林仕供

(福建閩東新能源動(dòng)力科技有限公司，福建 福安　355019)

單相異步電機(jī)倍雙電壓的實(shí)現(xiàn)及特點(diǎn)分析

林仕供

(福建閩東新能源動(dòng)力科技有限公司，福建 福安355019)

對(duì)單相異步電機(jī)的倍雙電壓功能實(shí)現(xiàn)作了理論上的分析。對(duì)對(duì)極不對(duì)稱和對(duì)極對(duì)稱兩種電路連接方式進(jìn)行了對(duì)比分析，并進(jìn)行了試驗(yàn)論證。試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)極對(duì)稱連接方式改善了電機(jī)的起動(dòng)和負(fù)載性能，具有一定的優(yōu)勢(shì)。

倍雙電壓； 電磁平衡； 極對(duì)稱； 單邊磁拉力； 異步電機(jī)

0　引　言

目前，為實(shí)現(xiàn)單相異步電機(jī)的倍雙電壓功能，電機(jī)設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)上大多采用對(duì)極分壓方法，即取相對(duì)極的兩套主繞組進(jìn)行分壓，在高電壓時(shí)副繞組從極間半壓分出，實(shí)現(xiàn)雙電壓的電路轉(zhuǎn)換。國(guó)內(nèi)外幾個(gè)廠家的多數(shù)樣品均采用此類結(jié)構(gòu)，但電機(jī)的性能優(yōu)劣不一。總體來(lái)說(shuō)，制造工藝良好的國(guó)外電機(jī)在其起動(dòng)性能和運(yùn)轉(zhuǎn)性能方面要好于國(guó)內(nèi)電機(jī)。

1　理論分析

相較于三相異步電機(jī)，單相異步電機(jī)的最大區(qū)別在于電路和磁場(chǎng)的不對(duì)稱，從而在起動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下都基本為橢圓形磁場(chǎng)，造成單相異步電機(jī)包括電磁振動(dòng)和電磁噪聲在內(nèi)的幾乎所有性能均要劣于三相異步電機(jī)，所以，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能減小電磁的不平衡分量。雖然電路或磁路的不平衡都將使得磁場(chǎng)產(chǎn)生不平衡，但單相異步電機(jī)主繞組或副繞組的對(duì)極電路在理論上總是對(duì)稱的，不會(huì)產(chǎn)生額外的單邊磁拉力。為實(shí)現(xiàn)倍雙電壓功能，若副繞組直接從主繞組極間分壓引出，理論上就破壞了原主繞組的對(duì)極對(duì)稱效果。對(duì)于電容起動(dòng)或電阻起動(dòng)的電機(jī)來(lái)說(shuō)，其將直接影響電機(jī)的起動(dòng)性能，主要表現(xiàn)為起動(dòng)過(guò)程中異常的電磁聲、起動(dòng)緩慢甚至無(wú)法起動(dòng)；對(duì)于雙值電容或電容運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)，該方法甚至可能會(huì)使負(fù)載性能受到嚴(yán)重影響，主要表現(xiàn)為額定負(fù)載時(shí)的溫升偏高、效率偏低，減弱了電機(jī)的過(guò)載能力。特別是對(duì)于一些金加工精度較低的電機(jī)制造廠，制造的電機(jī)定轉(zhuǎn)子機(jī)械同軸度較差，且離散性很大，以上所述的電機(jī)不良性能會(huì)表現(xiàn)得更加明顯，出現(xiàn)的概率也更大。

綜上所述，在對(duì)極不對(duì)稱之外，還需要考慮另一種對(duì)極對(duì)稱的繞組連接方法，以改善電機(jī)的各種性能。

2　兩種連接方式分析

對(duì)極不對(duì)稱連接方式和對(duì)極對(duì)稱連接方式分別如圖1、圖2所示。

圖1　對(duì)極不對(duì)稱連接方式

圖2　對(duì)極對(duì)稱連接方式

對(duì)極不對(duì)稱和對(duì)極對(duì)稱兩種繞組連接方法的優(yōu)缺點(diǎn)如下：

(1) 圖1的主繞組1和主繞組2分別位于定子的相對(duì)面，其空間角度為180°；圖2的主繞組1、3和主繞組2、4分別位于定子的相對(duì)面，其空間角度同為180°。但圖2對(duì)極對(duì)稱連接方式中主繞組1和主繞組3同槽、主繞組2和主繞4同槽，即兩線并繞，其空間角度為0°，相軸重合。

(2) 從圖1和圖2可看出，在低電壓時(shí)，對(duì)極不對(duì)稱連接的主繞組是兩路并聯(lián)，對(duì)極對(duì)稱連接的主繞組是一路串聯(lián)，都是對(duì)稱電路，所以可以對(duì)稱運(yùn)行，不做詳述。

(3) 在高電壓時(shí)，兩種接線均屬于T形接法，其電流相量關(guān)系如圖3所示。

圖3　電流相量關(guān)系

由相量圖可知，im2=im1+ia，所以im2和im1的幅值和相位均不相等，對(duì)于圖1連接，可見(jiàn)對(duì)極不對(duì)稱；對(duì)于圖2連接，由于相對(duì)極的電流都是合成電流im，所以總是對(duì)稱的。

由于im2和im1的幅值和相位均不相等，對(duì)于圖1連接，在理論上主繞組的兩對(duì)極與副繞組的電角度無(wú)法同時(shí)實(shí)現(xiàn)90°，在任何轉(zhuǎn)速下都不能實(shí)現(xiàn)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)運(yùn)行；對(duì)于圖2連接，只要適當(dāng)選擇主副繞組的匝比和電容的匹配，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)稱電機(jī)的運(yùn)行條件，主副繞組的磁勢(shì)幅值相等，相位差為90°，在額定負(fù)載時(shí)以接近圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)運(yùn)行，如圖3(b)所示。

由于im2和im1的幅值和相位均不相等，對(duì)圖1，兩段主繞組的電流密度不相等，有一個(gè)繞組可能出現(xiàn)過(guò)熱現(xiàn)象，造成溫升偏高、效率偏低的不良后果；對(duì)圖2則只要適當(dāng)改變兩段繞組的線徑，便可避免出現(xiàn)以上問(wèn)題。

假設(shè)線圈是理想的倆倆并排，按圖1的方法連接，線圈承受的是匝間電壓，其數(shù)值隨匝數(shù)變化而變化，若按圖2的方法連接，繞組1、3或繞組2、4的線圈所承受的電壓約為額定電壓的1/2。

如上所述，圖2所示的對(duì)極對(duì)稱的繞組設(shè)計(jì)

方法，在設(shè)計(jì)過(guò)程中很容易對(duì)結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行有效地調(diào)整，可以對(duì)各種過(guò)程參數(shù)做最優(yōu)化的組合，以達(dá)到各種配套負(fù)載需要的電機(jī)性能。

3　試驗(yàn)對(duì)比

針對(duì)以上分析，對(duì)3臺(tái)水泵電機(jī)樣品(220/110V，50Hz，180W，兩極)作了相關(guān)的理論分析與試驗(yàn)。3臺(tái)樣機(jī)均按220V接線，在額定負(fù)載時(shí)測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示。

表1　性能測(cè)試數(shù)據(jù)

A—意大利進(jìn)口樣機(jī)，按圖1繞組連接方法；

B1/B2—仿意大利樣機(jī)2臺(tái)，繞組數(shù)據(jù)同A，按圖1繞組連接方法；

C1/C2—仿意大利樣機(jī)2臺(tái)，在B基礎(chǔ)上重新設(shè)計(jì)定子繞組按圖2繞組連接方法，用銅量相同。

從以上試驗(yàn)結(jié)果可看出，B樣機(jī)即完全仿意大利樣機(jī)的數(shù)據(jù)結(jié)果不太理想，不能達(dá)到預(yù)期要求；C樣機(jī)即按圖2連接的樣機(jī)的測(cè)試結(jié)果則相對(duì)比較理想。說(shuō)明只有通過(guò)改進(jìn)設(shè)計(jì)才能得到理想的結(jié)果，且改進(jìn)后的大部分性能甚至超過(guò)樣品的試驗(yàn)數(shù)據(jù)所反映出的性能指標(biāo)。

4　結(jié)　語(yǔ)

通過(guò)兩種連接方式的對(duì)比分析，對(duì)極對(duì)稱的繞組連接方式在很多有特殊負(fù)載要求的場(chǎng)合顯示出了一定的優(yōu)越性。由于是兩線并繞的工藝，所以對(duì)漆包線的絕緣有較高要求。為獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益，設(shè)計(jì)師需綜合考慮使用場(chǎng)合、性能需求等各方面因素后進(jìn)行合理的選擇。

[1]陳世坤.電機(jī)設(shè)計(jì)[M].北京： 機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[2]石有計(jì).一種低壓低速多支路永磁同步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)[J].電機(jī)技術(shù)，2011(5)： 11-14.

Analysis of Characteristics and Implementation of Dual Voltage for Single-Phase Asynchronous Motor

LINShigong

(Fujian Mindong Nev Motor Technology Co., Ltd., Fuan 355019, China)

The dual voltage function realization for single-phase asynchronous motor was analyzed, the asymmetric and symmetric circuit connection mode were analyzed, and verified by experiment. The symmetric connection mode improved the motor starting and loading performance, has certain advantages.

dual voltage; electromagnetic balance； polar symmetry； unilateral magnetic pull; asynchronous motor

2014-09-10

TM 302

A

1673-6540(2015)04-0030-02