YRKKCT710—6 2000kW 6kV 內反饋調速電機的設計

張毅+孫明達

摘 要：通過分析內反饋調速電機的工作原理，介紹內反饋調速電機的電磁、結構設計，并對內反饋調速系統(tǒng)的特點進行了說明。

關鍵詞：內反饋；調速；電機

1概述

由于現代工業(yè)不斷向自動化、高效率方向發(fā)展，在社會各個領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。內反饋交流調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，該裝置調速平滑，效率和功率因數高，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YRKKCT710-6 2000kW 6kV電機的設計制造任務。

2電動機的參數及工況要求

電機型號：YRKKCT710-6

額定功率：2000kW

額定電壓：6kV

額定頻率：50Hz

調速范圍：500～1000r/min

效率：96.4%

功率因數：0.88

防護等級：IP54

冷卻方式：IC616

安裝方式：IMB3

3內反饋調速電機的工作原理

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

4內反饋電機的電磁設計

合理的電磁方案設計必須既達到設計的最佳性能要求，又確保生產的可能性；必須在滿足各種性能指標、起動、發(fā)熱、調速等要求的同時，充分考慮電機的經濟性。根據容量、電壓、極數，結合型譜，并參考以往的設計制造經驗，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，還另增設了一套調節(jié)繞組，所以該電機的設計除了考慮通用常規(guī)模具外，定、轉子槽型均按現有的加工能力，工藝及材料水平全新設計。

內反饋電機的轉子開路電壓U2及轉子短路電流I2應先根據以往的設計經驗進行綜合考慮，先行確定。

定/轉子槽數：72/90

定子外徑：Φ1190mm

定子內徑：Φ820mm

轉子內徑：Φ520mm

鐵芯長度：770mm

單邊氣隙：3mm

定子接法：Y

定子繞組并聯路數：2

每槽匝數：20

轉子接法：Y

轉子繞組并聯路數：1

每槽匝數：2

根據內反饋電機的調速范圍500～1000r/min，求出接入調節(jié)繞組后低速運行時的轉差率，此時最低轉速對應的轉子電壓經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節(jié)繞組相電壓，確定調節(jié)繞組型式。

調節(jié)繞組接法：△

調節(jié)繞組并聯路數：2

每槽匝數：5

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

定子軛部電磁密度：1.1606T

定子齒部電磁密度：1.3850T

轉子軛部電磁密度：1.3165T

轉子齒部電磁密度：1.5254T

氣隙電磁密度：0.6787T

定子主繞組電流密度：3.09A/mm2

定子調節(jié)繞組電流密度：2.42A/mm2

轉子繞組電流密度：3.42A/mm2

效率：96.47%

功率因數：0.8831

調節(jié)繞組電壓：866V

5內反饋電機的結構設計

1.內反饋調速電機的基本結構與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、調節(jié)繞組接線盒、加熱器接線盒、測溫接線盒、轉子接線盒、中性點接線盒。

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

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.設計分析總結

該電機的設計難度，一是電磁參數的選擇和計算，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，現場使用反饋良好。

7.結束語

內反饋交流調速電動機與內反饋調速裝置配套組成了內反饋調速系統(tǒng)，為機電一體化節(jié)能產品，具有調速平滑、效率高、可靠性高和成本低的特點，調速范圍可達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 ] 《交流電機設計手冊》 湖南人民出版社 ， 1977 .

[ 2 ] 楊興瑤.電動機調速的原理及系統(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.