双转子运城矿用变压器的研究

编辑：运城矿用变压器厂家 日期：2019-01-11 人气：416

　　运城矿用变压器由于结构简单、坚固、维护容易、使用方便被广泛应用，约占旋转电机总容量的85%以上。同时，电机负载作为系统的主要用电负荷之一，约占目前国内用电负荷的55%.所以，提高运城矿用变压器的效率和功率因数，对于节能、提高经济效益有着很重要的意义。为此，长期以来，提高运城矿用变压器的效率和功率因数作为各国电机制造业和研究机构的一个研究热点，投入了大量的人力、物力和财力，主要工作有以下几个方面：解析设计理论研究的进步：包括通风冷却设计解析，电机强度设计解析，电磁场有限元解析等技术的进步，使电机设计更为合理、精确。

　　控制技术的发展：即运城矿用变压器的控制技术的发展，使用于控制的运城矿用变压器实现了高效节能和高性能。对于轻载运行的运城矿用变压器也有采用降压节能器以提高电机的效率和功率因数，收到了一定的效果。

　　电机制造材料品质的提高：这里有新型电磁材料及绝缘材料，由于采用这些新型材料，使运城矿用变压器的损耗不断减少，缩小了运城矿用变压器的尺寸，使运城矿用变压器的品质不断提高。

　　我国在上述几方面也做了大量的工作，进行了多次大规模的改型设计，但由于运城矿用变压器的设计制造技术已相对比较成熟，要在现有结构的基础上使运城矿用变压器的效率与功率因数有更进一步的提高，显然有比较大的困难。

　　本文讨论了一种高效节能的双转子运城矿用变压器。介绍了这种运城矿用变压器的结构和原理以及研制的样机和特性。从所测得的特性看，该运城矿用变压器能明显改善运城矿用变压器的效率特性和功率因数特性，是一种较理想的高效节能运城矿用变压器。

　　2电机结构和工作原理双转子运城矿用变压器的结构如所示。由可知：①定子铁心及绕组，产生旋转磁场。②笼型转子，旋转时带动轴旋转，输出机械功率。③内转子，可相对于转轴旋转，运行时作同步速运行。④转轴。

　　双转子运城矿用变压器的工作原理为：运城矿用变压器定子t丨t对称绕组加对称电压，定子绕组产生对称电流，从而产生定子旋转磁场，运行时，内永磁转子相对于定子以的转速与旋转磁场一起做同步运行。笼型转子相对于定子以》的转速旋转，旋转磁场与内磁磁场共同构成同步旋转的气隙磁场，以土i的相对速度切割转子绕组，在转子绕组中产生感应电势、电流，从而产生电磁转矩，驱动负载。

　　由干旋转磁场与内磁转子相对于定子以〃。的转速旋转，所以运城矿用变压器的定子绕组产生的感应电势：0.——内磁转子与定子绕组相交链产生的磁通fi电源频率由h式可知0.愈大则愈大，励磁电流就愈小，可改善功率因数。另外，由于内磁转子的存在，使气隙磁场与转子绕组的耦合度比普通运城矿用变压器大，从而。在同一转速下转子绕组产生的感应电势比普通运城矿用变压器大，所以，带内磁转子的运城矿用变压器可改善效率。

　　双转子运城矿用变压器的结构图那么，为什么内磁转子能以w.的转速旋转，现解释如下：为使问题分析简化，设笼型转子电流与转子电势同相，则运行时，气隙旋转磁场磁极、笼型转子电流产生的磁极、内磁转子磁极的相对位置与相对转速如所示。由图可知：气隙旋转磁场以。的转速相对于定子铁心按图示方向旋转，笼型转子以《的转速相对于定子铁心旋转，转子绕组以的转速切割气隙磁通，产生转子感应电动势、转子电流，从而产生转子励磁磁势，因转子电流的频率为：/2=5（其中为转差率），因此，转子励磁磁势也为旋转磁势，相对干转子铁心以《。一《的转速旋转，（如的虚线尖头所示）相对于定子铁心以《。的转速旋转。因内磁转子能相对于转轴旋转，因此在笼型转子内侧旋转磁场的作用下，内磁转子相当于空载同步运城矿用变压器的转子作同步运行，转速为（定丨子）丨：N（内转子>运行时，气隙旋转磁场磁极、笼型转子磁极、内磁转子磁极的配合为了证实这一电机的可行性，作者以750W的运城矿用变压器为基准改制了一台双转子运城矿用变压器，现把研制情况和特性介绍如下。

　　U）机械待性双转子电机与普通电机的运行特性比较被改制的运城矿用变压器的额定参数与型号：型号JW7134，额定电压：380V，额定功率：750W，额定电流：2A，额定转速：1400r/min，极数：4极。为了使研制的双转子运城矿用变压器的性能能与原电机作一个合适的比较，我们在研制双转子运城矿用变压器时，采用了同一电机的定子铁心和绕组，双转子采用同一型号的电机笼型转子来加以改制，且保证定子与笼型转子具有相同的气隙长度。内转子磁钢采用钕铁硼，其具有较高的温度系数，考虑到内转子磁扼铁心运行时为同步速度旋转，无铁损，所以采用普通硅钢片加工而成。改制后电机与原电机相比较，其实测的运行特性cos、7特性，机械特性如所示。图中带*号特性曲线为带内磁转子运城矿用变压器的特性。由可知：电机在轻载时，效率有了明显的提高，随着负载的增加，效率改善的作用减小，但在额定负载时仍较明显。

　　功率因数轻载时，双转子电机比原电机低，随着负载不断提高，功率因数明显改善。

　　从机械特性看，双转子电机的机械特性的硬度明显提高，而且，同一电压下电机的过载能力明显提高。

　　4双转子电机改善电机特性的分析为什么双转子电机能改善电机的性能现分析如下：电机正常运行时，内转子与旋转磁场同步旋转，相当于同步运城矿用变压器。因此，内转子的磁场与定子绕组相交链，在定子绕组中感应出感应电势，相当于同步电机的电枢电势￡。，由于的存在，所以，此时双转子运城矿用变压器的等效电路如所示，￡。为反电势。电势平衡方程：k――定子励磁电势矢量h――定子绕组相电流矢量从而有而普通电机无i.，所以，双转子电机的励磁电流小于普通电机。

　　普通运城矿用变压器的气隙磁场由定子绕组励磁磁势产生，而双转子运城矿用变压器的气隙磁场由定子励磁磁势与内磁转子励磁磁势磁势（磁通）与定子旋转磁场的夹角很小，这样，合成总励磁磁势为+功率因数很低；由于尺的存在，与普通运城矿用变压器相比，定子励磁磁势减小。负载时，因定子电流在定子漏阻抗上的压降很小，所以，总的磁通如式（1）所示与空载时基本相同，即总励磁磁势基本不变。定转子电流及励磁电流之间的矢量关系如（b）所示。由图可知，由于定子励磁电流比普通运城矿用变压器小，在同一转子电流的条件下，与普通电机（（b）的虚线矢量）相比，双转子电机（（b）的实线矢量）的定子电流减小，电机的功率因数提高。

　　另外，当内转子存在时，气隙磁场与转子绕组的耦合度发生了变化。普通运城矿用变压器的气隙磁通与转子绕组的耦合情况如（b）所示，而双转子运城矿用变压器的气隙磁通与转子绕组的耦合如（a）。由图可知，双转子运城矿用变压器的耦合度大于普通运城矿用变压器，所以，转子绕组在同一转速时产生的感应电势增大，转子电流增大，电磁转矩增大。当带动同-负载时，电机的转差率S就小。机械特性矿用变压器变硬，同时，临界转差率又，所对应的最大转矩也因耦合度的增大而增大。

　　少，所以效率提高特别明显。但同普通电机相比较，随着负载的增大，效率提高的作用逐渐减少，这是由于随着负载的增大，定子铜耗减少对电机效率的贡献明显减少。主要由电机转差损耗减少对电机效率作贡献。

　　本文介绍了双转子运城矿用变压器的基本工作原理及其基本特性。初步分析了改善特性的基本原理，由于该电机具有良好的工作特性，所以，很有发展前途。关于这种电机的工作特性及存在的问题的进一步研究结果将在以后发表。

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