專利名稱：一種三相繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，具體涉及一種定子繞組采用三角變?nèi)锹?lián)結(jié)法起動(dòng)的三相繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，是一種利用定子繞組起動(dòng)時(shí)產(chǎn)生較強(qiáng)磁動(dòng)勢(shì)諧波的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)滑環(huán)電刷的繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
普通三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)能夠自起動(dòng)，但如不采取任何措施直接投入電網(wǎng)起動(dòng)，起動(dòng)電流往往很大(額定電流的5～7倍)，而起動(dòng)轉(zhuǎn)矩并不太大，在許多場(chǎng)合應(yīng)用需要限制起動(dòng)電流，同時(shí)又要保證有足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
為做到既限制感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流同時(shí)保證有足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，目前所采用的起動(dòng)方法主要有1)降壓起動(dòng)法；2)變頻起動(dòng)法；3)變極起動(dòng)法；4)轉(zhuǎn)子繞組串聯(lián)電阻起動(dòng)法；5)諧波起動(dòng)法等。這些起動(dòng)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(dòng)電流，但同時(shí)也降低了起動(dòng)轉(zhuǎn)矩；方法2)能做到既有小的起動(dòng)電流同時(shí)保證起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，但需要有專用的變頻器；方法3)無(wú)需其它附加起動(dòng)設(shè)備，因而最為簡(jiǎn)單，但不能起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速，由起動(dòng)轉(zhuǎn)換至工作態(tài)時(shí)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(dòng)機(jī)，有好的起動(dòng)性能，也能起動(dòng)至額定轉(zhuǎn)速，但由于轉(zhuǎn)子電路中存在著容易出故障的滑動(dòng)觸點(diǎn)，且必須串入起動(dòng)電阻才能順利起動(dòng)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性低，維護(hù)困難，并使實(shí)際運(yùn)行時(shí)的效率降低；方法5)采用諧波起動(dòng)法的繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)也具有轉(zhuǎn)子回路中無(wú)滑環(huán)電刷的特點(diǎn)，但過(guò)去只是在一些中小型電機(jī)上得到了一些應(yīng)用，主要原因是這種電機(jī)存在線圈制造工藝復(fù)雜、運(yùn)行性能指標(biāo)及可靠性較低等問(wèn)題，而解決這些問(wèn)題的關(guān)鍵還主要在于采用適宜的定子繞組接線方式。
關(guān)于諧波起動(dòng)電機(jī)的定子繞組接線方式，按諧波起動(dòng)法原理要求，定子繞組必須設(shè)計(jì)成具有可用開關(guān)轉(zhuǎn)換的，起動(dòng)時(shí)含有較強(qiáng)磁動(dòng)勢(shì)諧波，運(yùn)行時(shí)諧波自行消除的兩種工作狀態(tài)。目前所采用滿足上述要求的定子繞組接線方式主要為部分繞組的起動(dòng)方式，例如Y/YY、Δ/3Y、或大小雙星并聯(lián)接法等，這些接線方式均有6個(gè)出線端，起動(dòng)時(shí)將一部分繞組接入三相電源，而另一部分繞組丟棄，由此來(lái)產(chǎn)生起動(dòng)所需的定子磁動(dòng)勢(shì)諧波，起動(dòng)過(guò)程完成后，再將丟棄的那一部分繞組并聯(lián)接入三相電源，轉(zhuǎn)入正常工作狀態(tài)，這種方法由于起動(dòng)時(shí)只有一部分繞組接入電源，所以又稱“部分繞組起動(dòng)法”。
部分繞組起動(dòng)法的主要優(yōu)點(diǎn)是可以不斷電地由起動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為正常工作狀態(tài)，但也存在以下兩個(gè)問(wèn)題一是正常運(yùn)行時(shí)兩部分繞組必須通過(guò)兩根三相外接電纜連接兩個(gè)主接觸器并聯(lián)到電源工作，這種與常規(guī)電機(jī)不一樣的運(yùn)行控制方式實(shí)際中發(fā)現(xiàn)可靠性較低，原因是當(dāng)其中一個(gè)接觸器發(fā)生諸如接觸不良、缺相等故障時(shí)，如未及時(shí)發(fā)現(xiàn)就往往會(huì)導(dǎo)致電機(jī)損壞，并且如果這兩根外接電纜阻抗不能很好地匹配的話，也會(huì)引起兩部分繞組間的環(huán)流，從而降低電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的整體效率并可能由此引起故障；另外，這兩個(gè)部分繞組的線圈匝數(shù)或是導(dǎo)線截面往往不同，線圈節(jié)距的選擇受到限制，使得制作工藝復(fù)雜，電機(jī)運(yùn)行性能也因此會(huì)受到影響。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種三相繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)具有高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因而能夠做到滿載起動(dòng)，并有著高的運(yùn)行效率和可靠性。
本發(fā)明提供的一種三相繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，包括定子和轉(zhuǎn)子，其特征在于定子上布置有一套接線方式為三角形的三相定子繞組，三角形頂點(diǎn)上的三個(gè)出線端為在正常運(yùn)行時(shí)連接到三相電源出線端；每相繞組中的線圈為串聯(lián)連接，每相繞組的線圈上設(shè)有中間抽頭，分別將線圈分為兩個(gè)部分，三個(gè)中間抽頭作為另外三個(gè)出線端，在起動(dòng)時(shí)連接到三相電源出線端，開關(guān)裝置用于切換不同的電源出線端，轉(zhuǎn)換起動(dòng)和正常運(yùn)行兩種工作狀態(tài)；轉(zhuǎn)子上布置有由復(fù)合線圈為基本單元構(gòu)成的多相對(duì)稱繞組；所述復(fù)合線圈由位于同一轉(zhuǎn)子槽中的兩個(gè)匝數(shù)不同的子線圈并聯(lián)聯(lián)結(jié)構(gòu)成。
本發(fā)明是一種定子繞組采用三角形接法的無(wú)滑環(huán)電刷三相繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，起動(dòng)時(shí)利用了全部線圈。本發(fā)明起動(dòng)和運(yùn)行狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是采用開關(guān)裝置通過(guò)定子邊繞組不同出線端之間的切換進(jìn)行的，轉(zhuǎn)子上無(wú)需安裝滑環(huán)，這不但簡(jiǎn)化了轉(zhuǎn)子機(jī)械結(jié)構(gòu)，也消除了因此帶來(lái)的故障隱患。若適當(dāng)選取諧波的極對(duì)數(shù)，例如選取諧波極對(duì)數(shù)少于基波極對(duì)數(shù)，則本發(fā)明也可能做到在起動(dòng)時(shí)達(dá)到額定工作轉(zhuǎn)速，因而由起動(dòng)轉(zhuǎn)換至正常額定運(yùn)行狀時(shí)將不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的沖擊電流。


圖1為本發(fā)明定子繞組構(gòu)成原理示意圖，相繞組抽頭在中間位置；圖2為本發(fā)明定子繞組構(gòu)成原理示意圖；相繞組抽頭在非中間位置；圖3為本發(fā)明轉(zhuǎn)子復(fù)合線圈導(dǎo)體槽中布置方式原理示意圖；圖4為本發(fā)明轉(zhuǎn)子繞組復(fù)合線圈連接示意圖；圖5為本發(fā)明定子72槽，極對(duì)數(shù)p＝4，三相Δ/Δ聯(lián)接繞組接線示意圖；圖6為本發(fā)明轉(zhuǎn)子96槽復(fù)合線圈繞組接線示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明定子上放置了一套極對(duì)數(shù)為p，接線方式為三角形的三相定子繞組，共有六個(gè)出線端，其中三個(gè)為在正常運(yùn)行時(shí)連接到三相電源的出線端D1、D2、D3，另外三個(gè)分別是每相繞組的中間抽頭，為在起動(dòng)時(shí)連接到三相電源出線端D4、D5、D6，這時(shí)三相繞組同時(shí)具備極對(duì)數(shù)p和極對(duì)數(shù)q。采用開關(guān)裝置切換不同的出線端來(lái)進(jìn)行起動(dòng)和正常運(yùn)行兩種工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。每相繞組中的線圈為串聯(lián)連接，其中每相繞組的中間抽頭D4、D5、D6把每相繞組的線圈分為兩個(gè)部分，三相繞組共分為六個(gè)部分，如圖1所示，分別記為AI、AII、BI、BII、CI、CII。每相繞組中兩個(gè)部分線圈的串聯(lián)連接順序與分配比例，也即中間抽頭的位置，可以根據(jù)電機(jī)起動(dòng)特性所要求該繞組產(chǎn)生的p對(duì)極與q對(duì)極磁動(dòng)勢(shì)相對(duì)幅值而加以改變，如圖2所示。
本發(fā)明轉(zhuǎn)子繞組則設(shè)計(jì)成對(duì)應(yīng)于三相定子繞組起動(dòng)狀態(tài)，轉(zhuǎn)子自動(dòng)等效呈現(xiàn)高阻抗，這時(shí)既可降低起動(dòng)電流又可提高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩；對(duì)應(yīng)于三相定子繞組運(yùn)行狀態(tài)，轉(zhuǎn)子等效呈現(xiàn)低阻抗，這時(shí)將有著高的運(yùn)行效率。
如上所述，本發(fā)明對(duì)應(yīng)于起動(dòng)和正常運(yùn)行兩種工作狀態(tài)，轉(zhuǎn)子分別呈現(xiàn)不同的阻抗值，實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的關(guān)鍵則需要采用如下所述特殊設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)子繞組線圈--“復(fù)合線圈”。
圖3所示的轉(zhuǎn)子槽中共布置有N2根導(dǎo)體，分作N21與N22兩個(gè)部分。其中N22內(nèi)部通以相反電流的導(dǎo)體成對(duì)出現(xiàn)，所產(chǎn)生的槽磁勢(shì)相互抵消，也即使轉(zhuǎn)子總漏抗受到削弱，這部分導(dǎo)體稱作“無(wú)感導(dǎo)體”，其在轉(zhuǎn)子電路中將只起到純電阻的作用。這N2根導(dǎo)體構(gòu)成線圈時(shí)的具體連接為，N21與N22/2相串聯(lián)，形成一個(gè)匝數(shù)為N21+N22/2的多匝子線圈，剩下的導(dǎo)體則形成一個(gè)匝數(shù)為N22/2的少匝子線圈，這兩個(gè)匝數(shù)不同的子線圈并聯(lián)聯(lián)結(jié)，就構(gòu)成一個(gè)“復(fù)合線圈”，如圖4所示。
從圖4可以看出，這種由兩個(gè)匝數(shù)不同的子線圈構(gòu)成的“復(fù)合線圈”，當(dāng)其a、b兩端不連接時(shí)，內(nèi)部也能自成閉路。因線圈感應(yīng)電勢(shì)與匝數(shù)成正比，兩個(gè)匝數(shù)不同的子線圈在氣隙磁場(chǎng)中將分別感應(yīng)電勢(shì)E21+E22/2和E22/2，按圖1b所示參考方向，沿內(nèi)部閉合回路，線匝N22所含兩組導(dǎo)體產(chǎn)生的電勢(shì)相互抵消，而線匝N21所產(chǎn)生的電勢(shì)不能抵消，因而在回路中引起電流IC。該電流對(duì)這兩個(gè)同槽布置的子線圈來(lái)說(shuō)，流過(guò)方向正好相反，于是，由線匝N22所產(chǎn)生的磁勢(shì)也相互抵消，整個(gè)復(fù)合線圈只有線匝N21能產(chǎn)生有效磁勢(shì)。這時(shí)如令Kρ＝N2/N21，并設(shè)轉(zhuǎn)子槽導(dǎo)體數(shù)為N2時(shí)的常規(guī)接法繞線電機(jī)折算至定子邊的轉(zhuǎn)子電阻為r2′＝r0，則采用無(wú)感繞組或復(fù)合線圈時(shí)折算至定子邊的轉(zhuǎn)子電阻為將增大為r2′=Kρ2r0.]]>值得注意的是，上述轉(zhuǎn)子電阻的折算值增大的同時(shí)，由于“無(wú)感”的作用，轉(zhuǎn)子漏抗則可能不會(huì)增大，可以證明，這時(shí)也等效于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體電阻率從ρ增大到了Kρ2ρ，這也表明，過(guò)去為達(dá)到提高轉(zhuǎn)子電阻目的而不得不采用的各種高電阻率導(dǎo)電材料，若采用上述“無(wú)感”原理，就可以只用一種導(dǎo)電材料，而調(diào)整其對(duì)應(yīng)Kρ值來(lái)同樣達(dá)到。
上述技術(shù)方案工作原理可說(shuō)明如下。
本發(fā)明如圖1或圖2所示可以看出，定子三相繞組出線端D1、D2、D3連接到三相電源時(shí)，三相繞組中每相繞組分別由兩部分構(gòu)成，即AI+AII、BI+BII、CI+CII，為極對(duì)數(shù)為p的三相正規(guī)60°相帶繞組，只產(chǎn)生極對(duì)數(shù)為p的基波旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)；而定子三相繞組的中間抽頭出線端D4、D5、D6連接到三相電源時(shí)，如圖1或圖2所示可以看出，三相繞組中每相繞組的構(gòu)成分別變?yōu)锳II+BI、BII+CI、CII+AI，也即現(xiàn)在的相繞組是由原來(lái)不同相的兩部分線圈順向串聯(lián)而成的，這時(shí)除產(chǎn)生極對(duì)數(shù)為p的基波外，還產(chǎn)生極對(duì)數(shù)為q(q≠p)的與基波磁動(dòng)勢(shì)同轉(zhuǎn)向的諧波旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。于是，當(dāng)本發(fā)明起動(dòng)時(shí)，定子三相繞組的中間抽頭出線端D4、D5、D6連接到三相電源，轉(zhuǎn)子繞組對(duì)應(yīng)于定子繞組產(chǎn)生的q極對(duì)數(shù)諧波磁動(dòng)勢(shì)自動(dòng)等效呈現(xiàn)為高阻抗，這時(shí)既可降低起動(dòng)電流又可提高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，當(dāng)起動(dòng)過(guò)程完畢，通過(guò)開關(guān)裝置將三相電源由定子三相繞組中間抽頭出線端D4、D5、D6換接到出線端D1、D2、D3，這時(shí)的定子三相繞組為極對(duì)數(shù)p的正規(guī)60°相帶繞組，只產(chǎn)生極對(duì)數(shù)p的基波磁動(dòng)勢(shì)，而q對(duì)極諧波磁動(dòng)勢(shì)消除，本發(fā)明轉(zhuǎn)入運(yùn)行狀態(tài)，轉(zhuǎn)子等效呈現(xiàn)為低阻抗，這時(shí)有著高的運(yùn)行效率。這里要注意的是，調(diào)節(jié)每相繞組兩個(gè)部分線圈的串聯(lián)連接順序與分配比例，也即中間抽頭的位置，可以改變諧波含量，因而起動(dòng)特性也會(huì)隨之改變，但是，因?yàn)檎＿\(yùn)行時(shí)定子三相繞組通過(guò)出線端D1、D2、D3接入三相電源，定子三相繞組對(duì)應(yīng)的是極對(duì)數(shù)為p的正規(guī)60°相帶繞組，所以這時(shí)不會(huì)對(duì)正常運(yùn)行有任何影響。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例如下。
一臺(tái)定子72槽，轉(zhuǎn)子96槽的電機(jī)，正常運(yùn)行極對(duì)數(shù)為p＝4，并取諧波起動(dòng)極對(duì)數(shù)為q＝3，其中定子三相繞組為前述三角形接法繞組，而其轉(zhuǎn)子繞組采用前述復(fù)合線圈構(gòu)成，定子繞組具體接線方式如圖5所示，轉(zhuǎn)子繞組具體接線方式如圖6所示。從5可以看出，對(duì)應(yīng)于出線端D1、D2、D3，三相定子繞組為8極正規(guī)60°相帶繞組；對(duì)應(yīng)于出線端D4、D5、D6，三相定子繞組除產(chǎn)生8極基波旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)外，另外還產(chǎn)生了6極諧波旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。從圖6則可以看出，對(duì)于起動(dòng)時(shí)的6極而言，該轉(zhuǎn)子繞組為復(fù)合線圈特性，對(duì)定子可以呈現(xiàn)較高電阻，因而可以有著良好的起動(dòng)特性，但對(duì)于8極，該繞組為等效于24相，相帶寬15°，繞組分布系數(shù)1.0，其性能指標(biāo)與正常標(biāo)準(zhǔn)8極繞組相當(dāng)，對(duì)定子呈現(xiàn)低電阻，這時(shí)將有著好的運(yùn)行性能。
權(quán)利要求
1一種三相繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，包括定子和轉(zhuǎn)子，其特征在于定子上布置有一套接線方式為三角形的三相定子繞組，三角形頂點(diǎn)上的三個(gè)出線端(D1、D2、D3)為在正常運(yùn)行時(shí)連接到三相電源出線端；每相繞組中的線圈為串聯(lián)連接，每相繞組的線圈上設(shè)有中間抽頭(D4、D5、D6)，分別將線圈分為兩個(gè)部分，三個(gè)中間抽頭(D4、D5、D6)作為另外三個(gè)出線端，在起動(dòng)時(shí)連接到三相電源出線端，開關(guān)裝置用于切換不同的電源出線端，轉(zhuǎn)換起動(dòng)和正常運(yùn)行兩種工作狀態(tài)；轉(zhuǎn)子上布置有由復(fù)合線圈為基本單元構(gòu)成的多相對(duì)稱繞組；所述復(fù)合線圈由位于同一轉(zhuǎn)子槽中的兩個(gè)匝數(shù)不同的子線圈并聯(lián)聯(lián)結(jié)構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三相繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，其定子上布置有三角形三相定子繞組，其頂點(diǎn)上的出線端為在正常運(yùn)行時(shí)連接到三相電源出線端；每相繞組中的線圈為串聯(lián)連接，每相繞組的線圈上設(shè)有中間抽頭，分別將線圈分為兩個(gè)部分，中間抽頭作為另外三個(gè)出線端，在起動(dòng)時(shí)連接到電源出線端，開關(guān)裝置切換不同的電源出線端，轉(zhuǎn)換起動(dòng)和正常運(yùn)行兩種工作狀態(tài)；轉(zhuǎn)子上布置有由復(fù)合線圈為基本單元構(gòu)成的多相對(duì)稱繞組；復(fù)合線圈由位于同一轉(zhuǎn)子槽中的兩個(gè)匝數(shù)不同的子線圈并聯(lián)聯(lián)結(jié)構(gòu)成。本發(fā)明起動(dòng)和運(yùn)行狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是采用開關(guān)裝置通過(guò)定子邊繞組不同出線端之間的切換進(jìn)行的，轉(zhuǎn)子上無(wú)需安裝滑環(huán)，這不但簡(jiǎn)化了轉(zhuǎn)子機(jī)械結(jié)構(gòu)，也消除了因此帶來(lái)的故障隱患。
文檔編號(hào)H02P1/26GK1976179SQ200610125388
公開日2007年6月6日 申請(qǐng)日期2006年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月8日
發(fā)明者王雪帆, 朱澤堂 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué), 湖北華博電機(jī)有限公司