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Y系列感应电机采用低谐波绕组的高效化改造

发布时间:2019-10-13 12:44
【摘要】:国家"电机能效提升计划"指出对在用感应电机进行高效化改造是重要技术路线之一。本文以一台常规Y系列感应电机(22k W/Y-180L-4)为例,利用低谐波绕组理论对定子绕组进行改造。有限元仿真表明,与改造前电机相比,低谐波绕组感应电机的气隙磁场各次谐波含量明显削弱,磁负荷与电负荷有所降低,过载能力有所提升,在较宽负载范围内效率较高,起动转矩更大而起动电流略小。本方案改造成本低,电机性能改善明显。
【图文】:

波形,磁场,波形,低谐波绕组


12电工电能新技术第33卷感应电机的气隙磁场进行傅里叶分解,得到各次谐波幅值,具体数据见表4。根据表3计算的各次谐波的绕组系数,采用低谐波绕组后,由于主要的低次谐波的绕组系数都有所下降(见表3),所以电机的低次谐波含量明显下降,齿谐波产生的21次和23次谐波的绕组系数略有下降。图1一对极下气隙磁场波形Fig.1Fluxdensitywaveformsunderapairofpoles表4气隙磁场基波及各次谐波幅值Tab.4Amplitudeoffundamentalandharmonic谐波次数幅值/T低谐波绕组感应电机改造前电机10.790.8230.010.01250.0120.03070.0040.02590.0010.002110.00140.0080130.0020.005150.00150.0091170.00280.0188190.00430.0194210.06790.0819230.12740.17753.3稳态性能3.3.1额定点电磁性能Y系列感应电机改造前电机线圈的跨距为10,节距比为0.83;采用低谐波绕组后,线圈跨距分为12、10、8和6,其中短跨距线圈的匝数比例较高,平均节距比变为0.81。所以定子绕组端部尺寸变小,绕组的平均半匝长度缩短,定子相电阻减小,谐波的绕组系数大大降低,从而电机的气隙磁场谐波含量下降。谐波引起的杂散损耗随之减小,谐波在转子中产生的铜耗也有所下降。在额定点运行时,低谐波绕组感应电机励磁电流较小,相电流减小,定子的铜耗降低。在输出功率相同的前提下,低谐波绕组感应电机的相电流有效值和气隙磁场都有所降低,电机的铜耗和铁耗都相应下降,效率提高1.7%,具体数据详见表5。且其电负荷和磁负荷都有所降低,其过载能力略高。表5额定点性能比较Tab.5Performancecomparisonatratedpoint性能参数低谐波绕组感应电机改造前电机额定转速/(r/min)14701473额定转矩/(N·m)140.5139.4输出功率/kW21.621.5相电流有

低谐波绕组,感应电机,电机


第12期李娟,等:Y系列感应电机采用低谐波绕组的高效化改造13图2改造前电机与低谐波绕组感应电机负载性能对比Fig.2Loadperformancecomparisonbetweennormalinductionandlow-harmonic-windingmotor为181.9A,为额定电流的7.7倍。而改造前Y-180L-4感应电机的起动转矩倍数为2.1,起动电流倍数为8.0。因此,改造后的低谐波绕组感应电机具有更好的起动性能。3.5机械特性在额定转速附近的区间内,由于转差较小,转子鼠笼的集肤效应不明显,电机的磁密处于临界饱和状态,采用磁路法计算,可获得较高的精度。为了简化计算,对传统的T型等效电路做出如下假设:(1)电机的励磁电流Im相对于定子电流I而言较小,,可以忽略,则转子漏感可以移到定子侧。(2)忽略铁耗,在励磁支路上仅有互感。根据上述假设,对感应电机等效电路做合理的修改,得到稳态运行时感应电机一相的等效电路图,如图3所示[12]。图3中,Rs为定子相电阻,Ll为定子漏感和等效到定子侧的转子漏感之和,M为定转子之间的互感,Rr为等效到定子侧的转子电阻,ω为供电电压频率,ωs为转差频率,U是相电压有效值,I为相电流有效值,Im为励磁电流有效值,Ir为转子电流有效值。根据有限元仿真结果可计算出等效电路中各参数,结果见表6。低谐波绕组主要影响了电机定转子之间的互感,其比改造前绕组的互感增加了10%,即产生相同的气隙磁场时低谐波绕组感应电图3感应电机等效电路Fig.3Equivalentcircuitofinductionmotor机的励磁电流要小于改造前电机。由于低谐波绕组的绕组系数较改造前绕组的绕组系数略小,所以在转子鼠笼相同时,其等效到定子侧后的转子电阻要大,电机的临界转差率会增大,电机的机械性能有所变软,机械特性曲线如图4所示
【作者单位】: 浙江大学电气工程学院;
【分类号】:TM346

【参考文献】

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10 关e

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