CN112165197A - 用于核电系统的单绕组双速电机的双层叠绕组绕线结构 - Google Patents

用于核电系统的单绕组双速电机的双层叠绕组绕线结构 Download PDF

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刘兆江
陈刚
宋修奇
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Abstract

本发明涉及一种用于核电系统的单绕组双速电机的双层叠绕组绕线结构，定子采用48槽的双层叠绕组绕线结构，以任一定子槽为起点，顺次定义各定子槽为第1槽至第48槽，设定第1槽的下层出线端定义为2U端；第47槽上层出线端定义为U2端；第13槽下层出线端口定义为1U端，第35槽的上层出线端定义为X2端；第9槽下层出线端定义为2V端。本发明通过调整绕组接头及改变绕组联接方式，实现在一种绕组排列方式下，电机能够实现两种不同转速，满足设备使用要求。本发明可以消除双绕组多速电机不同绕组之间相互影响产生的环流损耗；与变频调速相比，避免了对电网产生的谐波污染，提高了电网电能质量及运行可靠性。

Description

用于核电系统的单绕组双速电机的双层叠绕组绕线结构
技术领域
本发明涉及一种用于核电系统的单绕组双速电机的双层叠绕组绕线结构。
背景技术
由于屏蔽电机体积小、无泄漏、安全等级高等技术特点，在核电厂中使用正在逐年增加，具有广阔的市场前景。电机通常采用变极多速电机或变频调速两种方式来满足主机对不同转速的要求，但这两种调速方式均具有一定局限性，下面针对这两种调速方式的特点进行分析：
1)变频调速：电机通过变频器调速时，在调速范围、动态响应、调速精度等方面有较大优势，但变频器需要占用较大场地空间，同时使设备维护成本增高，增加了核电厂的运行及维护成本。
2)双速电机：保持电源频率不变，改变定子绕组的极对数，从而改变电机的转速。变极电机绕组分为双绕组变极和单绕组变极两种，双绕组为相对独立的绕组，设计方便，但材料利用率差，不利于电机的小型化。而单绕组变极只有一套绕组，可通过线圈间的不同接法，构成不同极对数，绕组材料利用率较高。单绕组变极分为显极和庶极接法，对于倍极电机，显极接线复杂，庶极接法时，改变外部接线，使一相绕组中一半线圈的电流方向倒转，极数便增加一倍。在满足负载输出功率比和转矩比的前提下，倍极电机设计时采用庶极接法对于提高产品可靠性、降低产品成本是有效的。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于核电系统的单绕组双速电机的双层叠绕组绕线结构，在保证所需转速的同时，可以降低电厂成本，利于核电厂的长期安全稳定运行，选择短接距，有效削弱了谐波，电气性能好。本发明采用的技术方案为：一种用于核电系统的单绕组双速电机的双层叠绕组绕线结构，定子采用48槽的双层叠绕组绕线形式，以定子任一槽为起点，顺次定义各定子槽为第1槽至第48槽，设定第1槽的下层出线端定义为2U端；第47槽上层出线端定义为U2端；第13槽下层出线端口定义为1U端，第35槽的上层出线端定义为X2端；第9槽下层出线端定义为2V端；第7槽上层出线端定义为V2端，第21槽的下层出线端定义为1V端；第43槽的上层出线端定义为Y2端；第15槽上层出线端定义为W2端；第17槽下层出线端定义为2W端；第29槽下层出线端定义为1W端，第3槽上层出线端定义为Z2端；将X2端、Y2端、Z2端接头在电机内部用电缆或铜线焊接在一起，作为8极绕的中性点。将2U端、U2端绕线端头相连接记为接线端头2U；将2V端、V2端绕线接头相连接记为接线端头2V；将2W端、W2端绕线接头相连接记为接线接头2W；然后将连接好的2U端、2V端、2W端与1U端、1V端、1W端绕组接头引出并分别作为外接电源接头。
电机采用4极运行时，用连接片将1U端、1V端、1W端绕组接头短接，2U端与电源的U相连接，2V端与电源的V相连接，2W端与电源W相连接，电机两路Y接并联运行。
所述电机采用8极运行时，将2U端、2V端、2W端绕线接头悬空，1U端与电源的U相连接，1V端与电源的V相连接，1W端与电源W相连接，庶极1路Y接运行。
本发明工作原理：
鼠笼式异步电动机的转速由电机极对数和电源频率决定，因此在外接固有电源情况下改变电机极对数就能改变电机的转速,,其转子极数能自动随定子绕组极对数而改变。以产生恒定的电磁转矩。本发明变极绕法简单，出线头少，对制造工厂简单实用。当1U端、1V端、1W端绕组接头短接，2U端与电源的U相连接，2V端与电源的V相连接，2W端与电源W相连接，定子绕组为4极2路并联；当2U端、2V端、2W端绕线接头悬空，1U端与电源的U相连接，1V端与电源的V相连接，1W端与电源W相连接，原各相并联的2个线圈组反接，定子绕组极数增加1倍，由4极变为8极。
本发明的有益效果为：
1)本发明的双速电机采用4、8极运行(相对应的同步转速为1500转/分、750转/分)设计方案，实现了单绕组电机可在两种转速下运行，可代替现有变频器或双绕组电机，与变频器比较可实现相同的使用功能。本发明满足了核电需要，与以往电机比提高了电机的实用性。
2)本发明的使用寿命及操作方式和常规核电屏蔽电机一样，与双绕组双速电机相比，消除了绕组间相互影响产生的环流损耗；与变频器相比，在保证所需转速的同时，可以降低电厂成本，利于核电厂的长期安全稳定运行。
3)本发明选择短接距，有效削弱了谐波，电气性能好。
4)本发明绕组数量减少为双绕组接线数量的一半，降低了绕组接线工艺难度。
5)本发明提出的绕组庶极链接方式，减小了设备用地空间，不仅可应用于核电屏蔽电机系统，也可推广于其它具有类似方式的工业场合。
附图说明
图1为绕组排列示意图。
图2为4极接法原理图。
图3为4极绕组接线图。
图4为8极接法原理图。
图5为8极绕组接线图
图6电机4极运行时电流图
图7电机8极运行时电流图
图8电机4极运行时转速图
图9电机8极运行时转速图
具体实施方式
本发明提供了一种用于核电系统的单绕组双速电机的双层叠绕组绕线结构，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
如图1绕组排列示意图所示，定子采用48槽的双层叠绕组绕线形式，以定子任一槽为起点，顺次定义各定子槽为第1槽至第48槽，设定第1槽的下层出线端定义为2U端；第47槽上层出线端定义为U2端；第13槽下层出线端口定义为1U端，第35槽的上层出线端定义为X2端；第9槽下层出线端定义为2V端；第7槽上层出线端定义为V2端，第21槽的下层出线端定义为1V端；第43槽的上层出线端定义为Y2端；第15槽上层出线端定义为W2端；第17槽下层出线端定义为2W端；第29槽下层出线端定义为1W端，第3槽上层出线端定义为Z2端。
将X2端、Y2端、Z2端接头在电机内部用电缆或铜线焊接在一起，作为8极绕的中性点。将2U端、U2端绕线端头相连接记为接线端头2U；将2V端、V2端绕线接头相连接记为接线端头2V；将2W端、W2端绕线接头相连接记为接线接头2W；然后将连接好的2U端、2V端、2W端与1U端、1V端、1W端绕组接头引出并分别作为外接电源接头。
电机采用4极运行时，将1U端、1V端、1W端绕组接头连接一起，2U端与电源的U相连接，2V端与电源的V相连接，2W端与电源W相连接，原理如图2所示，电机两路Y接并联运行，接线如图3所示。
所述电机采用8极运行时，将2U端、2V端、2W端绕线接头悬空，1U端与电源的U相连接，1V端与电源的V相连接，1W端与电源W相连接，原理如图4所示，庶极1路Y接运行，接线如图5所示。
实施例一：
定子槽数为48、定子铁芯长度为1060mm，转子采用斜槽，电机采用4、8极时分别对应的同步转速为1500转/分、750转/分、相应的额定功率分别为600kW、95kW两种转速下额定运行效率分别为80％、68％，在某设备现场应用中，电机4极运行时稳态电流308A，8极运行时稳态电流103A，电流幅值如图6和图7所示；电机4极运行时转速如图8所示，电机8极运行时转速如图9所示。

Claims (3)

1.一种用于核电系统的单绕组双速电机的双层叠绕组绕线结构，其特征是：定子采用48槽的双层叠绕组绕线结构，以任一定子槽为起点，顺次定义各定子槽为第1槽至第48槽，设定第1槽的下层出线端定义为2U端；第47槽上层出线端定义为U2端；第13槽下层出线端口定义为1U端，第35槽的上层出线端定义为X2端；第9槽下层出线端定义为2V端；第7槽上层出线端定义为V2端，第21槽的下层出线端定义为1V端；第43槽的上层出线端定义为Y2端；第15槽上层出线端定义为W2端；第17槽下层出线端定义为2W端；第29槽下层出线端定义为1W端，第3槽上层出线端定义为Z2端；将X2端、Y2端、Z2端接头连接；将2U端、U2端绕线端头相连接并记为接线端头2U；将2V端、V2端绕线接头相连接记为接线端头2V；将2W端、W2端绕线接头相连接记为接线接头2W；将2U端、2V端、2W端、1U端、1V端、1W端绕线接头引出并分别作为外接电源接头。
2.根据权利要求1所述的一种用于核电系统的单绕组双速电机的双层叠绕组绕线结构，其特征是：电机采用4极运行时，将1U端、1V端、1W端绕线接头短接，2U端与电源的U相连接，2V端与电源的V相连接，2W端与电源W相连接。
3.根据权利要求1所述的一种用于核电系统的单绕组双速电机的双层叠绕组绕线结构，其特征是：电机采用8极运行时，将2U端、2V端、2W端绕线接头悬空，1U端与电源的U相连接，1V端与电源的V相连接，1W端与电源W相连接。
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