对单绕组双速异步电机电磁设计关键问题的探讨
2015-06-09谭伟谭冰
谭伟,谭冰
佳木斯电机股份有限公司
对单绕组双速异步电机电磁设计关键问题的探讨
谭伟,谭冰
佳木斯电机股份有限公司
本文笔者结合个人从事电动机设计的实践工作经验与相关参考文献,对单绕组双速异步电机电磁设计中的几个关键问题进行粗浅的探讨,以期希望能够为广大同行进一步做好单绕组双速异步电机的电磁设计做出有益的参考。
单绕组双速异步电机;电磁设计
前言:
单绕组双速异步电机作为一种变极调速电机,因其结构简单,绕组烧制方便,出线头少、成本低廉等种种优点被广泛应用于对调速性能要求不高的场合,并起到很好的节能效果。也正因如此,近些年来越来越多的人们加入到了对单绕组双速异步电机的设计研究之中。本文笔者即结合个人实践工作经验,对单绕组双速异步电机电磁的关键设计点进行粗浅的探讨,以供参考。
1.主要尺寸的选择
单绕组双速异步电机的电磁过程主要是在气隙中进行的,而其能量形式则是通过气隙主磁通转换得以实现的。因此,靠近气隙的D i1(定子内径),Leff(铁心有效长度),g(气隙长)则是电机的三个主要尺寸。
尺寸基本方程为:
式中:波幅系数为FS;铁心有效长度为Leff
对于功率、转速一定的电机,Di1和Leff二者的大小则主要是由电磁负荷A1与Bg值决定。可以说如若采用气隙磁密度较高的Bg和A1,则在相同P'值下,可将电机尺寸设计的小一些。一般来讲为了进一步降低电机的生产成本,在电机设计中可使A1、Bg值较高。
而当P'、n1被确定下来时,从公式的推演中,我们则可以将D2i1、Leff计算出来。为了能够更加清楚的反映出电机的几何形状关系,我们可以引入λ电机的主要尺寸进行表示:
式中:极距为τp
从公式中我们可以看出λ的大小,对单绕组双速异步电机在设计中的运行性能,经济性和工艺性都有着巨大影响。
2.定、转子槽数选配
第一,定子槽数的选择。在电磁设计中,如若采用的定子槽数过多,不仅获得的磁势波形较好,谐波磁场、谐波漏抗也会随之减少,其所附加的损耗也会不断降低,而定子槽中线圈边总散热面积的增加,也会对散热更加有利。但与此同时,绝缘材料在用量与加工工时上也会大大增加,定子槽的利用率则会被大大降低。因此,在定子槽数的选择上,应该综合考虑所有的因素。如:在定子铁心内径、外径以及长度已经被确定下来的时候,在定子槽数的选择上应该适合铁心齿磁密,轭磁密,槽内导体电流密度,q值可在2到6这个区间内选择,且尽量选择整数。尤其是在单绕组双速异步电机的电磁设计中,有时为了两种极数的电机通常用同一种冲片,q可能出现分数值。而对于极数少,功率大的电机,q值在选取上则应尽量挑选较大值。因此,根据上述分析,对于4/6极单绕组双速异步电机,在定子槽数为的选择上,36槽最为合适。
第二,转子槽数的选择。定子槽数Z1,转子槽数Z2,当Z1确定不变以后,Z2的槽数将受到Z1的直接约束。而为了使电机设计更加合理,Z1与Z2之间就必然要有一个适当的配合,因为一旦定子槽与转子槽之间的配合不恰当,那势必会直接造成电机性能变坏。
而在各极数下,应该满足如下定、转子槽配合关系:
而通过这个关系式,我们可以看到,定子槽与转子槽之间的配合必须要兼顾两种级数对数,使其能够在两种级对数下的绕组磁势谐波较小。因此,对于槽配合的具体数据,则需要对定绕组作出谐波磁势分析之后确定。
3.绕组型式和节距的选择
第一,绕组型式。目前单绕组双速异步电机的定子绕组通常采用单层绕组型式,其最大的优点在于定子槽内只有一个线圈边,没有层间绝缘,对其的嵌线也比较容易,且定子槽的利用率较高。而其缺点则在于在线圈的节距上不能够进行灵活的选择,谐波磁势、电势也被进一步削弱。因此,单绕组型式普遍应用于功率较小的电机之上。
第二,绕组节距的选择。在绕组节距的选择上,应该从多个角度入手进行充分的考虑,如:电机的电气性能,工艺性能,材料节约等。目前,单层绕组一般采用整距,有时采用短距(y1<τp)。由于单层绕组是将各相的线圈边按电势相加的原则进行连接,而各线圈边连接的先后次序并不影响电势的大小,所以当q等于整数时,从电势计算来看,单层绕组无论是整距还是短距,其短距系数K p1都等于(K p1=1)。
4.定子轭部磁密和轭部尺寸的选取
式中:轭部磁通为Φc;轭部面积为Sc;极弧系数为αi;极距为τ;铁心长为l;轭部宽度为h c;铁心叠压系数为K c。
而通过公式的演算,我们可以看到,当气隙磁密一定时,轭部磁密与极距成正比,而与极对数则成反比。因此,在电磁设计中,定子轭部尺寸应以少极数下的极距、气隙密度进行计算。
结束语:
综上所述,通过本文笔者的阐述,我们在单绕组双速异步电机电磁设计的几个关键问题上得出了以下几点结论:第一,在主要尺寸的选取上必须要先针对两个不同极数进行分别计算,进而选择其中较大的一组;第二,在定、转子槽数选配上,应确保定转子在两种极数下的谐波含量较少;第三,应该从出力的角度,对绕组型式与节距进行选择,进而使两种极数的绕组系统相接近;第四,在定子轭部磁密和轭部尺寸的选取上,应以少极数为准。也希望通过本文笔者对单绕组双速异步电机电磁设计中的几个关键问题的粗浅探讨,能够为广大同行在单绕组双速异步电机的电磁设计上做出有益的参考。
[1]萨力夫.单绕组双速异步电机设计分析[D]华中科技大学.2006-07-01