【摘要】：國(guó)家"電機(jī)能效提升計(jì)劃"指出對(duì)在用感應(yīng)電機(jī)進(jìn)行高效化改造是重要技術(shù)路線之一。本文以一臺(tái)常規(guī)Y系列感應(yīng)電機(jī)(22k W/Y-180L-4)為例,利用低諧波繞組理論對(duì)定子繞組進(jìn)行改造。有限元仿真表明,與改造前電機(jī)相比,低諧波繞組感應(yīng)電機(jī)的氣隙磁場(chǎng)各次諧波含量明顯削弱,磁負(fù)荷與電負(fù)荷有所降低,過載能力有所提升,在較寬負(fù)載范圍內(nèi)效率較高,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩更大而起動(dòng)電流略小。本方案改造成本低,電機(jī)性能改善明顯。
【圖文】：

12電工電能新技術(shù)第33卷感應(yīng)電機(jī)的氣隙磁場(chǎng)進(jìn)行傅里葉分解，得到各次諧波幅值，具體數(shù)據(jù)見表4。根據(jù)表3計(jì)算的各次諧波的繞組系數(shù)，采用低諧波繞組后，由于主要的低次諧波的繞組系數(shù)都有所下降(見表3)，所以電機(jī)的低次諧波含量明顯下降，齒諧波產(chǎn)生的21次和23次諧波的繞組系數(shù)略有下降。圖1一對(duì)極下氣隙磁場(chǎng)波形Fig．1Fluxdensitywaveformsunderapairofpoles表4氣隙磁場(chǎng)基波及各次諧波幅值Tab．4Amplitudeoffundamentalandharmonic諧波次數(shù)幅值/T低諧波繞組感應(yīng)電機(jī)改造前電機(jī)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穩(wěn)態(tài)性能3.3.1額定點(diǎn)電磁性能Y系列感應(yīng)電機(jī)改造前電機(jī)線圈的跨距為10，節(jié)距比為0.83;采用低諧波繞組后，線圈跨距分為12、10、8和6，其中短跨距線圈的匝數(shù)比例較高，平均節(jié)距比變?yōu)?.81。所以定子繞組端部尺寸變小，繞組的平均半匝長(zhǎng)度縮短，定子相電阻減小，諧波的繞組系數(shù)大大降低，從而電機(jī)的氣隙磁場(chǎng)諧波含量下降。諧波引起的雜散損耗隨之減小，諧波在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生的銅耗也有所下降。在額定點(diǎn)運(yùn)行時(shí)，低諧波繞組感應(yīng)電機(jī)勵(lì)磁電流較小，相電流減小，定子的銅耗降低。在輸出功率相同的前提下，低諧波繞組感應(yīng)電機(jī)的相電流有效值和氣隙磁場(chǎng)都有所降低，電機(jī)的銅耗和鐵耗都相應(yīng)下降，效率提高1.7%，具體數(shù)據(jù)詳見表5。且其電負(fù)荷和磁負(fù)荷都有所降低，其過載能力略高。表5額定點(diǎn)性能比較Tab．5Performancecomparisonatratedpoint性能參數(shù)低諧波繞組感應(yīng)電機(jī)改造前電機(jī)額定轉(zhuǎn)速/(r/min)14701473額定轉(zhuǎn)矩/(N·m)140.5139.4輸出功率/kW21.621.5相電流有

第12期李娟，等:Y系列感應(yīng)電機(jī)采用低諧波繞組的高效化改造13圖2改造前電機(jī)與低諧波繞組感應(yīng)電機(jī)負(fù)載性能對(duì)比Fig．2Loadperformancecomparisonbetweennormalinductionandlow-harmonic-windingmotor為181.9A，為額定電流的7.7倍。而改造前Y-180L-4感應(yīng)電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)為2.1，起動(dòng)電流倍數(shù)為8.0。因此，改造后的低諧波繞組感應(yīng)電機(jī)具有更好的起動(dòng)性能。3.5機(jī)械特性在額定轉(zhuǎn)速附近的區(qū)間內(nèi)，由于轉(zhuǎn)差較小，轉(zhuǎn)子鼠籠的集膚效應(yīng)不明顯，電機(jī)的磁密處于臨界飽和狀態(tài)，采用磁路法計(jì)算，可獲得較高的精度。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，對(duì)傳統(tǒng)的T型等效電路做出如下假設(shè):(1)電機(jī)的勵(lì)磁電流Im相對(duì)于定子電流I而言較小，，可以忽略，則轉(zhuǎn)子漏感可以移到定子側(cè)。(2)忽略鐵耗，在勵(lì)磁支路上僅有互感。根據(jù)上述假設(shè)，對(duì)感應(yīng)電機(jī)等效電路做合理的修改，得到穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)感應(yīng)電機(jī)一相的等效電路圖，如圖3所示［12］。圖3中，Ｒs為定子相電阻，Ll為定子漏感和等效到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子漏感之和，M為定轉(zhuǎn)子之間的互感，Ｒr為等效到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子電阻，ω為供電電壓頻率，ωs為轉(zhuǎn)差頻率，U是相電壓有效值，I為相電流有效值，Im為勵(lì)磁電流有效值，Ir為轉(zhuǎn)子電流有效值。根據(jù)有限元仿真結(jié)果可計(jì)算出等效電路中各參數(shù)，結(jié)果見表6。低諧波繞組主要影響了電機(jī)定轉(zhuǎn)子之間的互感，其比改造前繞組的互感增加了10%，即產(chǎn)生相同的氣隙磁場(chǎng)時(shí)低諧波繞組感應(yīng)電圖3感應(yīng)電機(jī)等效電路Fig．3Equivalentcircuitofinductionmotor機(jī)的勵(lì)磁電流要小于改造前電機(jī)。由于低諧波繞組的繞組系數(shù)較改造前繞組的繞組系數(shù)略小，所以在轉(zhuǎn)子鼠籠相同時(shí)，其等效到定子側(cè)后的轉(zhuǎn)子電阻要大，電機(jī)的臨界轉(zhuǎn)差率會(huì)增大，電機(jī)的機(jī)械性能有所變軟，機(jī)械特性曲線如圖4所示
【作者單位】： 浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院;
【分類號(hào)】：TM346

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10 關(guān)e

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