單繞組變極調速異步電機有限元分析

2012-11-21 07:59:52周黎民黃鵬程

電機與控制應用 2012年5期

周黎民，黃鵬程

(南車株洲電機有限公司，湖南株洲 412000)

1 問題的提出

單繞組變極電機一般用于異步電機拖動的風機、水泵負載的轉速調節。對于葉片不能調節角度的風機、水泵來說，如果不必連續平滑調速(如火力發電廠的循環水泵)，一般分為夏季和冬季兩個運行工況。這種情況下采用單繞組變極調速是一種有效的節能手段。

單繞組變極電機設計中，一般采用路計算進行，由于繞組經常采用非正規接法，不能和60°、120°相帶的繞組一樣進行計算，而是通過對繞組進行計算，得出繞組的短距系數、分布系數及諧波漏磁導系數等參數，再進行等效計算。這種方法在小型電機設計中偏差不是很大，可通過樣機修正。但是在大型高壓電機設計中，由于槽漏抗等誤差積累，各種性能計算可能造成比較大的誤差。南車株洲電機有限公司在YKKL1 250-12/900-14 1 250 kW/900 kW 10 kV單繞組變極異步電機的研制過程中，采用電磁場有限元仿真的方法，進行計算仿真，取得了較好的效果。

2 有限元仿真計算

2.1 建模

對電機進行建模，由于單繞組變極電機繞組接法沒有周期性，故采用了電機全模型進行仿真，如圖1所示。

圖1 電機全模型

按照接線原理圖連接電機模型繞組，以便對電機的運行情況進行仿真。如圖2所示。電機采用3Y/3Y+Y的接法，當連接 U1、V1、W1端子時，電機為14p，連接 U2、V2、W2 端子時，電機為12p。

圖2 電機模型繞組

2.2 磁場分析

由于12極時，電機繞組接法為60°相帶正規接法。這種情況下，電機傳統計算一般誤差不大。針對14極連接情況下，電機采用非正規接法，采用傳統計算時，電機的漏抗，諧波漏磁導系數等都和正規接法的電機有一定的不同，采用傳統等效計算方法進行分析時誤差會變大。

使用Maxwell v12軟件進行電磁場有限元分析結果如下文所述。

14極磁場分布圖如圖3所示。從圖3可看出電機磁場構成了14p對稱磁場。

圖3 14極磁場分布圖

2.3 諧波引起的損耗分析

由于14p時電機是非正規接法繞組，存在較大的繞組磁勢諧波。傳統計算時，一般是對電機繞組磁勢諧波進行分析，得到諧波含量的比例，根據經驗進行判斷，避免出現因諧波造成比較大的附加損耗的情況，不能做到定量計算。采用有限元分析，除了可以考慮到繞組磁勢各次諧波的影響，還可以考慮定、轉子齒槽配合引起的諧波，更全面的分析諧波對電機性能的影響。經過仿真計算得到了電機鐵耗和氣隙諧波磁場引起的渦流損耗，結果曲線如圖4所示。