【正文】 單繞組多速電動(dòng)機(jī)的研究結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一、 技術(shù)要求 課題名稱：?jiǎn)卫@組多速電動(dòng)機(jī)的研究 設(shè)計(jì)要求：①單繞組多速電動(dòng)機(jī)的概況；②定子繞組方案的確定及分析；③多速電動(dòng)機(jī)的變極調(diào)速及設(shè)計(jì)特點(diǎn)；④多速電動(dòng)機(jī)電磁設(shè)計(jì)程序分析及電磁設(shè)計(jì)；⑤了解和掌握三相單繞組多速電動(dòng)機(jī)的變極調(diào)速方法、功率和定子繞組結(jié)法及氣隙磁密的相互關(guān)系。 技術(shù)指標(biāo) 1）型號(hào)：YD132M4/2 2）功率：3）額定電壓：380伏 4）接法：△／2Y 5）絕緣等級(jí)：B級(jí) 6）效率：84／80 7）功率因數(shù)：／ 8）過載能力：／ 9）轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)：／ 10）起動(dòng)電流倍數(shù)：／7 11）槽配合：36／32二、 單繞組多速電動(dòng)機(jī)的概況單繞組多速異步電動(dòng)機(jī)是利用改變定子繞組的接法，以改變電機(jī)的極數(shù)，從而使電機(jī)用一套繞組獲得兩種或兩種以上轉(zhuǎn)速的多速異步電動(dòng)機(jī)。由于一般異步電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)差率s都很小，電機(jī)的轉(zhuǎn)速n=n1(1s)決定于同步轉(zhuǎn)速n1。從可見，在電源頻率不變的情況下，改變定子繞組的極對(duì)數(shù)p，同步轉(zhuǎn)速n1就發(fā)生變化，例如極對(duì)數(shù)增加一倍，同步轉(zhuǎn)速就下降一半，隨之電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，也約下降一半。顯然，這種調(diào)速方法只能做到一級(jí)一級(jí)地改變轉(zhuǎn)速，而不是平滑調(diào)速。 變極電動(dòng)機(jī)一般都用鼠籠式轉(zhuǎn)子，因?yàn)槭蠡\轉(zhuǎn)子的極對(duì)數(shù)能自動(dòng)地隨著定于極對(duì)數(shù)的改變而改變，使定、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的極對(duì)數(shù)總是相等而產(chǎn)生平均電磁轉(zhuǎn)矩。若為繞線式轉(zhuǎn)于，則定子極對(duì)數(shù)改變時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組必須相應(yīng)地改變接法以得到與定于相同的極對(duì)數(shù)，很不方便。 要使定子具有兩種極對(duì)數(shù)，容易想到的辦法是用兩套極對(duì)數(shù)不同的定子繞組，每次用其中一套，即所謂雙繞組變極，顯然，這是一個(gè)很不經(jīng)濟(jì)的辦法，只在特殊情況下才采用。理想的辦法是：只裝一套定子繞組而用改變繞組接法來獲得兩種或多種極對(duì)數(shù)，即所謂單繞組變極。其中倍極比情況(如2／4極，4／8極等)，和非倍極比(如4／6極，6／8極等)以及三速(如4／6／8極等)。 三、 定子繞組方案的確定及分析前面講的利用一套定子繞組來改變極對(duì)數(shù)，從而改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的電機(jī)，稱為單繞組多速電動(dòng)機(jī)。這類電機(jī)都是采用雙層繞組，即利用一套雙層繞組來改變極對(duì)數(shù)。這里主要討論單繞組雙速電動(dòng)機(jī)。單繞組雙速電動(dòng)機(jī)有倍極比和非倍極比；倍極比一般就是一種極是另一種極數(shù)的整倍數(shù)，如2／4極、4／8極等；而不是整倍數(shù)比例的就是非倍極比，如4／6極、6／8極等。本設(shè)計(jì)選定子槽數(shù)為36的6／4極的電動(dòng)機(jī)。1． 列出繞組方案表槽號(hào)1234567891011121314151617182 極U1U1U1U1U1U1W2W2W2W2W2W2V1V1V1V1V1V14 極U1U1U1U1U1U1W1W1W1W1W1W1V1V1V1V1V1V1反向指示******槽號(hào)1920212223242526272829303132333435362 極U2U2U2U2U2U2W1W1W1W1W1W1V2V2V2V2V2V24 極U1U1U1U1U1U1W1W1W1W1W1W1V1V1V1V1V1V1反向指示***********表21 36槽2/4極繞組排列由方案可知，36個(gè)元件中有一半（即元件1111112222230）在變極時(shí)電流方向是不變的，其余一半（即元件11122223333336）在變極改變接線后電流反向。2． 畫出繞組的接線圖和出線圖采用△／2Y接法（即定子繞組4極時(shí)為，2極時(shí)為2Y接法），根據(jù)繞組方案表將一個(gè)相帶中的元件串聯(lián)成一個(gè)線圈組，三相繞組的線圈組之間的連接如圖51所示，當(dāng)由3端點(diǎn)引出線接電源時(shí)為△接法，由6端點(diǎn)引出線接電源，并將3短接時(shí)為2Y接法，其出線圖如圖51所示。圖21 36槽2/4極2Y／△聯(lián)結(jié)繞組接線圖根據(jù)不同接法時(shí)的出線圖可以在接線圖上畫出U、V、W三相電流的方向，如圖51所示，2極時(shí)繞組2Y為接法，U相電流從出線頭“4”分兩路流向中心點(diǎn)（3點(diǎn)接在一起是2Y接法的中心點(diǎn)）如圖所示；4極時(shí)繞組為△接法，U相電流從接頭“1”流向出線頭“2”；如圖中虛線所示，V、W相的電流方向也同樣，從圖51可以看出，接線圖上每相的兩個(gè)線圈組成一個(gè)在變極時(shí)電流方向不變；另一個(gè)在變極時(shí)電流方向相反，它們的電流方向的變化應(yīng)與表51一致，即U相繞組變極時(shí)電流不反向的線圈組的元件6，而U相繞組變極時(shí)反向的線圈組的元件是元件122224。V、W兩相繞組的元件也是這樣配置，見圖51所示。圖22 36槽2/4極2Y／△聯(lián)結(jié)繞組端面接線圖在安放元件時(shí)要注意標(biāo)出元件組的頭尾，例如U相元件6為一組，它的頭U1（即第一號(hào)元件的上層有效邊）應(yīng)在圖51所示位置，這樣元件6中的電流從頭流到尾（即從元件的上層有效邊流向下層有效邊）；而元件122224的頭尾應(yīng)如圖51所示，使2極時(shí)電流從尾到頭，4極時(shí)電流從頭到尾，這樣就符合方案表51中對(duì)繞組接法的要求。最后可以根據(jù)接線圖畫出繞組的端面接線圖如圖52所示。及繞組展開圖如圖53所示。3． 單繞組雙速電動(dòng)機(jī)的繞組系數(shù)單繞組雙速電動(dòng)機(jī)在高速時(shí)其分布系數(shù)可由公式求得，數(shù)據(jù)如表52。極數(shù)kqkykw42表22 36槽4／6極2Y／△聯(lián)結(jié)繞組系數(shù)圖22 36槽2/4極2Y／△聯(lián)結(jié)繞組展開圖一般雙速電動(dòng)機(jī)的定子繞組多采用雙層疊繞組的形式，低速時(shí)為整節(jié)距或接近整節(jié)距，高速時(shí)由于極數(shù)減少，極距的槽數(shù)增大，因而節(jié)距縮小，這樣就使兩種極數(shù)時(shí)的繞組系數(shù)相差不很遠(yuǎn)。三、 多速電動(dòng)機(jī)的變極調(diào)速原理及設(shè)計(jì)特點(diǎn) 一、 單繞組變極調(diào)速的基本原理 1．倍極比我們先以倍極比2／4極雙速電動(dòng)機(jī)為例來說明。設(shè)原來是一個(gè)2p=2，Z1=24槽的雙層60o相帶的正常三相繞組，只是線圈節(jié)距特地取得較小，例如取這時(shí)每相有兩個(gè)線圈組，每個(gè)線圈組串聯(lián)四個(gè)線圈，各線圈組在圓周上的分布情況如（圖31a）所示，為使圖面清楚，圖中只畫出A相的二個(gè)線圈組A1X1和A2X2，并且每個(gè)線圈組只畫一個(gè)線圈作代表。按正常60o相帶雙層繞組的連接法，每相兩個(gè)線圈組應(yīng)反接串聯(lián)(圖31b)或反接并聯(lián)(圖31c)以使它們的電流方向，沿圓周觀察時(shí)是相反的。從（圖31a）可見，這時(shí)定子繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)是兩極的。圖31 兩極繞組及其磁勢(shì)諧波分析a) 繞組布置及其磁場(chǎng)圖 b)、c)每相兩個(gè)線圈組的連接法 d)線圈組A1X1產(chǎn)生的2極和4極磁勢(shì)波 e) 線圈組A2X2產(chǎn)生的2極和4極磁勢(shì)波 f）兩線圈組的合成磁勢(shì)波每個(gè)線圈組都可能產(chǎn)生極對(duì)數(shù)為p=1，2，3，4，……的所有諧波磁勢(shì)，各諧波幅值的相對(duì)大小與其繞組系數(shù)成正比，而與其極對(duì)數(shù)成反比，極數(shù)越多則幅值越小。對(duì)所舉例子，以二極波為最強(qiáng)(p=1，)，四極波(p=2，)次之，:，其他諧波的幅值都較小。在圖31d)中畫出A相第一個(gè)線圈組A1X1產(chǎn)生的二極波及四極波，圖31e)則為第二個(gè)線圈組A2X2的二極波及四極波。比較圖31d)和e)可見，兩個(gè)二極波空間上同相位，而二個(gè)四極波則反相位，因此合成結(jié)果，兩極波直接相加起來，而四極波卻完全抵消掉了，如圖31f)所示。從上分析不難看出，若將每相的第二個(gè)線圈組，即反接線圈組，都改為順接，如圖31b)和c)所示，則第二個(gè)線圈組中的電流改變了方向，于是由它產(chǎn)生的二極波和四極波都應(yīng)正、負(fù)波幅對(duì)調(diào)如圖31e)所示，與圖31d)比較可見這時(shí)變?yōu)閮蓚€(gè)四極波在空間上同相位，而兩個(gè)二極波則反相位，因此合成結(jié)果，兩極波完全抵消掉，而四極波卻直接相加起來而有較大的波幅，如圖32f)所示。這個(gè)結(jié)果從圖32a)也可清楚看到。變?yōu)樗臉O后，每對(duì)極下有三個(gè)線圈組，每個(gè)線圈組的線圈邊在圓周上占電角度，稱為120o相帶繞組。圖32 從圖31變過來的四極繞組及其磁勢(shì)諧波分析a) 繞組布置及其磁場(chǎng)圖 b)、c)每相兩個(gè)線圈組的連接法 d)線圈組A1X1產(chǎn)生的2極和4極磁勢(shì)波 e) 線圈組A2X2產(chǎn)生的2極和4極磁勢(shì)波 f）兩線圈組的合成磁勢(shì)波 由上述可得倍極比單繞組變極的一個(gè)普遍方法是：把60o相帶雙層繞組中所有反接線圈組（即負(fù)相帶構(gòu)成的線圈組）都改為順接，以使其電流反向，則變?yōu)橐粋€(gè)極數(shù)比原理多一倍的120o相帶繞組。2．非倍極比上述對(duì)倍極比的單繞組變極思想可以推廣到非倍極比的情況。普遍地說， 把每一相繞組的線圈都等分為兩半，隨之整個(gè)定于繞組變成兩個(gè)三相繞組，每個(gè)三相繞組稱為半繞組。兩個(gè)半繞組所包含的三相線圈的分布情況完全一樣，但二者在空間上有適當(dāng)?shù)奈灰平?，例如，?dāng)兩種極對(duì)數(shù)中一為奇數(shù)，一為偶數(shù)時(shí)，這個(gè)位移角可取180o機(jī)械角度。這時(shí)只要把每個(gè)半繞組設(shè)計(jì)得對(duì)所需的兩種極對(duì)數(shù)來說都是三相對(duì)稱并有較大的分布系數(shù)，也就是說，