12 单绕组多速电动机的研究

第1页共63页单绕组多速电动机的研究摘要：单绕组多速电动机，其转子为笼型绕组，通过改变定子绕组的接法，从而改变其极对数，达到调速的目的。具有结构简单、运行可靠、成本低廉等优点而被广泛应用。在恒定的频率下，改变电机定子绕组的极对数，就可以改变旋转磁场和转子的转速。通过利用改变绕组接法，使定子单绕组具备二种或三种极对数而得到二个或三个同步旋转磁场的转速。关键字：电动机变极调速单绕组多速ItissingletoroundamanysoontheresearchoftheelectricmotorAbstract：Itissingletoroundamanysoonelectricmotor,itschangesthesonintothecagetypetoroundapurposefor,passingthechangessettlesthesonroundssetconnectingmethod,frombutchangingitspolelogarithms,attainingadjustingsoon.Havetheconstructionsimple,circulatedependable,cheapetc.incostadvantagebutdriveextensiveapplication.Underthefixedfrequency,changetheelectricalengineeringsettlethesonroundsasetpolelogarithms,canchangetorevolvethemagneticfieldwithturnthesonofturnsoon.Passingtheexploitationchangestoroundathesetconnectsthemethod,makingsettlethesonthesingleroundingthesethavetwokindsoforthreekindsofpoleslogarithmsbutgettwoorthreerevolvethemagneticfieldsynchronouslyofturnsoon.Keywords:ElectricmotorChangingthepoleadjustssoonItissingletoroundthesetismanysoon第2页共63页前言单绕组多速异步电动机是一种只有一套定子绕组，通过外部接线变换获得多种转速的电动机。它属与有级调速设备，具有间单、可靠、高效及易于绕制的优点，在许多工业领域的变速拖动中有着广泛应用。YD系列变极多速三相异步电动机是Y（IP44）三相异步电动机的派生产品是现代JDO2系列变极多速三相异步电动机的更新换代产品。全系列11个机座号，9种速比，共103个规格。目前已鉴定定型批量生产的机座号为80―180七个机座号，共65个规格。YD系列电动机的安装尺寸及外型尺寸、绝缘等级、防护等级、冷却方法、结构及安装型式、使用条件、额定电压、额定功率等均与Y系列（IP44）电动机相同。机座号与速比、功率的关系以及力能指标均与国际同类产品的先进水平相近。变极多速三相异步电动机由于具有可随负载性质的要求而分级地变化转速，从而达到功率的合理匹配和间化变速系统的特点。电动机用于各式万能、组合、专用切削机床以及矿山冶金、纺织、印染、化工、农机等部门需要调速的各种传动机构。编著者2004-6-11第3页共63页目录摘要……………………………………………………………………………1前言……………………………………………………………………………2一、技术要求…………………………………………………………………………4二、单绕组多速电动机的概况………………………………………………………5三、定子绕组方案的确定及分析……………………………………………………6四、多速电动机的变极调速原理及设计特点………………………………………9（一）单绕组变极调速的基本原理……………………………………………9（二）单绕组多速异步电动机的设计特点……………………………………13五、多速电动机的变极调速方法、功率和定子绕组结法及气隙磁密的相互关系……………………………………………………16（一）单绕组变极电动机的转动方向问题……………………………………17（二）不同的改接方法时，电动机功率及转矩的变化………………………17（三）不同的改接方法时，电动机气隙的磁通密度的变化…………………20六、电磁计算程序框图………………………………………………………………21七、多速电动机电磁设计程序分析及电磁设计……………………………………22（一）四极电磁设计程序分析及电磁设计……………………………………22（二）二极电磁设计程序分析及电磁设计……………………………………39八、结构设计…………………………………………………………………………57九、致谢…………………………………………………………………………58十、参考文献…………………………………………………………………………59附录一…………………………………………………………………………601、绕组展开图…………………………………………………………………602、电机装配图…………………………………………………………………613、电机转子图…………………………………………………………………62附录二起动全过程特性曲线……………………………………………………63第4页共63页一、技术要求1、课题名称：单绕组多速电动机的研究2、设计要求：①单绕组多速电动机的概况；②定子绕组方案的确定及分析；③多速电动机的变极调速及设计特点；④多速电动机电磁设计程序分析及电磁设计；⑤了解和掌握三相单绕组多速电动机的变极调速方法、功率和定子绕组结法及气隙磁密的相互关系。3、技术指标1）型号：YD132M-4/22）功率：6.5/83）额定电压：380伏4）接法：△／2Y5）绝缘等级：B级6）效率：84／807）功率因数：0.85／0.898）过载能力：1.8／1.89）转动转矩倍数：1.7／1.810）起动电流倍数：6.5／711）槽配合：36／32第5页共63页二、单绕组多速电动机的概况单绕组多速异步电动机是利用改变定子绕组的接法，以改变电机的极数，从而使电机用一套绕组获得两种或两种以上转速的多速异步电动机。由于一般异步电动机正常运行时的转差率s都很小，电机的转速n=n1(1-s)决定于同步转速n1。从pfn1160可见，在电源频率1f不变的情况下，改变定子绕组的极对数p，同步转速n1就发生变化，例如极对数增加一倍，同步转速就下降一半，随之电动机的转速，也约下降一半。显然，这种调速方法只能做到一级一级地改变转速，而不是平滑调速。变极电动机一般都用鼠笼式转子，因为鼠笼转子的极对数能自动地随着定于极对数的改变而改变，使定、转子磁场的极对数总是相等而产生平均电磁转矩。若为绕线式转于，则定子极对数改变时，转子绕组必须相应地改变接法以得到与定于相同的极对数，很不方便。要使定子具有两种极对数，容易想到的办法是用两套极对数不同的定子绕组，每次用其中一套，即所谓双绕组变极，显然，这是一个很不经济的办法，只在特殊情况下才采用。理想的办法是：只装一套定子绕组而用改变绕组接法来获得两种或多种极对数，即所谓单绕组变极。其中倍极比情况(如2／4极，4／8极等)，和非倍极比(如4／6极，6／8极等)以及三速(如4／6／8极等)。第6页共63页三、定子绕组方案的确定及分析前面讲的利用一套定子绕组来改变极对数，从而改变电动机转速的电机，称为单绕组多速电动机。这类电机都是采用双层绕组，即利用一套双层绕组来改变极对数。这里主要讨论单绕组双速电动机。单绕组双速电动机有倍极比和非倍极比；倍极比一般就是一种极是另一种极数的整倍数，如2／4极、4／8极等；而不是整倍数比例的就是非倍极比，如4／6极、6／8极等。本设计选定子槽数为36的6／4极的电动机。1．列出绕组方案表槽号1234567891011121314151617182极U1U1U1U1U1U1W2W2W2W2W2W2V1V1V1V1V1V14极U1U1U1U1U1U1W1W1W1W1W1W1V1V1V1V1V1V1反向指示******槽号1920212223242526272829303132333435362极U2U2U2U2U2U2W1W1W1W1W1W1V2V2V2V2V2V24极U1U1U1U1U1U1W1W1W1W1W1W1V1V1V1V1V1V1反向指示***********表2-136槽2/4极绕组排列由方案可知，36个元件中有一半（即元件1、2、3、4、5、6、13、14、15、16、17、18、25、26、27、28、29、30）在变极时电流方向是不变的，其余一半（即元件7、8、9、10、11、12、19、20、21、22、23、24、31、32、33、34、35、36）在变极改变接线后电流反向。2．画出绕组的接线图和出线图采用△／2Y接法（即定子绕组4极时为，2极时为2Y接法），根据绕组方案表将一个相带中的元件串联成一个线圈组，三相绕组的线圈组之间的连接如图5-1所示，当由1、2、3端点引出线接电源时为△接法，由4、5、6端点引出线接电源，并将1、2、3短接时为2Y接法，其出线图如图5-1所示。第7页共63页图2-136槽2/4极2Y／△联结绕组接线图根据不同接法时的出线图可以在接线图上画出U、V、W三相电流的方向，如图5-1所示，2极时绕组2Y为接法，U相电流从出线头“4”分两路流向中心点（1、2、3点接在一起是2Y接法的中心点）如图所示；4极时绕组为△接法，U相电流从接头“1”流向出线头“2”；如图中虚线所示，V、W相的电流方向也同样，从图5-1可以看出，接线图上每相的两个线圈组成一个在变极时电流方向不变；另一个在变极时电流方向相反，它们的电流方向的变化应与表5-1一致，即U相绕组变极时电流不反向的线圈组的元件1、2、3、4、5、6，而U相绕组变极时反向的线圈组的元件是元件19、20、21、22、23、24。V、W两相绕组的元件也是这样配置，见图5-1所示。图2-236槽2/4极2Y／△联结绕组端面接线图在安放元件时要注意标出元件组的头尾，例如U相元件1、2、3、4、5、6为一组，它的头U1（即第一号元件的上层有效边）应在图5-1所示位置，这样元件1、2、3、4、5、6中的电流从头流到尾（即从元件的上层有效边流向下层有效边）；而元件19、20、21、22、23、24的头尾应如图5-1所示，使2极时电流从尾到头，4极时电流从头到尾，这样就符合方案表5-1中对绕组接法的要求。最后可以根据接线图画出绕组的端面接线图如图5-2所示。及绕组展开图如图5-3第8页共63页所示。3．单绕组双速电动机的绕组系数单绕组双速电动机在高速时其分布系数可由公式求得，数据如表5-2。极数kqkykw40.8310.9850.81820.9560.7660.732表2-236槽4／6极2Y／△联结绕组系数1U2U3U4U5U6U7W8W9W1W1W1W1V1V1V1V1V1V1U2U2U2U2U2U2W2W2W2W2W3W3V3V3V3V3V3V111111222222111111222222111111222222012345678901234560123456789435162图2-236槽2/4极2Y／△联结绕组展开图一般双速电动机的定子绕组多采用双层叠绕组的形式，低速时为整节距或接近整节距，高速时由于极数减少，极距的槽数增大，因而节距缩小，这样就使两种极数时的绕组系数相差不很远。第9页共63页三、多速电动机的变极调速原理及设计特点一、单绕组变极调速的基本原理1．倍极比我们先以倍极比2／4极双速电动机为例来说明。设原来是一个2p=2，Z1=24槽的双层60o相带的正常三相绕组，只是线圈节距特地取得较小，例如取211y这时每相有两个线圈组，每个线圈组串联四个线圈，