各相槽号

（1）计算变后极每极每相槽数：

槽号相位图的每行格子数为6N1=30，每格之间的电角度为12°，相邻槽号位移格子数D1=2，画出变后极槽号相位图。

（2）用6根互差60°的对称轴线（图中粗线）将变后极槽号相位图划分成6段，编号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ如图3所示。

（3）在变后极槽号相位图中找到变前极的每相槽号所在位置。在变后极的槽号相位图下列出变前极已获得的A相、B相、C相槽号位置，在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ区域内的A相槽号分别标识为AⅠ、AⅡ、AⅢ、AⅣ、AⅤ、AⅥ；相应地B相槽号分别标识为BⅠ、BⅡ、BⅢ、BⅣ、BⅤ、BⅥ；C相槽号分别标识为CⅠ、CⅡ、CⅢ、CⅣ、CⅤ、CⅥ，这样就获得了18个线圈组槽号。比如变前极的A相槽号1、-84、2、-10、3位于变后极槽号相位图Ⅰ段内，我们将该线圈组标识为AⅠ，其内部连接如图4所示。

（4）将位于Ⅰ区域内的（AⅠ、BⅠ、CⅠ）和Ⅳ区域内的（-AⅣ、-BⅣ、-CⅣ）作为变后极下的a相；同理将Ⅲ区域内的（AⅢ、BⅢ、CⅢ）和Ⅵ区域内的（-AⅥ、-BⅥ、-CⅥ）作为变后极下的b相；将Ⅴ区域内的（AⅤ、BⅤ、CⅤ）和Ⅱ区域内的（-AⅡ、-BⅡ、-CⅡ）作为变后极下的c相。这样就得到变后极P2=6下的三相槽号，具体如图5所示。

3.3 18个线圈组之间的连接

若三相之间采用Y/Y连接，18个线圈组之间的连接图如图6所示，图中空心圆点为绕组的端头，将每个端头进行编号，若中性点在内部短接，则共33个端头。从电机外部的接线盒看，变极前后的绕组连接如图7所示。

若三相之间采用2Y/△连接，共27个出线头，如图8所示。从电机外部的接线盒看，变极前后的绕组连接如图9所示。

4 结语

本文应用换相法完成了变极前后均为60°相带的10/12单绕组双速电机定子变极接线方案设计，该设计方法可以应用到12/14、16/18等近极比单绕组变极设计中，因此对该类变极电机的定子接线设计具有借鑒意义。

参考文献

[1]许实章.交流电机的绕组理论[M].北京：机械工业出版社，1985.

[2]许实章.单绕组变极的新方法对称轴线法[M].华中工学院学报，1981.

[3]濮绍文.三相鼠笼式单绕组多速电动机（第二版）[M].上海科学技术出版社，1996.