槽号相位图在双绕组变极电机中的应用

唐庆华

(中国长江航运集团电机厂，湖北武汉430205)

槽号相位图在双绕组变极电机中的应用

唐庆华

(中国长江航运集团电机厂，湖北武汉430205)

通过对一台低速极空载电流表现异常的双绕组变极电机的检查、分析及处理，介绍了槽号相位图在双绕组变极电机中的应用。同时通过这个实例证明，槽号相位图是一种简捷可靠的分析手段，可以广泛地应用于双绕组变极电机的设计和制造中。

变极；环流；槽号相位图

0 引言

我公司生产了一台YZDS 225M-6/20 15/4.5kW鼠笼型双速电动机，该双速电动机的定子绕组为两套独立绕组，两个极数接线方式分别为3Y(6极)/Y(20极)。在进行出厂试验时，该电机两个极下分别接入380V/50Hz工频电源后，高速极的空载电流和低压堵转数据均正常。但是进行低速极测试时，其空载电流接近40A，比试验系统中的历史记录数据大了接近10A，而且空载时还存在电磁噪声异常的情况。

经过技术人员现场的检查与处理后，发现是由于操作人员没有按照图纸规定的顺序接线，从而使低速极通电时在高速极绕组内部产生了环流导致低速极的空载电流和噪声发声异常。本文将结合槽号相位图的运用以及现场处理的方法，详细分析该电动机环流产生的原因。

1 电动机环流

本文举例的电动机为双绕组双速笼型电动机，也就是电动机的定子部分是将两套相互独立的绕组依次嵌入同一个定子铁心的槽中。在实际使用中，电动机的两个极数是分别通电，根据通电顺序的不同，就会产生工作绕组和休息绕组的区别(注：当6p绕组通入交流电源时，6p的绕组就会产生旋转交变磁场，此时6p绕组即为工作绕组，而没有给电的20p绕组则是休息绕组，反之亦然)。

当工作绕组中通电时，由于电磁感应的作用电机气隙中将产生旋转的磁场。旋转的磁场不仅在鼠笼转子的导条中产生感应电动势，而且根据变压器原理也会在休息绕组的定子线圈中产生感应电动势。如果该休息绕组本身已构成闭合回路，并且回路中感应电动势不能互相抵消，则非工作绕组中会产生环流。环流的叠加影响将导致工作绕组的电流急剧增加，影响工作绕组的正常运行，严重的还将因迅速过热而导致绕组和绝缘烧毁。

所以对于双绕组多速电动机，我们要使绕组联接的每条支路中感应电势互相抵消，使其合成电势为0而不能形成环流，进而杜绝环流对电机运行过程产生伤害[1]。可以利用槽号相位图对这台双绕组双速电动机高速极绕组产生的环流的具体原因进行分析。

2 槽号相位图

根据交流电机的绕组理论，把槽矢量星形图的圆周展开成直线，取消表示矢量的箭头，留下矢量的槽号，以表格形式来进行表示就得“槽号相位图”。

“槽号相位图”实质上就是同时画出电机绕组正槽号矢量和负槽号矢量的槽矢量星形图，只是表示形式不同而已。相位图以表格形式出现，整个表格的水平长度相当于2π(弧度)或360°，其中每个槽号代表一个矢量(导体矢量或线圈矢量)，同一纵列的所有槽号所代表的矢量都是同相位，而两槽号之间的水平距离则代表相应两矢量之间的相位差，用弧度或角度表示[2]。

这台双绕组双速电动机的定子槽数为72槽，极数分别为6极和20极，因此6极的每极每相槽数为q1=72/(3×6)=4,而20极的每极每相槽数则为q1=72/(3×20)=6/5，很明显20极为分数槽绕组的分布形式。

图1 6级槽号相位图

图2 20极槽号相位图

根据参考文献[2]中描述的方法，可画出6极和20极的槽号相位图分别见图1、图2。其中对于分数槽绕组，20极的槽号相位图中每一个横行应有6×6=36个小格，然后相邻槽号需要位移5小格。

该双速电动机的定子绕组接线方式分别为3Y(6极)/Y(20极)，并且两个极数的线圈均分别按照等匝数绕制，不存在多匝少匝的情况。由此可知，当6极绕组通电运行时，由于20极为1路联接，其三相绕组未形成闭合回路，所以在20极绕组内部不可能产生环流。而6极为多路并联，所以需要单独分析当20极绕组通电运行时，6极绕组内部的环流情况。

正常生产的6极3Y接线图如图3所示。我们可以选择其中的一相绕组来简化分析过程，结合图2的槽号相位图来分析当20极绕组通电运行时6极绕组内部的环流情况。以U相为例，从图2分布情况可以看出，槽号组(1，37)、(2，38)、(3，39)、(4，40)、(13，49)、(14，50)、(15，51)、(16，52)、(25，61)、(26，62)、(27，63)、(28，64)在20极槽号相位图中分别位于同一纵列，因此这些槽号组所代表的矢量都是同相位的，再加上线圈为等匝数绕制方式，所以上述槽号组就是大小相等、方向相同的不同矢量对。

当U相的内部绕组按照图3的联接方式进行内部接线时，第一条支路里面的“1-2-3-4”和“37-38-39-40”矢量大小相等，但是“37-38-39-40”通过反接后，其负槽号所处的位置正好与“1-2-3-4”槽号成180°电角度，所以第一条支路中矢量大小相等、方向相反，感应电势相互抵消，不会产生环流。同样的原因，在第二条支路和第三条支路里面也不会有环流产生，U相无环流的影响。

图3 6级定子绕组接线图

按照同样的方法对V相、W相进行分析，也可以得出V相和W相无环流产生的结论。所以只要按照图3的方法对6极绕组进行正确接线，当20极绕组通电运行时，在6极的绕组内部是不会有环流产生的。

3 电动机异常的原因

结合上述槽号相位图的分析，我们可以得知，当电机的6极或者20极分别通电运行时，在另一套休息绕组的内部中均无环流产生，但是这台双速电动机在低速极却出现了异常的电磁噪声等情况。经过技术人员的详细了解，发现在定子整形过程中，操作人员为了减少绕组内部的相间连接线，在接线的时候没有严格按照图3的槽号关系来进行连接，而是按照同相绕组相邻槽号进行了就近连接。把异常状况下6极绕组按就近连接的顺序把其接线图画出来，如图4所示。

图4 异常情况下6级接线图

根据此情况，我们继续结合图2的槽号相位图来分析在2极通电运行时6极绕组按图4连接的环流情况。以U相的第一条支路为例，标号“1-2-3-4”和“13-14-15-16”所处的槽号不在同一纵列位置，所以这两组矢量不是同相位的。通过图2我们可以进一步看到，正槽号“1”、“2”、“3”、“4”和负槽号“-13”、“-14”、“-15”、“-16”的对称轴线在槽号“3”和槽号“-14”之间，所以第一条支路中矢量产生的合成感应电势不为为，也就是不能完全相互抵消，这样就会形成支路电压，从而在支路中就会有环流产生。同样的道理，可知在U、V、W三相中均会形成支路电压。因此，当20极绕组通电运行时，6极绕组内部会有环流产生。

为了进一步验证这台表现异常电动机绕组内部存在环流的情况，我们在空载运行的情况下来测量两个极数的相互感应电压。当6极绕组通电空载运行时20极绕组接线端测得的相互感应电压数值可忽略不计，说明6极绕组通电时20极绕组内部无环流产生，所以高速极空载电流正常。相反地，给20极绕组输入工频电源，然后用电压表测量6极三相引线上的端电压。当20极绕组输入电压为376V时，在6极三相引线上测得的相间电压分别为1.69V、1.65V、1.35V，这就充分说明了按图4进行接线的6极绕组内部合成电势不为0，所以内部会存在环流，从而电机的空载电流和电磁噪声异常。

随后我们把6极绕组的连接顺序严格按照图3进行接线，20极绕组重新通电空载运行时，在6极绕组接线端测得的相互感应电压数值也可忽略不计，实测空载电流数值和设计值以及整改前测试值列表见表1。

表1 电流数值列表

从表格中可以明显看出，低速极的空载电流与设计值非常接近，已经恢复到了正常数值。此外，电磁噪声值也降低到了正常水平，电机恢复到正常水平。

4 结语

通过结合具体实例、槽号相位图对双绕组多速变极电动机绕组内部的环流情况进行分析，解决了电动机环流及噪声问题。在其他倍极比或者非倍极比双绕组变极电机的设计过程中，我们同样可以通过对槽号相位图的具体分析，找到绕组内部连接的正确路径，采取合理的措施避免和消除环流的影响，使电机运行更加可靠平稳。

另外通过槽号相位图，我们还可以对非正规绕组的矢量磁势和谐波情况进行分析，比较方便地计算多速变极电机非正规排列情况下绕组的分布系数。因此槽号相位图是一种简捷可靠的分析手段，可以广泛地应用于双绕组变极电机的设计和制造中。

[1] 唐庆华.四速电动机的设计与制造.防爆电机，2016.4.

[2] 许实章.交流电机的绕组理论.北京：机械工业出版社，1985.12.

[3] 程友明，王泽威.隔爆型双绕组双速电动机绕组环流分析.电气防爆，2014.3.

[4] 唐庆华，张林.采用斜槽降低三相异步电动机电磁噪声.防爆电机，2015.1.

Application of Slot-Number Phase Graph to Double-Winding Variable-Pole Motor

TangQinghua

(Electric Motor Factory of China Changjiang Shipping Group, Wuhan 430205, China)

Based on inspection, analysis and treatment of a double-winding variable-pole motor with low speed and abnormal noload current, this paper introduces application of slot-number phase graph to this kind of motor. This practical example has proved that slot-number phase graph is a simple and reliable analysis method. It can widely be used in design and manufacture of double-winding variable-pole motor.

Variable pole；loop current；slot-number phase graph

10.3969/J.ISSN.1008-7281.2017.01.08

TM302

B

1008-7281(2017)01-0028-003

唐庆华 男 1976年生；毕业于湖南工程学院，现从事电机设计及技术管理工作.

2016-06-07