单绕组变极调速异步电机有限元分析

2012-11-21 07:59周黎民黄鹏程

电机与控制应用 2012年5期

周黎民，黄鹏程

(南车株洲电机有限公司，湖南株洲 412000)

1 问题的提出

单绕组变极电机一般用于异步电机拖动的风机、水泵负载的转速调节。对于叶片不能调节角度的风机、水泵来说，如果不必连续平滑调速(如火力发电厂的循环水泵)，一般分为夏季和冬季两个运行工况。这种情况下采用单绕组变极调速是一种有效的节能手段。

单绕组变极电机设计中，一般采用路计算进行，由于绕组经常采用非正规接法，不能和60°、120°相带的绕组一样进行计算，而是通过对绕组进行计算，得出绕组的短距系数、分布系数及谐波漏磁导系数等参数，再进行等效计算。这种方法在小型电机设计中偏差不是很大，可通过样机修正。但是在大型高压电机设计中，由于槽漏抗等误差积累，各种性能计算可能造成比较大的误差。南车株洲电机有限公司在YKKL1 250-12/900-14 1 250 kW/900 kW 10 kV单绕组变极异步电机的研制过程中，采用电磁场有限元仿真的方法，进行计算仿真，取得了较好的效果。

2 有限元仿真计算

2.1 建模

对电机进行建模，由于单绕组变极电机绕组接法没有周期性，故采用了电机全模型进行仿真，如图1所示。

图1 电机全模型

按照接线原理图连接电机模型绕组，以便对电机的运行情况进行仿真。如图2所示。电机采用3Y/3Y+Y的接法，当连接 U1、V1、W1端子时，电机为14p，连接 U2、V2、W2 端子时，电机为12p。

图2 电机模型绕组

2.2 磁场分析

由于12极时，电机绕组接法为60°相带正规接法。这种情况下，电机传统计算一般误差不大。针对14极连接情况下，电机采用非正规接法，采用传统计算时，电机的漏抗，谐波漏磁导系数等都和正规接法的电机有一定的不同，采用传统等效计算方法进行分析时误差会变大。

使用Maxwell v12软件进行电磁场有限元分析结果如下文所述。

14极磁场分布图如图3所示。从图3可看出电机磁场构成了14p对称磁场。

图3 14极磁场分布图

2.3 谐波引起的损耗分析

由于14p时电机是非正规接法绕组，存在较大的绕组磁势谐波。传统计算时，一般是对电机绕组磁势谐波进行分析，得到谐波含量的比例，根据经验进行判断，避免出现因谐波造成比较大的附加损耗的情况，不能做到定量计算。采用有限元分析，除了可以考虑到绕组磁势各次谐波的影响，还可以考虑定、转子齿槽配合引起的谐波，更全面的分析谐波对电机性能的影响。经过仿真计算得到了电机铁耗和气隙谐波磁场引起的涡流损耗，结果曲线如图4所示。