張毅+孫明達

摘 要：通過分析內(nèi)反饋調(diào)速電機的工作原理，介紹內(nèi)反饋調(diào)速電機的電磁、結(jié)構(gòu)設(shè)計，并對內(nèi)反饋調(diào)速系統(tǒng)的特點進行了說明。

關(guān)鍵詞：內(nèi)反饋；調(diào)速；電機

1概述

由于現(xiàn)代工業(yè)不斷向自動化、高效率方向發(fā)展，在社會各個領(lǐng)域合理地提高能源利用率是當前世界各個國家面臨的重大課題。大功率風機和泵類傳動改造為變速傳動系統(tǒng)，平均可節(jié)能約30%。在我國，風機和泵類負載約占交流電機負載的40%，且大功率風機和水泵的軸功率一般在200～2000kW之間，電壓為6kV或10kV。此類負載若直接采用變頻調(diào)速系統(tǒng)，因受電力電子器件特性及控制系統(tǒng)等因素影響，使得系統(tǒng)主回路線路及控制線路相當復雜，且造價頗高。內(nèi)反饋交流調(diào)速裝置作為一種新型的繞線式電動機配套裝置，可廣泛地用于高、低壓大、中容量的風機、泵類的節(jié)能降耗，該裝置調(diào)速平滑，效率和功率因數(shù)高，可靠性強，成本較低，節(jié)能效果非常明顯。

我公司接受為某熱電股份有限公司生產(chǎn)YRKKCT710-6 2000kW 6kV電機的設(shè)計制造任務。

2電動機的參數(shù)及工況要求

電機型號：YRKKCT710-6

額定功率：2000kW

額定電壓：6kV

額定頻率：50Hz

調(diào)速范圍：500～1000r/min

效率：96.4%

功率因數(shù)：0.88

防護等級：IP54

冷卻方式：IC616

安裝方式：IMB3

3內(nèi)反饋調(diào)速電機的工作原理

內(nèi)反饋調(diào)速電機是專為內(nèi)反饋交流調(diào)速裝置而設(shè)計的特種繞線電機。電機定子比普通三相異步電動機增設(shè)了一套三相對稱繞組，稱為調(diào)節(jié)套組，原來的定子繞組稱為主繞組。電機調(diào)速時，將電機轉(zhuǎn)子的部分電磁功率（即轉(zhuǎn)差功率）通過整流、逆變?nèi)〕觯?jīng)變換后反饋入調(diào)節(jié)繞組，并通過調(diào)節(jié)繞組與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場的相互作用產(chǎn)生正向的拖動轉(zhuǎn)矩，這就使電機從電網(wǎng)吸收的有功功率減少，主繞組的有功電流隨轉(zhuǎn)速成正比變化，達到調(diào)速節(jié)能的目的。電機轉(zhuǎn)子反饋給調(diào)節(jié)繞組的功率越大，調(diào)節(jié)繞組的功率就越大，電機的機械功率輸出就越小，轉(zhuǎn)速就越低，反之，轉(zhuǎn)速就越高；當調(diào)節(jié)繞組功率為零時，機械功率幾乎和轉(zhuǎn)子功率相等，電機轉(zhuǎn)速達到額定最高點。

4內(nèi)反饋電機的電磁設(shè)計

合理的電磁方案設(shè)計必須既達到設(shè)計的最佳性能要求，又確保生產(chǎn)的可能性；必須在滿足各種性能指標、起動、發(fā)熱、調(diào)速等要求的同時，充分考慮電機的經(jīng)濟性。根據(jù)容量、電壓、極數(shù)，結(jié)合型譜，并參考以往的設(shè)計制造經(jīng)驗，可基本選定電機的機座號。

由于該電機較為特殊，電機的定子除了具有主繞組外，還另增設(shè)了一套調(diào)節(jié)繞組，所以該電機的設(shè)計除了考慮通用常規(guī)模具外，定、轉(zhuǎn)子槽型均按現(xiàn)有的加工能力，工藝及材料水平全新設(shè)計。

內(nèi)反饋電機的轉(zhuǎn)子開路電壓U2及轉(zhuǎn)子短路電流I2應先根據(jù)以往的設(shè)計經(jīng)驗進行綜合考慮，先行確定。

定/轉(zhuǎn)子槽數(shù)：72/90

定子外徑：Φ1190mm

定子內(nèi)徑：Φ820mm

轉(zhuǎn)子內(nèi)徑：Φ520mm

鐵芯長度：770mm

單邊氣隙：3mm

定子接法：Y

定子繞組并聯(lián)路數(shù)：2

每槽匝數(shù)：20

轉(zhuǎn)子接法：Y

轉(zhuǎn)子繞組并聯(lián)路數(shù)：1

每槽匝數(shù)：2

根據(jù)內(nèi)反饋電機的調(diào)速范圍500～1000r/min，求出接入調(diào)節(jié)繞組后低速運行時的轉(zhuǎn)差率，此時最低轉(zhuǎn)速對應的轉(zhuǎn)子電壓經(jīng)全橋整流后的直流電壓，該直流電壓一般不進行升壓變換，根據(jù)最大的逆變直流電壓可以確定逆變交流線電壓，考慮到逆變電抗會有一部分壓降，并且用于調(diào)節(jié)繞組的電壓是由主繞組感生出來的，相當于變壓器，即調(diào)節(jié)繞組的匝電壓與主繞組的匝電壓相等。計算可知定子主繞組匝電壓，由匝電壓反推可得出調(diào)節(jié)繞組相電壓，確定調(diào)節(jié)繞組型式。

調(diào)節(jié)繞組接法：△

調(diào)節(jié)繞組并聯(lián)路數(shù)：2

每槽匝數(shù)：5

此時，由已選取的合理的接線方式及繞組每相串聯(lián)匝數(shù)即可確定調(diào)節(jié)繞組的各項性能及電氣參數(shù)，再根據(jù)調(diào)節(jié)繞組的各項參數(shù)及主繞組預先計算的參數(shù)確定定子的槽形，進而重新對上述個參數(shù)進行復核。根據(jù)復核后確定好電機的各項電氣參數(shù)，最后確定電機的各項電磁參數(shù)。

定子軛部電磁密度：1.1606T

定子齒部電磁密度：1.3850T

轉(zhuǎn)子軛部電磁密度：1.3165T

轉(zhuǎn)子齒部電磁密度：1.5254T

氣隙電磁密度：0.6787T

定子主繞組電流密度：3.09A/mm2

定子調(diào)節(jié)繞組電流密度：2.42A/mm2

轉(zhuǎn)子繞組電流密度：3.42A/mm2

效率：96.47%

功率因數(shù)：0.8831

調(diào)節(jié)繞組電壓：866V

5內(nèi)反饋電機的結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.內(nèi)反饋調(diào)速電機的基本結(jié)構(gòu)與YR繞線式電機相同規(guī)格，具有相同的安裝尺寸；電機具有5個接線盒，分別為主接線盒、調(diào)節(jié)繞組接線盒、加熱器接線盒、測溫接線盒、轉(zhuǎn)子接線盒、中性點接線盒。

2.內(nèi)反饋調(diào)節(jié)繞組與主繞組同槽嵌線，且調(diào)節(jié)繞組與主繞組具有相同的相序，但線圈的嵌線方向相反，主繞組和調(diào)節(jié)繞組分別從電機的兩端出線。槽內(nèi)線圈分部如下圖。

線圈計算時，主繞組端部抬高值，不能太小也不能太大，應根據(jù)實際情況具體考慮。若是抬高值太小，就會與主繞組端部干涉，線圈端部之間的絕緣無法綁扎；若是抬高值太高，線圈端部彎度太大，線圈的整形極為困難，且與定子壓圈的距離太近，造成爬電距離過小，所以應仔細核算，合理布置線圈空間，保證主繞組斜邊足夠的徑向和軸向空間，保證兩套繞組端部有可靠的絕緣強度。

6.設(shè)計分析總結(jié)

該電機的設(shè)計難度，一是電磁參數(shù)的選擇和計算，二是定子線圈的空間布置和絕緣以及固定，三是改善電機自身的薄弱環(huán)節(jié)，提高系統(tǒng)可靠性。該電機從設(shè)計、制造商都有著重考慮了這三方面，使得該電機一次試制成功，現(xiàn)場使用反饋良好。

7.結(jié)束語

內(nèi)反饋交流調(diào)速電動機與內(nèi)反饋調(diào)速裝置配套組成了內(nèi)反饋調(diào)速系統(tǒng)，為機電一體化節(jié)能產(chǎn)品，具有調(diào)速平滑、效率高、可靠性高和成本低的特點，調(diào)速范圍可達50%～100%，并且電機的容量越大，節(jié)能效果越明顯。主要適用于高壓大、中型風機、水泵的節(jié)能運行，應用市場越來越廣闊。

參考文獻：

[ 1 ] 《交流電機設(shè)計手冊》 湖南人民出版社 ， 1977 .

[ 2 ] 楊興瑤.電動機調(diào)速的原理及系統(tǒng).水利電力出版社，1997.

[ 3 ] 周紹英.電力拖動.冶金工業(yè)出版社，1990.