双绕组双速三相异步电动机定子绕组环流的分析

现代驱动与控制

双绕组双速三相异步电动机定子绕组环流的分析

张 战

荣成市荣佳电机有限公司（264300）

Analysis of Stator Winding Circular Current of Double-Winding Two-Speed Three-Phase

Asynchronous Motor

Zhang Zhan

Rongcheng Rongjia Electric Machine Co.,Ltd

摘 要：分析了双绕组双速异步电动机的一套绕组

工作时，另一套绕组在什么情况下会产生环流，并且提出了消除或削弱环流的方法。

关键词：双绕组双速 环流 消除 削弱

Abstract: The condition to produce the circular current

in one winding was analyzed while another of the double-

winding three-phase asynchronous motor was working. proposed.

The way to eliminate or weaken the circular current was

Keywords: Double-winding Double-speed Circular current Elimination Weakening

对于双速异步电动机的变极调速可分为单

绕组变极调速和双绕组变极调速。单绕组变极调速由于有较高的经济指标，所以得到广泛的应用。双绕组变极调速由于磁动势谐波含量较低，因而也有一定的市场。对于双绕组变极调速电机，当其中的一套绕组A工作时，在三相对称电压的作用下，A中便有对称的三相电流通过，将会产生旋转磁势，建立合成旋转磁场，并且会切割另一套定子绕组B，因而会在B中产生电势。如果B是单路Y接法，则没有闭合回路，将不可能产生环流。但随着电机容量的增加，每槽导体数减少，为了使电机达到合理的经济和性能指标，往往会用到多路并联及△接法，这样B中将有闭合回路。如果B接线不合理，造成闭合回路的ΣE≠0，将会在B中产生环流。环流不但会在

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th

（4/8P）、Z1=60为例进行分析。

XYZ为反向电流）：

A

Z

1-5

10-6

B

X

C

11-15

20-16

31-35

40-36

41-45

50-46

B中产生不必要的铜耗，使电机的温升增加、效率降低；有时环流还会产生磁势使气隙中的基波磁势发生畸变，使电机产生有害的附加转矩和损耗，造成电机的运行性能变坏。现在以4/8极

4P q=5 χ=12°（60°相带、双层叠式）

5

（分数槽、双层叠式）8P q= χ=24°

2

为了保证各相绕组的合成磁势最大，且互差

120°电角度，所以各槽4P绕组的上层或下层部分所在相序及电流方向如下（ABC为正向电流，

Y30-2660-56

21-25

51-55

同理各槽8P绕组的上层或下层部分所在相

序及电流方向如下：

A1-316-1831-3346-48

Z5-420-1935-3450-49

B6-821-2336-3851-53

X10-925-2440-3955-54

C11-1326-2841-4356-58

Y15-1430-2945-4460-59

1 4级运行时8极绕组的状态

4P工作时，气隙磁场中的基波磁势（定转子

产生的合成磁势）相对于定子以转速1500r/min

《电机技术》 2010 年第 1 期 25

现代驱动与控制

的速度旋转，同时切割定子绕组并在定子绕组中感应电势，其槽距角为12°。此时在8P绕组中，同相相邻的极相组间的相位差为12°×7.5=90°。以A相为例，假定E1-3=E＜0，则E10-9=-kE＜90、E16-18=E＜180、E25-24=-kE＜270、E31-33=E＜0、E46-48=E＜180、E55-54=-kE＜E40-39=-kE＜90、

270其中k1.1 8P每相绕组的闭合回路的中环流

要保证8P每相绕组的闭合回路中无环流，只

A(Z(Y)

E1-3+E10-9+E16-18+E25-24+E31-33 以A相为例：

+E40-39+E46-48+E55-54=0，因此8P每相绕组合成的电势为0，接成△后三相绕组之间必然存在ΣE= 0，所以绕组之间肯定没环流。

要保证每相的每个闭合回路的ΣE=0即可，以2路为例：

a接法：

1.3 极相组有效导体数不是唯一数时，绕组间的环流

对于极相组的有效导体数不相同的电机，还

ΣE=E1-3+E10-9+E31-33+E40-39-E55-54-E46-48-E25-24-E16-18= E

E

ΣE=E1-3+E16-18+E31-33+E46-48-E55-54-E40-39-E25-24-E10-9= E

nc坛.r论ot术om技mi机.w电ww要对此绕组作为工作绕组时，气隙中的基波磁势在此绕组中是否产生环流进行分析。因为8P为分数槽绕组，即每个极相组所占的导体数不一样，所以要分析8P为工作绕组时，其气隙中的基波磁势是否在8P绕组中产生环流。

8P工作时，气隙磁场中的基波磁势切割定

子绕组并在定子绕组中产生电势，其槽距角为24°。此时，在8P绕组中，同相相邻的极相组间的相位差为24°×7.5=180°。以A相为例，假定E1-3=E31-33=E

ΣE=E1-3+E16-18+ 对于上述的接法b，此时，E31-33+E46-48-E55-54-E40-39-E25-24-E10-9=4E

ΣE=E1-3+E10-9+E16-18 对于上述接法c，此时，+E25-24-E55-54-E46-48-E40-39-E31-33=E

从上可以看出：8P为工作绕组时，b接法会使E

EEE

ΣE=E1-3+E10-9+E16-18+E25-24-E55-54-E46-48-E40-39-E31-33= E

8P每相绕组的闭合回路产生环流，而c接法不产生环流。上述的环流是由于每个支路的有效导体数不一样造成的，此种情况将会有脉动的不平衡电磁力产生并作用在定子与转子的气隙中，易产生径向振动。所以对于极相组的有效导体数不是

接法存在环流。

1.2 8P接成△接后，三相绕组之间的环流

《电机技术》 26 2010 年第 1 期

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唯一数值的电机，在接线时一定让每个支路的有效导体数一样。

有效导体数要相等。

以上主要分析的是基波的影响，当然气隙中肯定存在谐波，只不过气隙中谐波磁势相对于基

2 8极运行时4极绕组的状态

8P工作时，气隙磁场中的基波磁势切割定

波来说很小，谐波磁势再切割另一套绕组产生电势继而在气隙中产生的磁势就更小。所以分析谐波时，主要分析工作绕组在气隙中产生的谐波磁势，并且削弱此磁势也可以削弱切割另一套绕组而产生的电势。对于气隙中的谐波磁势切割另一套绕组产生电势继而产生的磁势对基波影响不太大（若要分析则方法同上）。

减小工作绕组在气隙中产生的谐波磁势的1）转子斜槽、采用磁性槽楔或半闭口槽削弱方法如下。齿谐波。

子绕组并在定子绕组中感应电势，其槽距角为24°。此时在4P绕组中，同相相邻的极相组间的相位差为24°×15=360°。以A相为例，假定E1-5 =E

2.1 4P每相绕组的闭合回路中的环流

以2路为例a接法：

ΣE=E1-5+E31-35-E50-46-E20-16=4E

ΣE=E1-5+E20-16-E50-46-E31-35=0

由上可以看出b接法不存在环流，a接法存在

环流。

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EE

5

τ可削弱5次及7次谐6

波，对于120°相带y=τ可削弱大部分的偶次谐

2）对于60°相带y=波。

3）对称三相绕组采用Y形或△形联接，则气

隙中的3及3的奇数倍次谐波的合成磁势为0（因为它们三相的磁势在空间位置上相同，时间上相差120°）。

4）增大气隙也能有效地削弱高次谐波磁场

包括齿谐波磁场。

3 总结

对于双绕组双速电机，当一套绕组工作时，

2.2 4P接成△接后，4P三相绕组之间环流的分析

E1-5+E20-16+E31-35+E50-46=0，以A相为例：因此4P每相绕组合成的电势为0，接成△后三相绕组之间必然ΣE=0，所以△接后三相绕组之间肯定没环流。

对于4P来说q=5，所以极相组的有效导体数有可能不相同。如果极相组的导体数不相同，在4P为工作绕组时，欲保证气隙中的基波磁势在4P绕组中不产生环流，则4P每相绕组的每个支路的

另一套绕组内一定不能产生由基波磁势切割绕组而产生的环流，可采取合理的接线方法来消除此环流。

参 考 文 献

1 贾大义，艾高烈．常用电机原理与设计．中国轻工业出版社，1996.2 中小型电机设计手册．机械工业出版社，1994．

（收稿日期：2009-06-15）

作者简介：张 战，男，1977年生，毕业于沈阳工业学院，现从事电动机设计。

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