内反馈调速电机的设计应用

　收稿日期:20062072251

　刘雪波　男　1971年生;毕业于湖南大学电气与信息工程学院电机专业,工程硕士,长沙电机厂有限责任公司电机研究所常务副所长.

内反馈调速电机的设计应用

刘雪波1

　黄守道

2

　1

长沙电机厂,湖南长沙(410007)

　2

湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙(410082)

摘　要　通过分析内反馈调速电机的工作原理,介绍了内反馈调速电机的电磁、结构设计,对内反馈调速系统的特点及应用作了说明。

关键词　内反馈　调速　应用　电机

中图分类号T M343+.4　文献标识码B 文章编号1008-7281(2006)06-0011-04

Appli ca ti on and D esi gn of I n terna l 2Feedback Adjust able 2Speed M otor

L iu X uebo and Huang S houdao

Abstract Thr ough analysis of the operati on p rinci p le of the internal 2feedback ad 2justable 2s peed mot or,this paper intr oduces the electr omagnetic and constructi on design of it,and exp lains the characteristics and app licati ons of the internal 2feedback adjustable 2s peed syste m.

Key words I nternal feedback,adjustable s peed,app licati on,mot or .

0　引言

由于现代工业不断向自动化、高效率方向发

展,在社会各个领域合理地提高能源利用率是当前世界各个国家面临的重大课题。大功率风机和泵类从恒速传动改造为变速传动系统平均可节能约30%。在我国,风机和泵类负载约占交流电机负载的40%,且大功率风机和水泵轴功率一般在200～2000k W 之间,电压为6k V 或10k V 。此类负载若直接采用变频调速系统,因受电力电子器件特性及控制系统等因素影响,使得系统主回路线路及控制线路相当复杂,且造价颇高。内反馈交流调速装置作为一种新型的绕线式电动机配套装置,可广泛地应用于高低压大、中容量的风机、泵类的节能降耗,调速平滑,效率和功率因数高,可靠性强,成本较低,节能效果非常明显,在实践

应用中取得了良好的技术和经济效益。

1　内反馈调速电机调速原理

内反馈调速电机是专为内反馈交流调速装置而设计的特种绕线电机。电机定子比普通三相异步电动机增设了一套三相对称绕组,称为调节绕组,原来的定子绕组称为主绕组。电机调速时,将电机部分转子电磁功率(转差功率)通过整流、逆变取出,经变换后反馈入调节绕组,并通过调节绕组与转子旋转磁场相互作用产生正向的拖动转矩,这就使电机从电网吸收的有功功率减少,主绕组的有功电流随转速正比变化,达到调速节能的目的。电机转子反馈给调节绕组的功率越大,电机的机械功率输出就越小,转速就越低,反之,转速就越高;当调节绕组功率为零时,机械功率几乎和转子功率相等,电机转速最高。如图1所示

。

图1　内反馈调速电机调速流程图

1

1

从图1中可以看出,电机主绕组有功功率P

主

为转子绕组功率P

转与调节绕组功率P

调

之和。

其中转子绕组的功率P

转为机械轴功率P

M

与转

差功率P

S 之和。调节绕组由于转差功率P

S

的输

入,在电机内部产生一个向外的功率,呈发电机工作状态,该功率P

调

为负值。

即　P

主=P转-P调+P损=P

M

+P

S

-P调+P损

式中,P

损

—电机的各种损耗功率。

因转子与调节绕组的转差功率传输损耗很

小,P

S ≈P

调

,则P主=P M+P损

此时主绕组从电网吸收的有功功率已不再包含转差功率了,这样,随着负载所需要的机械轴功率的变化,主绕组从电网吸收的有功功率也做相应的改变,达到调速节能的目的。

2　内反馈调速电机的电磁设计合理的电磁设计方案必须既达到设计的最佳性能要求,又确保生产的可行性;必须在满足各种性能指标、起动、发热等要求的同时,充分考虑电机的经济性。对转速、容量、电压已定的电机,机座号基本选定。选取相应的槽形既要考虑到能否放得下铜线,又要考虑能否用已有的模具,若要重新制造模具,还要考虑其通用性。因此设计人员应利用先进的计算程序,将理论与加工能力、材料水平相结合确定各种参数,具体思路如下:内反馈电机的转子开路电压U

2

应先根据经验及转子短路电流进行综合考虑先确定好。转子短路电流近似为

I

2=

P

η×3×U

2

根据内反馈电机的调速范围,求出接入调节绕组后低速运行时的转差率s

m

,此时最低转速对

应的转子电压经全桥整流后的直流电压U

d

=

1.35U2×s

m

,如果没有升压变换,U d就是最大的逆变直流电压,根据此电压可以确定逆变交流线

电压U

L =

U d

1.35×cosβ

,其中cosβ为最大逆变直流

电压所对应的逆变角(流出的逆变角裕量)的余弦。考虑到逆变电抗会有一定压降,U

L

实际可以低10～20V。

调节绕组一般采用三角形接法,因此,U

L

也就是调节绕组的相电压,调节绕组电流取决于最大逆变容量。对于风机和水泵负载,不采用升压变换时,逆变容量S为:S=

s m×P

cosβ×cosφ

,其中cosφ为功率因数,当采用升压变换时,对于风机和水泵负载,且转差率大于1/3时,逆变容量为S= 0.148P

cosβ×cosφ

,此时,调节绕组电流为I S=

S

3U

L

。

调节绕组的电压是由主绕组感应出来的,相当于变压器,其数值也可以从满足相电压比等于每相串联匝数比来获取,从而依上述反推得到内反馈电机的调速范围。此时,选取合理的接线方式及绕组每相串联匝数即可确定调节绕组的各项性能及电气参数,再根据调节绕组的各项参数及主绕组事先假定的参数确定定子的槽形,进而重新对上述各过程进行循环复核。根据循环复核后确定好电机的各项电气参数,与内反馈控制厂家进行参数协调后,最后确定电机的各项电磁参数。3　内反馈调速电机的结构设计

(1)内反馈调速电机的基本结构如图2,该产品与YR、JR绕线式电机相同规格具有相同的安装尺寸。电机具有4个接线盒,

从轴伸端看均位于电机右侧。

1.轴承

2.主绕组

3.调节绕组

4.转子绕组

5.集

电环　6.测温加热接线盒　7.主绕组接线盒　8.调节

绕组接线盒　9.转子绕组接线盒

图2　内反馈调速电机装配图

(2)内反馈调节绕组与主绕组同槽嵌线,且调节绕组与主绕组具有相同的相序,但开型方向相反,主绕组和调节绕组分别从铁心的两端出线。槽内线圈分布如图3。

(3)线圈计算时,调节绕组端部升高值不能太小也不能太大,应根据实际情况具体分析。若是太小,就会与主绕组相碰,端部的绝缘无法绑扎;若是太大,线圈端部弯度太大,制做起来很困难,且容易

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