交流异步电动机变极调速时机械特性的分析

交流异步电动机变极调速时机械特性的分析何万库(西安科技大学机械学院，陕西西安710054)摘要：交流异步电动机改变磁极对数可达到调节转速的目的。有关教材中对变极调速机械特性的表述有矛盾之处。本文通过对变极调速各种接法的机械特性进行分析，指出了有关文献中的错误，并分析了产生错误的原因，供有关人员参考。关键词：△接法YY接法最大转矩机械特性StudyontheSpeed-TorqueCharacteristicoftheNumberofMagneticpolepairs-ChangingAsynchronousMotorHeWan-ku(SchoolofMechanicalEngineering,Xi'anUniversityofScienceandTechnology,Xi'an710054,China)Abstract:Changethenumberoftheasynchronousmotor’smagneticpolepairscanadjustitsrotationalspeed.ThereisthecontradictionplaceinsomeRelatedteachingmaterialonthespeed-torquecharacteristicofthemagneticpole-changing.Inthispaper,weanalyzethespeed-torquecharacteristicofeachmagneticpole-changing-connection,pointoutthemistakesintheRelatedteachingmaterial,andanalyzethereasonforit.Itmaybereferredfortheconcernedpersonnel.Keywords:△connection,YYconnection,biggesttorque,speed-torquecharacteristic0引言交流异步电动机通过改变定子绕组的接法可以改变磁极对数，从而可以改变交流电动机的同步转速，达到调节转速的目的。这是一种传统的调速方式，在生产中有广泛的应用。作者在有关教材中发现对变极调速机械特性的表述各有不同，在文献［1］中认为：当电动机由 , 1 ，、—、.△变为YY接法时，极对数减少一半。相电压UYY^|U^，将这些关系带入相关表达式中可得到如下关系式：1 1、CYY、c^；TmaxYY ^max^；LtYY6即电动机的临界转差率不变，而YY接法时的最大转矩和起动转矩均为△接法时的1/6。在文献⑵中认为：在△接法时，极对数等于2p，同步转速为n0；YY接法时，极对数等于p，同步转速为2n0；YY接法时的最大转矩为△接法时的2/3；两种接法在绕组电流等于I1e时的功率和转矩有如下关系： 6P=0.866； ；『=1.732；在两文献中，YY接法时的最大转矩与△接法时的最大转矩的YY YY比值相差四倍。同时文献［3］、文献［4］与文献［2］、文献［5］机械特性曲线有明显差异。为使使用此教材的人员得到正确的信息，有必要对此问题做进一步研究。三相异步电动机变极调速的原理变极调速适用于专门生产的极对数可变的多速异步电动机。这种电动机是利用改变绕组的接法来改变电动机的极对数的，下面以常用的双速异步电动机为例加以说明。双速异步电动机的定子绕组每相均由两个相同的绕组组成，这两个绕组可以并联，也可以串联。串联时极对数是并联时的两倍。图1是一个四极电机A相绕组中两组线圈的示意图，a1x1和a2x2中电流的方向如图所

示，显然，它们所产生的主磁势是四极的。如果用图2的方式使其中一个线圈a2x2中的电流反向或者反向串联［图2（a）］，或者反向并联［图2（b）］，用右手螺旋定则可以判断，所产生主磁势已经变成2极的了。当然图上没有画出来的B、C两相也应同时换接。由此可见，让半相绕组的电流反向，就能使极数减少一半，从而使同步转速提高一倍，得到2:1的两极调速。变换极数的多速电动机多是鼠笼转子，因为鼠笼绕组本身没有确定的极数，其极数是由旋转磁场决定的，也就是说，完全听从于定子绕组的极数，变极时只要换接定子绕组就够了。如果用绕线转子，则必须定、转子绕组同时换接才行，显然要费事得多。三相异步电动机变极调速的典型线路三相异步电动机变极调速的典型线路有Y—YY和A-YY两种。

图3 异步电动机Y/YY变极调速接线Y—YY变极调速绕组改变接法如图3所示，（a）为Y接法，2p对极，同步转速为n°,（b）为YY接法，p对极，同步转速为2n0。Y—YY变极调速绕组改变接法时机械特性如图5所示。用）低魂接法4耳对报 高速接法对极图4 ^-YY变极调遮△-YY变极调速绕组改变接法如图4所示，（a）为△接法，2p对极，同步转速为n0,（b）为YY接法，p对极，同步转速为2n0o^—YY变极调速绕组改变接法时机械特性如图6所示。变极调速机械特性参数的计算变极调速时，不仅同步转速发生变化，电动机的机械特性也要发生变化。为了定性分折的方便，可以假定各半相绕组的参数都相等，分别为R1/2、X1/2、R2/2、X/2/2oY接法及△接法时，每相绕组参数为半相绕组参数的2倍，即为R1、X1、R/2、X/2；YY法接时，每相绕组参数为半相绕组参数的1/2，即为R1/4、X1/4、R/2/4、X/2/4。于是，电动机最大转矩及其对应的转差率为：Y接法时的同步转速为n0，最大转矩及其对应的转差率为：

F 1 1TmY2M2pLr+Jr2+(x+x)1 、 1 1 2smYR'F 1 1TmY2M2pLr+Jr2+(x+x)1 、 1 1 2smYR'Ir2+(x+xr\1 1 2YY接法时的同步转速为2%,最大转矩及其对应的转差率为：ntU2—1―¥ 1122nf1Iz-R+据2+p4+X/1214p2mU2―i—-R+JR2+1v1+X/12=2TmYR‘/4csmYYJ(R/4)2+{X/4+X'/4)2mY‘1 1 2T/nA12p2Mm5U)2―i 羌—==3TIR+JR2+(X+X')21V1 1 2-TT/nA12p2Mm5U)2―i 羌—==3TIR+JR2+(X+X')21V1 1 2-TmY2s/nAR'cJr2+(x+x少* 1 1 2电动机的最初起动转矩为：Y接法时：T=——SY2兀fYY接法时：2pU2R' q+kf)2+(x1 2 1 2T=SYY2nfrmpU2(Rr/4)侦/4+步/4》+&/4+XM1 2 1 22TSY△接法时:「mZpGu)"]_3km+*3，》」一2YY1 2 1T=——sa2nf1 1 2 1 2以上各式中：T为绕组YY接法时最大转矩；ni|为定子绕组的相数；LT*为定子绕myy i A组相电压；％为定子绕组每项电阻；为定子绕组每项漏电抗；R〈为折算至定子侧的转子绕组每项电阻；X/,为折算至定子侧的转子绕组每项漏电抗；九为定子绕组外接电源的频率。」1Y-YY变极调速的输出功率与转矩：假设异步电动机在Y-YY变极调速运行时，电动机的功率因数cos%和效率n都保持不变，各半相绕组允许流过的额定电流为I1N，则电动机输出的功率与转矩为：Y接法：P=3U11cos甲］门PPT=9500y机9500y0YY接输出功率和输出转矩分别为：P=3U（27）cos甲门=2P.P.2PT=9500—a9500—=Tyyn 2n YYY 0可见Y—YY变极调速方法属于恒转矩调速方式。△-YY变极调速的输出功率与转矩：仍假设异步电动机在^—YY变极调速运行时，电动机的功率因数cos%和效率n都保持不变，各半相绕组允许流过的额定电流为I1N，则电动机输出的功率与转矩为P=3（3u）cos中门=、3p=2P=0.866PaPA X1N 1 Y2YY YYYYP一Taa9.55f=J3*y0所以，A—YY变极调速不属于恒转矩调速方式，而近似为恒功率调速方式。根据以上的分析结果，可定性画出Y—YY变极调速时异步电动机机械特性如图5所示、画出A—YY变极调速时异步电动机机械特性如图6所示。4结论从以上分析可以看出，文献［2］结论正确。文献［1］,YY接法时的最大转矩和起动转矩均为△接法时的1/6的结论有误。原因是，在分析过程中未考虑改变接法时，电动机绕组阻抗的变化。文献［3］，文献［4］中Y—YY变极调速时的机械特性曲线值得商榷，文献⑵，文献［5］中变极调速的机械特性曲线正确。参考文献：［1］ 张海根，高安邦.机电传动控制.北京：高等教育出版社，2004，8—9.［2］ 陈伯时，李发海.电机与拖动下册.北京：中央广播电视大学出版社，1983,136—140.［3］ 顾绳谷.电机及拖动基础下册.北京：机械工业出版社