三相异步电机反向法变极调速.doc

哈尔滨理工大学专科生毕业论文 哈尔滨理工大学荣成学院专科生毕业设计题 目： 三相异步电机反向法变极调速 绕组方案设计 专业年级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 哈尔滨理工大学荣成学院完成时间： 2011 年 06 月 17 日哈尔滨理工大学荣成学院专科生毕业设计（论文）评语学生姓名： 学号： 学 院：哈尔滨理工大学荣成学院 专业： 任务起止时间： 年 月 日至 年 月 日毕业设计（论文）题目：三相异步电动机反向法变极调速绕组方案设计指导教师对毕业设计（论文）的评语：指导教师签名： 指导教师职称： 评阅教师对毕业设计（论文）的评语：评阅教师签名： 评阅教师职称： 答辩委员会对毕业设计的评语：答辩委员会评定，该生毕业设计（论文）成绩为： 答辩委员会主席签名： 职称： 年 月 日哈尔滨理工大学荣成学院专科生毕业设计（论文）任务书学生姓名： 学号： 学 院： 专业： 任务起止时间： 年 月 日至 年 月 日毕业设计（论文）题目：三相异步电动机反向法变极调速绕组方案设计毕业设计工作内容：全文分为四个部分来研究三相异步电动机的反向法变极调速，其中第一部分通过摘要阐述了异步电机变极调速的意义。第二部分具体阐述了现在异步电机的发展概况。第三部分是本文的重点部分：分析了变极调速的原理和优缺点以及反向变极法的绕组排列。第四部分是本文的结尾部分，总结了此次设计的目的及实习心得。资料：1 王毓东. 电机学M . 浙江大学电机教研室.浙江大学出版社.1999 ：811052 许实章.电机学.第三版.北京机械工业出版社.19953 陈伯时.电力拖动自动控制系统M.机械工业出版社.20034 陈世坤.电机设计.第二版.北京机械工业出版社.20005 王雪帆,许实章.变后极为3倍数时的反向法变极非正规绕组的排列J.中国电机工程学报.1989年04期:5667指导教师意见： 签名：年 月 日系主任意见：签名：年 月 日目录第一章 摘要4第二章 前言5第三章 对变极调速的研究53.1单绕组多速电动机的概况53.2变极原理63.3变极电动机三相绕组的联结方法73.4变极调速的优缺点73.5反向变极法的原理83.6绕组排列13第四章 总结144.1实习单位及心得144.2论文总结14参考文献15三相异步电动机反向法变极调速绕组方案设计第一章 摘要单绕组多速电动机，其转子为笼型绕组，通过改变定子绕组的接法，从而改变其极对数，达到调速的目的。具有结构简单、运行可靠、成本低廉等优点而被广泛应用。在恒定的频率下，改变电机定子绕组的极对数，就可以改变旋转磁场和转子的转速。通过利用改变绕组接法，使定子单绕组具备二种或三种极对数而得到二个或三个同步旋转磁场的转速。关键字：电动机 变极调速 单绕组多速Abstract: It is single to round a many soon electric motor, its changes the son into the cage type to round a purpose for, passing the changes settles the son rounds set connecting method, from but changing its pole logarithms, attaining adjusting soon. Have the construction simple, circulate dependable, cheap etc. in cost advantage but drive extensive application. Under the fixed frequency, change the electrical engineering settle the son rounds a set pole logarithms, can change to revolve the magnetic field with turn the son of turn soon. Passing the exploitation changes to round a the set connects the method, making settle the son the single rounding the set have two kinds of or three kinds of poles logarithms but get two or three revolve the magnetic field synchronously of turn soon.Keywords: Electric motor Changing the pole adjusts soon It is single to round the set is many soon第二章 前言由于单绕组变极绕法简单, 出线头较少, 对制造工厂最为简单实用。文中介绍单绕组多速异步电动机的反向变极原理及接线方法。单绕组多速异步电动机是一种只有一套定子绕组，通过外部接线变换获得多种转速的电动机。它属与有级调速设备，具有间单、可靠、高效及易于绕制的优点，在许多工业领域的变速拖动中有着广泛应用。 YD系列变极多速三相异步电动机是Y（IP44）三相异步电动机的派生产品是现代JDO2系列变极多速三相异步电动机的更新换代产品。全系列11个机座号，9种速比，共103个规格。目前已鉴定定型批量生产的机座号为80180七个机座号，共65个规格。YD系列电动机的安装尺寸及外型尺寸、绝缘等级、防护等级、冷却方法、结构及安装型式、使用条件、 额定电压、额定功率等均与Y系列（IP44）电动机相同。机座号与速比、功率的关系以及力能指标均与国际同类产品的先进水平相近。变极多速三相异步电动机由于具有可随负载性质的要求而分级地变化转速，从而达到功率的合理匹配和间化变速系统的特点。电动机用于各式万能、组合、专用切削机床以及矿山冶金、纺织、印染、化工、农机等部门需要调速的各种传动机构。第三章 对变极调速的研究3.1 单绕组多速电动机的概况单绕组多速异步电动机是利用改变定子绕组的接法，以改变电机的极数，从而使电机用一套绕组获得两种或两种以上转速的多速异步电动机。由于一般异步电动机正常运行时的转差率s都很小，电机的转速n=n1(1-s)决定于同步转速n1。从可见，在电源频率不变的情况下，改变定子绕组的极对数p，同步转速n1就发生变化，例如极对数增加一倍，同步转速就下降一半，随之电动机的转速，也约下降一半。显然，这种调速方法只能做到一级一级地改变转速，而不是平滑调速。 变极电动机一般都用鼠笼式转子，因为鼠笼转子的极对数能自动地随着定于极对数的改变而改变，使定、转子磁场的极对数总是相等而产生平均电磁转矩。若为绕线式转于，则定子极对数改变时，转子绕组必须相应地改变接法以得到与定于相同的极对数，很不方便。要使定子具有两种极对数，容易想到的办法是用两套极对数不同的定子绕组，每次用其中一套，即所谓双绕组变极，显然，这是一个很不经济的办法，只在特殊情况下才采用。理想的办法是：只装一套定子绕组而用改变绕组接法来获得两种或多种极对数，即所谓单绕组变极。其中倍极比情况(如24极，48极等)，和非倍极比(如46极，68极等)以及三速(如468极等)。 3.2 变极原理 异步电动机定子绕组通以三相电流，就能在气隙中产生一个以同步转速转动的旋转磁场。同步转速和电源频率f、绕组极对数p有如下关系：（转/分） 由此可以看出：当频率一定时，同步转速 与极对数p成反比。只要设法改变同步转速 ，从而改变转子转速n。P愈大，n愈小；P愈小，n愈大。 改变定子绕组极对数，一般有以下三种方法： 单一绕组，改变其不同的接线组合，得到不同的极对数； 在定子槽内安放两个有不同极对数的独立绕组； 在子槽内安放两个有不同极对数的独立绕组，而且每个绕组又可以有不同的接线组合，得到不同的极对数。对于工厂来说，第一种方法最简单实用，因为它绕法简单，出线头较少，用铜也较省。所以单速异步电机改绕多速大多采用此法。若绕组改接前后的极对数是成倍数关系，则这种调速称为倍极比调速， 例如2/4极、4/8极等；否则，称为非倍极比调速，例如4/6极、6/8极等。本设计只讨论2/4极的变极原理和方法。3.3 变极电动机三相绕组的联结方法单绕组变极双速异步电动机每相的两个半相绕组可以采用串联或并联两种不同联结方法。这样，三相之间一般可采用单Y（每相一条支路），双Y（每相两条支路）和D（每相一条支路）三种联结方法。从少极数到多极数一般采用YY/D、YY/Y联结方法。（1）YY/Y联结方法 该联结方法如图524所示。电动机定子绕组有六个出线端。低速运行时端子1U、1V、1W接电源；2W、2U、2V空着。此时，定子绕组为单Y联结方法，每相的两个半相绕组正向串联，电流方向一致，极对数为p，同步转速为n1，如图5-24a所示。双Y联结方法时，1U、1V、1W短接，2W、2U、2V接电源，称为反相序。此时，每个半相绕组变成反向并联，每相中都有一个半相绕组改变电流方向，此时，极对数变为p/2，同步转速变为2n1，如图5-24b所示。（2）YY/D联结方法3.4 变极调速的优缺点变极调速的优点是设备简单、运行可靠、机械特性硬、损耗小、采用不同联结方法可获得恒转矩或恒功率调速特性，以满足不同生产机械的要求缺点是只能分级调节转速，而且只能有两个或三个转速。另外，多速电动机的体积比同容量的普通笼型电动机大，运行性能也稍差一些，电动机的价格也较贵，但对不需要平滑调速的场合，还是一种较经济的调速方法。变极调速广泛应用于机床电力拖动中。对属于恒转矩调速方式的双速或三速电动机也可用来拖动电梯、运输传送带或起重电葫芦等。3.5 反向变极法的原理1）倍极比我们先以倍极比24极双速电动机为例来说明。设原来是一个2p=2，Z1=24槽的双层60o相带的正常三相绕组，只是线圈节距特地取得较小，例如取这时每相有两个线圈组，每个线圈组串联四个线圈，各线圈组在圆周上的分布情况如（图3-1a）所示，为使图面清楚，图中只画出A相的二个线圈组A1X1和A2X2，并且每个线圈组只画一个线圈作代表。按正常60o相带双层绕组的连接法，每相两个线圈组应反接串联(图3-1b)或反接并联(图3-1c)以使它们的电流方向，沿圆周观察时是相反的。从（图3-1a）可见，这时定子绕组产生的磁场是两极的。图3-1 两极绕组及其磁势谐波分析a) 绕组布置及其磁场图 b)、c)每相两个线圈组的连接法 d)线圈组A1X1产生的2极和4极磁势波 e) 线圈组A2X2产生的2极和4极磁势波 f）两线圈组的合成磁势波每个线圈组都可能产生极对数为p=1，2，3，4，的所有谐波磁势，各谐波幅值的相对大小与其绕组系数成正比，而与其极对数成反比，极数越多则幅值越小。对所举例子，以二极波为最强(p=1，)，四极波(p=2，)次之，二者幅值之比为0.677:0.418，其他谐波的幅值都较小。在图3-1d)中画出A相第一个线圈组A1X1产生的二极波及四极波，图3-1e)则为第二个线圈组A2X2的二极波及四极波。比较图3-1d)和e)可见，两个二极波空间上同相位，而二个四极波则反相位，因此合成结果，两极波直接相加起来，而四极波却完全抵消掉了，如图3-1f)所示。从上分析不难看出，若将每相的第二个线圈组，即反接线圈组，都改为顺接，如图3-1b)和c)所示，则第二个线圈组中的电流改变了方向，于是由它产生的二极波和四极波都应正、负波幅对调如图3-1e)所示，与图3-1d)比较可见这时变为两个四极波在空间上同相位，而两个二极波则反相位，因此合成结果，两极波完全抵消掉，而四极波却直接相加起来而有较大的波幅，如图3-2f)所示。这个结果从图3-2a)也可清楚看到。变为四极后，每对极下有三个线圈组，每个线圈组的线圈边在圆周上占电角度，称为120o相带绕组。图3-2 从图3-1变过来的四极绕组及其磁势谐波分析a) 绕组布置及其磁场图 b)、c)每相两个线圈组的连接法 d)线圈组A1X1产生的2极和4极磁势波 e) 线圈组A2X2产生的2极和4极磁势波 f）两线圈组的合成磁势波 由上述可得倍极比单绕组变极的一个普遍方法是：把60o相带双层绕组中所有反接线圈组（即负相带构成的线圈组）都改为顺接，以使其电流反向，则变为一个极数比原理多一倍的120o相带绕组。2）非倍极比上述对倍极比的单绕组变极思想可以推广到非倍极比的情况。普遍地说， 把每一相绕组的线圈都等分为两半，随之整个定于绕组变成两个三相绕组，每个三相绕组称为半绕组。两个半绕组所包含的三相线圈的分布情况完全一样，但二者在空间上有适当的位移角，例如，当两种极对数中一为奇数，一为偶数时，这个位移角可取180o机械角度。这时只要把每个半绕组设计得对所需的两种极对数来说都是三相对称并有较大的分布系数，也就是说，画出该两极对数的半绕组槽磁势矢量图时，三相矢量互差120o并且每相矢量比较集中，就可以采用把两个半绕组顺接串联或反接串联的方法来任意突出其中一个极对数的磁势波而消掉其他一个极对数的磁势波。下面用一具体例子来说明。已知Z1=36槽，试设计一个46极双层的单绕组变极绕组。这时对应着36槽有36个线圈，把它等分为两个半绕组，每个半绕组占18个线圈，也即18个槽。问题的关键是取哪18个槽作为第一个半绕组，哪18个槽作为第二个半绕组，以及半绕组内三相槽号如何分配。现取四极作为基本极，按正常的60o相带双层绕组连接，其槽磁势矢量图如图3-3所示。图3-3 36槽四极时的槽磁势矢量图（按60o相带分相）这样就确定了36个槽所属的相。再按六极画出槽磁势矢量图，如图3-4a）所示。图3-4 36槽六极时的槽磁势矢量图（按图3-3分相）a) 槽磁势矢量图 b)试用的第一个半绕组的三相矢量（不对称，不合要求）c)修改后的第一个半绕组的三相矢量（对称，合乎要求）现在我们试一下，取118的18个槽作为第一个半绕组，不变各槽相属而画出其对六极说的三相槽磁势矢量图，如图3-4b）所示，求出每相矢量的对称轴线如图中点划线所示，从图我们看到，三相磁势虽大小相等，但空间相位上A-B差180o，B-C和C-A都差90o，因此三相不对称，不合要求。但从这个图不难看出，如果把同是属于-B相的17和18槽换为35和36槽，把同是属于C相的15槽换为33槽，则从图3-3可见这样替换后的18个槽对四极说，仍是三相对称，对六极说却变为图3-4c)所示情况，三相磁势同大小而空间上互差120o电角度，因此也是三相对称的。这样我们就找到了符合单绕组变极要求的两个半绕组包含的槽号(也即线圈号)和相属，如表3-1所示。表3-1 构成46极变极绕组的两个半绕组的槽号和相属半绕组I槽号123456789101112131416333536相属AAA-C-C-CBBB-A-A-ACC-BC-B-B半绕组II槽号192021222324252627282930313234151718相属AAA-C-C-CBBB-A-A-ACC-BC-B-B这两个半绕组的分布情况完全一样，但在空间上相差18个槽，即位移了一个180o机械角度。每个半绕组无论对四极或六极来说都是三相对称的。 现在，如果我们把这二个半绕组的对应相都分别顺接串联或顺接并联起来，则半绕组I产生的四极波（p=2）和半绕组产生的四极波，大小相同，且在空间上相差电角度，即同相位，因此它们直接相加得到一个较强的四极波，但半绕组I产生的六极波（p=3）和半绕组产生的六极波，虽大小相同，但在空间上相差 电角度，即反相位，因此它们恰好完全抵销掉。这样，我们得到一个四极的定于绕组。 如果我们把半绕组的三相分别和半绕组I的三相反接串联，使半绕组中的电流都反向，随之半绕组产生的磁势波都正、负对调，则本来是同相位的二个四极波现在变为反相位而互相抵销掉；但本来是反相位的二个六极波却变为同相位而直接相加，因此我们得到一个六极的定子绕组。 上述的46极单绕组变极，对四极来说是正常60o相带绕组，其分布系数很高 ，但对六极来说是一个180o相带绕组（图3-4c），其分布系数 比较低。为了使四极和六极的分布系数接近些，可对四极放弃采用60o相带正常绕组，而改用特殊接法绕组，以降低四极的分布系数而提高六极的分布系数。这种两种极数都非正常接法的单绕组变极，存在很多不同接线方案，下面介绍其中的一个。仍为46极，36槽，其定子绕组的二个半绕组所选的槽号和相属如表3-2所示。可得出这二个半绕组对四极和六极都是三相对称的，把它们顺接串联将得到四极的定子绕组，将它们反接串联则得六极的定子绕组。四极接法时，六极接法时。半绕组I槽号145789101112131415161718202124相属A-CBB-ACCC-B-BAAA-CBB-AC半绕组II槽号192223252627282930313233343536236相属A-CBB-ACCC-B-BAAA-CBB-AC上述的单绕组变极法没有改变各槽的相属，仅在每相内部改变所属线圈的连接方向，因此有时把它称为“反向法”3.6 绕组排列单绕组双速电动机用得较多的接线方法有2Y/、2Y/Y 两种, 6 根出线头。以2Y/来说明具体接线方法:36 槽、4/8 极双速电动机, 绕组排列见表1。线圈接法及变极时的开关接法如图7 所示。图7 中各线圈的正负应以某一极数时为准, 按照绕组表上相号正负, 对照电流方向确定。接电源时, 出线头接法如图7 所示, 4 极时为2Y 接法。8 接时为1接法。图7Z 1= 36, 2P = 4/8, 2Y/接法的变极绕组第四章 总结4.1 实习单位及心得烟台东方威思顿电气有限公司是东方电子股份有限公司的子公司。公司专业从事电能计量及电能信息采集与管理系统研发、生产和销售，是国家高新技术企业、山东省软件企业、烟台市工程技术中心。目前主要有电子式电能表、电能量采集终端、负荷管理终端、配变监测终端、电能量采集与管理主站系统、电力负荷管理和配变监测主站系统、低压集抄系统等产品。在威思顿让我学会了把电路图与实际产品相结合，了解了一个仪表从零件装配到整机出厂的过程，熟识了调试的方法。通过这次实习我真正感觉到步入社会后我们要学得的东西很多，差距还是有的，专业课知识的欠缺、动手能力不足等等，我也知道这不是一天两能够学会的，不过我坚信我能做到这一点。这次实习对我的毕业设计也有很大的帮助，我想能够在以后的设计过程中体会到很多东西。最后还应该感谢老师给的此次机会，让我真正学到了很多专业和社会知识。4.2 论文总结根据电机学原理，只有当定、转子的极对数相同时两者磁势才能相互作用产生恒定电磁转矩。因此，要求变极时定、转子的极对数必须同时改变。这对绕线式转子显然是不现实的，所以只有鼠笼式异步电机才能采用变极调速方式。同时由于极对数的改变是成倍的，因此尽管可在一台电机中做成单绕组双速或双绕组三速或四速。极调速仍是有极调速，只适应于不要求平滑调速的场合。单绕组多速异步电动机已普遍地用在车、铣、镗、磨、钻床以及拖动风机、水泵负载上。在对三相异步电动机反向法变极调速绕组方案设计的研究中，实现了两个目的：（1）对我们即将进入社会的毕业生进行了现场工程师的综合训练，着重训练我们查阅资料的