Y系列感应电机采用低谐波绕组的高效化改造

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1、第33卷第12期电工电能新技术Vo1．33，No．122014年12月AdvancedTechnologyofElectricalEngineeringandEnergyDee．2O14Y系列感应电机采用低谐波绕组的高效化改造李娟，沈建新(浙江大学电气工程学院，浙江杭州310027)摘要：国家“电机能效提升计划”指出对在用感应电机进行高效化改造是重要技术路线之一。本文以一台常规Y系列感应电机(22kW／Y．180L-4)为例，利用低谐波绕组理论对定子绕组进行改造。有限元仿真表明，与改造前电机相比，低谐波绕组感应电机的气隙磁场各次谐波含量明显削

2、弱，磁负荷与电负荷有所降低，过载能力有所提升，在较宽负载范围内效率较高，起动转矩更大而起动电流略小。本方案改造成本低，电机性能改善明显。关键词：感应电机；低谐波绕组；高效化改造中图分类号：TM351文献标识码：A文章编号：1003—3076(2014)12-0010—05设计绝大部分还是基于传统的“电磁设计程序”来1引言完成的，精度并不高。感应电机气隙磁场空间谐波的来源主要有两方根据工业和信息化部、质检总局提出的“电机面，一是由定转子开槽引起的齿谐波，二是由于相带能效提升计划(2013～2015年)”的要求，我国在存在引起的相带谐波。减弱齿谐

3、波的方法有斜槽、近期内提升电机能效主要有两个举措，即高效电机采用软磁槽契等。削弱相带谐波的方法主要有增加新产品的推广以及低效旧电机的回收改造。本文的相数、调整绕组分布等。设计感应电机时，可采用低研究旨在对Y系列感应电机进行有限元分析，探究谐波绕组，亦即通过合理设计槽内绕组匝数，使定子其电磁损耗中的主要成分之一——铁心损耗，并利安匝数沿圆周方向呈正弦分布，降低气隙磁场相带用低谐波绕组来替代传统绕组，由此降低铁耗、提升谐波，降低损耗，同时也能降低电机的电负荷和磁负效率，以较低的材料和加工成本实现旧电机的高效荷，增强过载能力，提高电磁性能。然而槽内

4、导体数化改造。本文将以一台22kW／Y系列感应电机(Y一有一定的限制，很难达到理想正弦情况，因此，低谐180L4)为例开展相关研究。有限元计算结果表明，波绕组仍会产生一些高次谐波。采用低谐波绕组的方式是有效可行的。现有文献对低谐波绕组的原理、低谐波绕组感2低谐波绕组设计方案应电机的设计方法和电磁性能进行了比较详细的分析。在计算电磁性能时，一般采用基于等效电以Y一180L-4感应电机(参数见表1)为例，利用路的方法。和简单的数值计算法，前者忽略了低谐波绕组理论，对定子绕组进行重新设计。低谐电机内的集肤效应和铁磁材料的非线性等，等效电波绕组感应电

5、机与改造前电机相比，仅是绕组形式路仅适用于额定转速附近电机性能的粗略估计；后和线圈匝数进行调整，电机其他参数均保持不变。者在建立模型时，假设场域内各处场量(包括磁场由于篇幅有限，本文只提供电机一对极下的绕强度、磁感应强度、向量磁位和电流密度等)均随时组分布，如表2所示，另外一对极下的绕组分布与此间正弦变化，忽略高次谐波，这些假设会在一定程度类似。鉴于文献[2]中介绍的方法，对于低谐波绕上影响计算结果的精确性。随着计算机的发展，有组电机而言，每极每相4个线圈的理想匝数比为Ⅳ限元软件的计算结果准确性较高，但是在感应：N，：N：N4：1．67：2．

6、73：1．93：1。电机的分析计算中应用并不普及。目前的感应电机收稿日期：2013—12—31作者简介：李娟(1990一)，女，河北籍，硕士研究生，主要研究电机本体设计；沈建新(1969一)，男，浙江籍，教授，主要研究电机及其控制。第12期李娟，等：Y系列感应电机采用低谐波绕组的高效化改造11表1Y-180L-4感应电机参数式中，Ⅳ为各线圈的匝数；卢为各线圈的节距比。Tab．1ParametersofY．18OL4低谐波绕组和改造前绕组各次谐波的绕组系数参数数值比较结果见表3，从中可以发现基波与五次谐波的额定功率／kW绕组系数基本没有变化，但

7、是七次谐波以及更高次极对数谐波的绕组系数大大降低。相电压／V表3绕组系数对比频率／Hz三相绕组接法Tab．3Comparisonofwindingfactor铁心长／mm定子铁心外径、内径／mm转子铁心外径、内径／mm定、转子齿数2表2一对极下电机绕组分布盯4Tab．2Motorwin姗ding如sd△istribut一ion～underapairofpoles槽编号上层边下层边槽编号上层边下层边1A1A113X1X12A2Z414X2C43A3Z315X3C34A4Z216X4C25Z1Z117C1C16Z2B418C2Y47Z3B319C

8、3Y38Z4B22OC4Y23．2气隙磁场9B1B121Y1Y11OB2X422Y2A4利用AnsoftMaxwell2D建立有限元模型，对电11B3X323Y3A