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同步凸极电机变极调速方法总结

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摘要：在抽水蓄能电站和泵站中，为了满足两种转速的工况要求，同步电机转子通过变极来实现是一种很合适的方案，近年来双速凸极同步电机无论是在理论研究还是设计手段等方面，均可以说是取得了重大进展，现在同步凸极变极调速的方法总结介绍如下供大家一起探讨研究。

关键词：同步凸极电机；变极调速；方法

1传统方案

1.1并极法

并极法是指相邻的两个小极变后极是同极性的，相当于这两个小极合并为一个马鞍形的”等效大极’’，达到了磁极数减少的效果。并极法只需要4个滑环，这是其主要优点。磁极绕组一半为同极性组，另一半为反极性组，即变极前后磁极极性是相反的.同极性组与反极性组在圆周上是按群相互交替排列的，一般同性极组为奇数群，反极性组为偶数群。这样就使沿气隙圆周的所有磁极极性始终保持着NS交替排列。密云水电站发电电动机就是采用并极法变极变速。

1.2丢极法

丢极法是指磁极绕组中间的小极电气连线在变后极被切除，即该磁极被”丢掉“。丢极法的接线比较复杂，需用5个滑环，但性能较好。磁极绕组中分为同极性组、反极性组和丢极组三种类型。每两群磁极绕组交接面处的一个小极属于丢极组，它的一侧为同极性组，另一侧为反极性组，同极性组与反极性组在圆周上也是按群相互交替排列的，而丢极组在每群中都有一个磁极绕组。我国的岗南、潘家口、响洪甸等水电站发电电动机都是采用这种方法。如潘家口水电站组，48/42变极的丢极组是三个连接小极中间的那一个。由48极切换到42极时，丢极组绕组的电气接线被换极开关断开。

P1=12，P2=10，K=4磁极布置示意图

1.3传统变极方案存在下列问题

转子出线端头过多，转子变极切换需停机进行，变极切换不便；转子磁极大小不等，其形状和相对位置在电机制成后还需根据情况考虑调整；总有一种极数下必须丢磁极，转子电磁材料综合利用率低；转子励磁谐波过大，引起噪音振动；

2虚拟槽分析法

为解决上述问题，有关研究提出了一种设计凸极同步电机转子变极方案的新方法，即“虚拟槽分析法”这种新凸极同步电机转子变极方案设计方法引入“虚拟槽”的概念，将凸极转子化为多槽隐极转子来分析，通过从中排除和选择适当的槽，使得所获得的变极方案仍然保持凸极结构不变，且磁极大小宽度相同，导体利用率高，谐波含量低，两种极数下均无需丢弃任何磁极而实现三滑环切换变极。

这种方法从原理上来说仍然为分组反接的反向变极法，但是将凸极转子圆周表面的磁极看成是隐极转子圆周表面均匀分布的齿槽，对每一齿槽进行虚拟细分化为多槽均匀分布转子，细分的程度由所要求磁极沿转子表面可能移动的步长决定，这时的齿槽位置也代表了磁极可能移动到的位置。

化为虚拟多槽后建立相应的槽号相位图，按反向法一般原理，以及遵循两种极数下绕组系数最大、谐波含量最少且保持转子凸极结构不变的原则，采用观察法构建新的转子变极方案，所获得的转子变极方案采用绕组磁势谐波分析法进行选择和评价。

虚拟槽号相位图分析变极法是一种规范的方法，有确定的操作程式。举例说明：选定变前极和变后极的极对数p1和p2，一般可选择p1p2；选择一个虚拟的转子槽数Z，这个槽数可以是变极前极数的整倍数，也即Z=2kp1，k称为密槽系数。

2.1根据变前极和变后极p1和p2，以及槽数Z，分别作p1槽号相位图（因为槽号相位图宽度为2p，含有2k列槽号，所以槽号列间距，也即槽距电角为p/k）和p2槽号相位图。

2.2变前极和变后极的极对数p1=12和p2=10，选取密槽系数k=4，这时转子虚拟槽数为Z=2kp1=96。

2.3线圈跨距按24极整距选定，但励磁极只有20个，励磁极之间为不等距，按新方法理论可知，超过正常极距的间隔可加装辅助导磁极。

p1=12，p2=10，k=4，励磁极绕组接线图

由于k值可以任选，实际上可能作出的变极方案是很多的，一般来说，k值取得越大，得到可供选择的变极方案就越多，为尽可能提高两种极数下导体利用率，排列变极方案时需遵循两种极数下槽号分布系数最大化的原则，这就要求直观上观察到槽号分布在比较窄的相带内，至于所获得的变极方案是否适用还需对之进行绕组磁势谐波分析后才能最后决定。

总上变极法的比较，”虚拟槽分析法”中也能得到一些有用的结论，例如，新变极方案磁极仍然为不等间距，由于分析以隐极转子为基础，于是可推论，对于磁极较大间隔，可考虑加装导磁极改善磁路的导磁状况等。

3结束语

这些充分说明以上关于凸极同步电机转子变极新的分析方法，提供了获得更好转子变极方案的一种可行途径。

参考文献：

[1]胡敏霞.关于水电站调速器系统改造[J].科技与企业，2013，（1）：286.

[2]魏守平.现代水轮机调节技术[M].武汉：华中科技大学出版社，2002.

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-全文完-