專利名稱：一種變極起動繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電動機領(lǐng)域，具體涉及一種變極起動繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機，是一種采用轉(zhuǎn)子串級聯(lián)接調(diào)速原理實現(xiàn)的變極起動無滑環(huán)電刷繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機。
為做到既限制感應(yīng)電動機的起動電流同時保證有足夠大的起動轉(zhuǎn)矩，目前所采用的起動方法主要有1)降壓起動法；2)變頻起動法；3)變極起動法；4)轉(zhuǎn)子繞組串聯(lián)電阻起動法等。這些起動方法中，方法1)需要電抗器或是晶閘管調(diào)壓裝置等，雖然可限制起動電流，但同時也降低了起動轉(zhuǎn)矩；方法2)能做到既有小的起動電流同時保證起動轉(zhuǎn)矩，但需要有專用的變頻器；方法3)無需其它附加起動設(shè)備，因而最為簡單，但不能起動到額定轉(zhuǎn)速，由起動轉(zhuǎn)換至工作態(tài)時仍可能造成大的電流沖擊；方法4)必須用帶有滑環(huán)的繞線型感應(yīng)電動機，有好的起動性能，也能起動至額定轉(zhuǎn)速，但由于轉(zhuǎn)子電路中存在滑動觸點，因而可靠性低。
本發(fā)明的一種變極起動繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機，包括定子和轉(zhuǎn)子，定子上布置有三種極數(shù)分別為q1、q2、p的三相交流變極繞組，這三種極數(shù)滿足關(guān)系式p＝q1+q2，起動時，對應(yīng)極數(shù)q1的繞組端接入三相交流電源同時對應(yīng)極數(shù)q2的繞組端接入附加三相電阻器Rst；起動完畢轉(zhuǎn)入正常工作時，對應(yīng)極數(shù)q1的繞組端從三相電源斷開，對應(yīng)極數(shù)p的繞組端接入三相交流電源；轉(zhuǎn)子上同樣也布置有三種極數(shù)分別為p、q1、q2的多相對稱繞組，極數(shù)q1和q2的繞組為反相序串聯(lián)連接，極數(shù)p的轉(zhuǎn)子多相繞組則為自短路連接。
上述定子繞組的一種連接方式是采用單繞組3Y/3Y+Y接法的換相變極繞組，其中極數(shù)q1對應(yīng)3Y并聯(lián)接法，極數(shù)q2對應(yīng)Y接法，極數(shù)p對應(yīng)3Y+Y并聯(lián)接法。上述定子繞組的另一種連接方式是采用單繞組2Y/Δ連接；其中，起動極q1為2Y接法，運行極p為Δ接法，每個相繞組可由n(n＝2，3，…)個線圈并聯(lián)后串聯(lián)構(gòu)成，使其在起動時為q2極感應(yīng)電流提供通路。
上述轉(zhuǎn)子繞組可為單繞組，按照每兩個線圈在p極磁場中感應(yīng)電動勢反向，在q1極磁場和q2極磁場中感應(yīng)電動勢同相的原則，將轉(zhuǎn)子線圈配成對并聯(lián)連接，并將這些線圈對分作兩個部分，一部分為q1極多相繞組，另一部分為q2極多相繞組，兩部分繞組反相序串聯(lián)連接。如果極數(shù)比q1/q2＝3/1，那么q1和q2繞組分相的相數(shù)可以均為兩相或其倍數(shù)；如果極數(shù)比q1/q2＝2/1，那么q1和q2繞組分相的相數(shù)可以均為三相或其倍數(shù)。
上述技術(shù)方案工作原理可說明如下。
本發(fā)明起動時，定子q1極三相繞組接入頻率為f1的三相交流電源產(chǎn)生轉(zhuǎn)速為nq1＝2×60f1/q1的旋轉(zhuǎn)磁勢波。這個磁勢波將在極數(shù)q1的轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)頻率為fq1的電動勢，由于該轉(zhuǎn)子繞組和極數(shù)q2的三相轉(zhuǎn)子繞組反相序串聯(lián)連接，因此在其中將會流過頻率為fq1的電流，并同時在氣隙圓周中產(chǎn)生與nq1同轉(zhuǎn)向的q1極轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁勢波和反轉(zhuǎn)向的q2極轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁勢波。這個q2極的反轉(zhuǎn)向磁勢波，則將在定子對應(yīng)的極數(shù)q2繞組中感應(yīng)電勢并通過外串電阻Rst產(chǎn)生電流，依據(jù)電機學(xué)中轉(zhuǎn)子串級聯(lián)接的調(diào)速原理，這時本發(fā)明所對應(yīng)的自然同步轉(zhuǎn)速n(q1+q2)＝2×60f1/(q1+q2)，調(diào)節(jié)Rst阻值的大小可改變起動電流或起動轉(zhuǎn)矩的大小。
由于本發(fā)明運行極數(shù)為p，因此，只要選取起動極數(shù)q1和q2滿足關(guān)系式p＝q1+q2，例如可選取p＝6、q1＝4、q2＝2或p＝8、q1＝6、q2＝2等，即可使其同步轉(zhuǎn)速np＝n(q1+q2)。這也意味著本發(fā)明以極數(shù)q1起動時，可以直接起動至正常運行時的額定轉(zhuǎn)速，這時再從起動態(tài)切換至額定工作態(tài)運行，因為這時轉(zhuǎn)子機械轉(zhuǎn)速n與同步轉(zhuǎn)速np只有很小的轉(zhuǎn)差，就不會存在切換沖擊電流和沖擊轉(zhuǎn)矩過大的問題，又因為對應(yīng)極數(shù)p的轉(zhuǎn)子三相繞組是自短路連接，所以本發(fā)明以極數(shù)p額定運行時，將會有著高的運行效率。
本發(fā)明起動和運行狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是通過定子繞組的變極切換進行的，所以轉(zhuǎn)子上無需安裝滑環(huán)，這不但簡化了轉(zhuǎn)子機械結(jié)構(gòu)，也消除了因此帶來的故障隱患。在起動時能達到額定工作轉(zhuǎn)速，因而由起動轉(zhuǎn)換至額定工作狀態(tài)時不會產(chǎn)生過大的沖擊電流。
這里特別要指出的是，本發(fā)明在

圖1中為說明原理，采用了三套極數(shù)不同的三相對稱定、轉(zhuǎn)子繞組，但在實際應(yīng)用時，可應(yīng)用交流電機繞組理論進行單繞組兼容設(shè)計，也即只用一套繞組來做到具備前述本發(fā)明原理所要求的全部功能。
圖2所示為本發(fā)明采用單繞組設(shè)計轉(zhuǎn)子繞組的一種接線方式示意圖。繞組方案的構(gòu)成是首先按每兩個線圈在p極磁場中感應(yīng)電動勢反向和在q1極磁場或q2極磁場中感應(yīng)電動勢同相的原則，將轉(zhuǎn)子線圈配成對并聯(lián)連接，然后將這些線圈對分作兩個部分，一部分設(shè)計為q1極多相繞組，另一部分設(shè)計為q2極多相繞組，兩部分繞組反相序串聯(lián)連接。
圖2中標(biāo)出了不同極數(shù)磁場感應(yīng)電流的流通路徑。可以看出，p極感應(yīng)電流Imp(m＝1，2，…，12)在每個線圈對中自成短路，這樣將對應(yīng)低轉(zhuǎn)子阻抗，如同普通繞線型轉(zhuǎn)子繞組那樣有很高的分布系數(shù)和運行效率；q1極感應(yīng)電流則通過q2極多相繞組構(gòu)成回路，這樣將會在產(chǎn)生q1極轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動勢的同時，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)方向相反q2極轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動勢。
圖3所示為本發(fā)明采用單繞組設(shè)計定子繞組的一種接線方式示意圖。該繞組采用3Y/3Y+Y并聯(lián)的接線方式。從圖3可以看出，三相繞組每相分為4個子繞組(采用下標(biāo)標(biāo)記為1p，2p，3p，4p)，其中起動極q1為3Y接法，當(dāng)接線端Aq1、Bq1、Cq1接入三相電源，產(chǎn)生如圖所示的三相電流IAq1、IBq1、ICq1，這利用了全部繞組線圈的3/4，同時，經(jīng)轉(zhuǎn)子繞組作用，剩下1/4 Y接法的繞組線圈(標(biāo)記為A4p、B4p、C4p)中將產(chǎn)生q2極磁場三相感應(yīng)電流IAq2、IBq2、ICq2，這個三相電流遇到的阻抗，可以通過將接線端Ap、bp、Cp短接(如圖3中虛線連接)或?qū)⒆永@組A4p、B4p、C4p端線單獨引出，串入外接阻抗來進行調(diào)節(jié)；運行極p為4Y接法，當(dāng)接線端Ap、Bp、Cp接入三相，產(chǎn)生如圖所示的三相電流IAq1、IBq1、ICq1，利用了全部繞組線圈。
圖4所示為本發(fā)明采用單繞組設(shè)計，定子繞組采用2Y/Δ連接方式的示意圖。圖4中，起動極q1為2Y接法，通過接線端Aq1、Bq1、Cq1接入三相電源，這時經(jīng)轉(zhuǎn)子繞組作用而在定子繞組產(chǎn)生q2極磁場感應(yīng)電流的流通路徑如圖中標(biāo)記Imq2(m＝1，2，…，12)所示；運行極p為Δ接法，通過接線端Ap、Bp、Cp接入三相電源。
本發(fā)明的一個實施例如下。
一臺定子72槽，轉(zhuǎn)子槽數(shù)48的電機，取三種極數(shù)分別為p＝8，q1＝6，q2＝2，其中8極為正常運行極，6極和2極為起動極，滿足p＝q1+q2，采用單繞組的設(shè)計方案，定、轉(zhuǎn)子繞組的具體接線方式分別如圖5和圖6所示。
圖5所示為采用3Y/3Y+Y并聯(lián)連接方式的定子繞組接線方案。圖5中，從接線端D1、D2、D3接入電源時為6極起動，接線端D4、D5、D6接入電源時為8極正常運行，接線端D7、D8、D9起動時或與接線端D4、D5、D6連接，或接入三相外接電阻或直接短路，以便為2極磁場感應(yīng)電流提供通路，正常運行時接線端D7、D8、D9也分別與接線端D4、D5、D6并聯(lián)連接，這時對8極而言為全部繞組線圈都得到應(yīng)用的三相正規(guī)60°相帶繞組。
圖6所示為轉(zhuǎn)子繞組接線方案，可以看出，對于正常運行極的8極而言，該繞組為24相，相帶寬30°，繞組分布系數(shù)1.0，全部線圈都得到應(yīng)用，因此其性能指標(biāo)與正常標(biāo)準(zhǔn)8極繞組相當(dāng)；對于起動時的6極和2極而言，該繞組均為互差90°電角度的兩相繞組，利用了全部線圈的11/12，其中6極繞組分布系數(shù)為0.7234×11/12＝0.6631，當(dāng)定子6極繞組接入電源在氣隙圓周中產(chǎn)生6極旋轉(zhuǎn)磁場時，該轉(zhuǎn)子繞組將感應(yīng)電動勢并同時產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)方向相反的6極和2極轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動勢，這一點也正好與前述本發(fā)明原理相符。
權(quán)利要求
1一種變極起動繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機，包括定子和轉(zhuǎn)子，其特征在于，定子上布置有三種極數(shù)分別為q1、q2、p的三相交流變極繞組，這三種極數(shù)滿足關(guān)系式p＝q1+q2，起動時，對應(yīng)極數(shù)q1的繞組端接入三相交流電源，同時對應(yīng)極數(shù)q2的繞組端接入外串三相電阻器Rst；起動完畢轉(zhuǎn)入正常工作時，對應(yīng)極數(shù)q1的繞組端從三相電源斷開，對應(yīng)極數(shù)p的繞組端接入三相交流電源；轉(zhuǎn)子上同樣也布置具有三種極數(shù)分別為p、q1、q2的多相對稱繞組，其中，對應(yīng)極數(shù)q1和q2，為m(m＝2，3，…)相繞組，反相序串聯(lián)連接；對應(yīng)極數(shù)p，則為自短路連接的n(n＝2，3，…)相繞組。
2根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動機，其特征在于所述定子繞組的一種連接方式是采用單繞組3Y/3Y+Y接法的換相變極繞組，其中極數(shù)q1對應(yīng)3Y并聯(lián)接法，極數(shù)q2對應(yīng)Y接法，極數(shù)p對應(yīng)3Y+Y并聯(lián)接法。
3根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動機，其特征在于所述定子繞組的一種連接方式是采用單繞組2Y/Δ連接；其中，起動極q1為2Y接法，運行極p為Δ接法，每個相繞組可由i(i＝2，3，…)個線圈并聯(lián)后串聯(lián)構(gòu)成，使其在起動時為q2極感應(yīng)電流提供通路。
4根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的電動機，其特征在于所述轉(zhuǎn)子繞組為單繞組，按照每兩個線圈在p極磁場中感應(yīng)電動勢反向，在q1極磁場和q2極磁場中感應(yīng)電動勢同相的原則，將轉(zhuǎn)子線圈配成對并聯(lián)連接構(gòu)成線圈對，每個線圈對對極數(shù)p而言為1相，整個轉(zhuǎn)子繞組共n相，再將這些線圈對分作兩個部分，一部分聯(lián)接為q1極m相繞組，另一部分聯(lián)接為q2極m相繞組，兩部分繞組反相序串聯(lián)連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種變極起動繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機，定子上布置有三種極數(shù)分別為q
文檔編號H02P1/26GK1479435SQ03128150
公開日2004年3月3日 申請日期2003年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月13日
發(fā)明者王雪帆 申請人:華中科技大學(xué)