合愉电机驱动用绕线型变极异步电动机研究
来源：未知
发布日期：2019-08-23 14:18【大 中 小】
合愉电机翻车机驱动用绕线型变极异步电动机转子绕组的设计 ,引入“无感绕组”的概念 并提出采用复合线圈“线圈对”连接技术 ,能够做到转子上只需 3个集电环 ,且在两种极数下转 子都可以具有较高的阻抗 ,既保证了变极电机能够有较大的变极切换转矩 ,又有效地限制起动 或变极切换时的冲击电流。
1. 引 言
翻车机是现代大型火电厂中广泛采用的 卸煤设备。为能够高效、安全、可靠地工作,避免卸煤过程中载煤列车车辆的损伤 ,其驱动 装置必须具有调速功能。
翻车机工作时的一个翻转周期可分为卸 煤时的正翻和空车返回时的回翻两个过程。 所需满足的理想速度。翻车机工作时随倾翻角的变化要求 有两种速度 ,分别对应如下: 当卸载煤车辆在 翻车机平台上就位后 ,整个平台开始倾翻 (正 翻 ) ,为减小倾翻时车辆对平台的碰撞和冲 击 ,倾翻角在 0°～ 20°区间内 ,平台低速翻转 , 这时车辆可以随平台倾斜缓慢靠梆并被压 紧 , 20°后平台带着被固定好的车辆进入高速 翻转 ,快速卸煤以保证作业的高效率 ,至 150°,卸煤动作接近完成 ,这时高速行进间的 平台需要快速制动恢复低速运行 ,以避免撞 击并在倾翻角 165°处安全可靠地停车 ,结束 正翻过程; 回 翻时 ,首先从 165°高速回到 15°,其后再快速制动恢复低速运行 ,以使平 台准确回位至 0°,完成回翻过程 ,整个翻转 周期一般在 60s内可完成。
根据翻车机的设计要求 ,对其驱动装置 调速系统一般有以下几点要求:
( 1)驱动功率 为 150～ 300kW;
( 2)调整范围 3∶ 1以上 ;
( 3)调速性质为恒转矩;
( 4)起、制动快且平 稳 ,无超调;
( 5)能够四象限运行。
为满足上述要求 ,已采用或被考虑采用的调速方案有: 直流电机调速系统,大、小交 流电机切换调速 ,晶闸管交流电机定子调压调速和交流电机变频调速等。这些调速方案 中有些在实际中能够取得良好的调速效果,但另一方面,从理想速度图可看出,翻车机工作时并不要求进行平滑调速,而只要求其驱动装置能够提供随倾翻角阶跃变化的两种速度,就这一点而言 ,最为理想的调速方案应该是采用交流变极异步电动机,而上述所有列举出来的其它调速方案与之相比,就显得有些累赘了。
由于翻车机实际工作方式为断续周期性工作制,处于频繁起、制动及阶跃调速的工况 下,所需驱动功率又较大 ,这样对变极电动机就要求其起、制动及变极切换电流要控制在额定电流的 2. 5倍范围内,同时还要求在翻 车机平台倾翻角为任意位置时两种极数下都要有足够大的起、制动及变极切换转矩。
满足上述要求的电机只能采用绕线型转子的变极异步电动机。它的主要特点是可以在转子电路中串入外接阻抗来有效地限制起动或变极切换时的冲击电流 ,同时又能保证有一定大小的切换转矩 ,因而很适合翻车机这样需要频繁进行变极调速的场合。但是这时要注意的问题是,绕线型转子绕组与笼型转子绕组不同 ,它有确定的极数 ,变极时其转子极数不能随定子极数自动改变。由于普通绕线型转子变极绕组通常采用的是与定子绕组相仿的变极方法 ,因此转子绕组至少需要6根出线要经集电环引出 ,而普通绕线型电机转子上一般只装有 3个集电环,若要将这6根线全部引出,必须要加装3个集电环, 这样就会改变转子原有的结构 ,并无谓地增 加集电环与电刷间的磨损,过多的引出线也会使得变极换接装置显得过于复杂。要避免这个问题,绕线型变极电机机械结构也应做到和普通电机一样,即转子上只用3个集电环。
2.“无感绕组”和“复合线圈”
假定绕线转子每槽置N 2根绝缘导体,这N 2根分为两个部分,各含N 21根和N22根导体,即有N2= N21+ N22 ,其中N 22部分又被分为两组 ,每组各含N 22 /2根导体,分别通以大小相等、方向相反的电流,并在与槽壁垂直的方向上成对布置,这样做的目的主要是为了使其所产生的槽漏抗能够尽量相互抵消。
3.4 /16极 48槽绕线转子绕组
由以上所述可知 ,绕线型转子绕组采用复合线圈后,既不需要在转子绕组电路中另外再串入电阻,也不需要采用高电阻率的导电材料,而同样有增大转子电阻的效果。于是,对绕线转子变极异步电动机,可以设想,利用上述复合线圈的性质,将其转子绕组设 置成一种极数下为复合线圈性能 ,这时转子本身呈现高阻抗,电动机能有高起动转矩及低起动电流;另一种极数下的性能则设计成和普通绕线型电动机一样 ,在转子绕组电路可串入外接阻抗,这样转子只需 3个集电做,且两种极数下都可以具有较高的阻抗,无论是在高速直接起动还是在低速直接起动,或是高速向低速直接切换运行等工况下,冲击电流均会较小。
4. 工业样机运行情况
根据上述设计思想,设计并制成了机座型号为YZR315额定电压380V、极比10 / 40、10极功率75kW的新型3集电环绕线型变极异步电动机。用于宁夏大坝电厂的铁路煤车翻车机,其中40极低速转子为复合线圈特性 ,用于翻车机平台翻转的爬行起动及制动运行到位, 10极高速为普通绕线转子特性,外串频敏电阻后用于途中运行。
由于这种新型的绕线型变极异步电动机能全面满足翻车机对其驱动设备的要求,又由于其控制简单可靠,特性优良,因此将会得到进一步推广应用。
