專利名稱：采用轉(zhuǎn)子多回路自閉合對(duì)稱結(jié)構(gòu)的繞線型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及繞線型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，進(jìn)一步是指采用轉(zhuǎn)子多回路自閉合對(duì)稱結(jié)構(gòu)而具有優(yōu)良起動(dòng)性能的無刷繞線式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。
傳統(tǒng)的繞線型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子軸上裝有滑環(huán)，可通過電刷在轉(zhuǎn)子電路中串入或切除起動(dòng)電阻來增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩及減小起動(dòng)電流，做到高效率運(yùn)行，因而在要求重載起動(dòng)的場(chǎng)合應(yīng)用廣泛。但是這種電動(dòng)機(jī)也因存在滑動(dòng)電觸點(diǎn)而結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護(hù)不便、可靠性較低，不適應(yīng)易燃易爆多塵的場(chǎng)合，其應(yīng)用又受到很大限制。取消所述滑環(huán)-電刷系統(tǒng)，對(duì)于繞線型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)來說，無論在理論上還是對(duì)工程實(shí)際都有重要意義，因而長(zhǎng)期以來一直成為電機(jī)專業(yè)廣為研究的課題。例如，第CN85102382號(hào)專利文獻(xiàn)記載的技術(shù)方案將電動(dòng)機(jī)定子繞組設(shè)計(jì)成運(yùn)行極2P和起動(dòng)極2Q兩種極數(shù)；將轉(zhuǎn)子繞組設(shè)為，起動(dòng)極磁場(chǎng)感應(yīng)的轉(zhuǎn)子電流必須經(jīng)過直接接在轉(zhuǎn)子繞組上的起動(dòng)電阻，以改善其起動(dòng)性能，而運(yùn)行極磁場(chǎng)感應(yīng)的轉(zhuǎn)子電流則不經(jīng)過該起動(dòng)電阻，以保證運(yùn)行性能。按這種方法設(shè)計(jì)的諧波起動(dòng)繞線式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，由于取消了滑環(huán)-電刷系統(tǒng)，其上述固有缺陷隨之消除。但這種諧波起動(dòng)電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)是，轉(zhuǎn)子上串入的起動(dòng)電阻固定不變，不像傳統(tǒng)繞線式電動(dòng)機(jī)那樣在起動(dòng)過程中被逐級(jí)切除，更做不到像頻繁變阻器那樣自動(dòng)平滑減小，因而無法保證在整個(gè)起動(dòng)過程中都有較高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
本發(fā)明的目的是，設(shè)計(jì)出采用轉(zhuǎn)子多回路自閉合對(duì)稱結(jié)構(gòu)的繞線型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，取消滑環(huán)-電刷系統(tǒng)而具有優(yōu)良的起動(dòng)性能，從而克服已有技術(shù)的上述不足，還使產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大、成本降低。
本發(fā)明的技術(shù)方案是，所述采用轉(zhuǎn)子多回路自閉合對(duì)稱結(jié)構(gòu)的繞線型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)包括外殼、定子、轉(zhuǎn)子，定子繞組有起動(dòng)極2Q和運(yùn)行極2P，其設(shè)計(jì)特點(diǎn)是，轉(zhuǎn)子波繞組的結(jié)構(gòu)是，將運(yùn)行極為2P時(shí)的轉(zhuǎn)子三相槽號(hào)相位圖中每一列各槽號(hào)的繞組元件依次串連成為一個(gè)閉合回路而組成運(yùn)行極下的多閉合回路，并將所述閉合回路以每?jī)蓚€(gè)為一組配對(duì)連接而使其成為對(duì)起動(dòng)極2Q時(shí)電流也構(gòu)成通路之結(jié)構(gòu)，所述配對(duì)連接是指把相應(yīng)閉合回路的繞組元件端部用多根連線對(duì)稱連接而形成多個(gè)閉合回路。
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)原理做出進(jìn)一步說明。
對(duì)于一臺(tái)轉(zhuǎn)子槽數(shù)Z＝36，極數(shù)2P＝4的電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)子繞組的每極每相槽數(shù)q＝Z/6P＝3，可以得出4極時(shí)的三相槽號(hào)分布如圖1所示。由其可知，三相繞組每相分為兩個(gè)半相，這樣圖1中共有6個(gè)半相。對(duì)于普通波繞組而言，其連接規(guī)律是，繞組沿轉(zhuǎn)子表面繞行q圈，將每個(gè)極下屬于同一相正相帶的線圈(例如圖1中的A+)按一定順序串聯(lián)而構(gòu)成相繞組的一半；然后再沿轉(zhuǎn)子表面繞行q圈，將每個(gè)極下屬于同一負(fù)相帶的線圈(例如圖1中的A-)按一定順序串聯(lián)起來而構(gòu)成相繞組另一半，如圖2所示。這兩半之間可以串聯(lián)，也可以并聯(lián)，視所需要的支路數(shù)而定。本發(fā)明采用多回路波繞組的連接則與上述連接方法不同。根據(jù)本發(fā)明所述連接方式，將圖1所示相位圖中每一列連接成一個(gè)閉合回路，這樣18列就有18個(gè)閉合回路，如圖3所示，即沿轉(zhuǎn)子表面每繞行一圈就構(gòu)成一個(gè)閉合回路。
比較圖2和圖3所示的接線方式，并對(duì)照?qǐng)D1所示的相位圖，可知這兩種接線對(duì)4極而言是等效的，而這時(shí)圖3接線的繞組系數(shù)還略高于普通接法。但應(yīng)注意的是，圖3接線對(duì)4極而言是閉合短路繞組，轉(zhuǎn)子電路中不能象普通接法那樣串入附加電阻來改善起動(dòng)性能，必須選用除4極以外的極數(shù)來提高起動(dòng)性能。圖4為36槽6極槽號(hào)相位圖，將圖1所示的4極三相(6個(gè)半相)槽號(hào)按6極相位重新排列，如圖5所示；可以看出，對(duì)4極而言同相位的槽號(hào)，對(duì)6極而言相位則差180°。參照?qǐng)D5所示相位，將圖3所示18個(gè)閉合回路按前述每?jī)蓚€(gè)一組配對(duì)連接，該配對(duì)連接是把相應(yīng)回路的繞組元件端部用二根連線對(duì)稱連接成多個(gè)閉合回路，使其對(duì)6極電流也能構(gòu)成通路，具體連接如圖6所示。
容易看出，圖6的連接對(duì)4極回路毫無影響，這是因?yàn)樾略黾拥倪B接點(diǎn)對(duì)4極回路而言均為零電位點(diǎn)，故新增加的連接線中不會(huì)流過任何4極電流；但對(duì)6極而言，按圖6接線，每對(duì)新增連接點(diǎn)之間卻存在30°的相位差，因而這時(shí)將有電流通過?？梢杂?jì)算出6極轉(zhuǎn)子繞組系數(shù)為COS75°＝0.2588，這表明6極時(shí)轉(zhuǎn)子電勢(shì)受到了削弱。另一方面，此時(shí)從定子邊看過去，相當(dāng)于6極轉(zhuǎn)子電阻增大了1/(COS75°)2＝14.93倍。顯然，若在起動(dòng)時(shí)利用這一特點(diǎn)，即可大大減小起動(dòng)電流，增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，達(dá)到提高起動(dòng)性能的目的。因此，本發(fā)明的轉(zhuǎn)子繞組接法是沿轉(zhuǎn)子表面每繞一圈即構(gòu)成一個(gè)閉合回路；每二個(gè)回路用多根(指兩根或兩根以上的多根，如三根、四根、五根等)連線對(duì)稱連接形成多個(gè)閉合回路。對(duì)于運(yùn)行極，該多個(gè)閉合回路均是對(duì)稱系統(tǒng)，且回路連接點(diǎn)之間電位為零；對(duì)于起動(dòng)極，所述多個(gè)閉合回路中每個(gè)連接點(diǎn)之間存在電位差，因而有電流通過，它削弱轉(zhuǎn)子電勢(shì)，等效于在起動(dòng)極下增大轉(zhuǎn)子電阻，從而達(dá)到增大起動(dòng)力矩、減小起動(dòng)電流的目的。這就是本發(fā)明的設(shè)計(jì)原理和特點(diǎn)所在。
由以上可知，本發(fā)明為一種采用轉(zhuǎn)子多回路自閉合對(duì)稱結(jié)構(gòu)的繞線型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，通過建立所述結(jié)構(gòu)，使電動(dòng)機(jī)取消了滑環(huán)-電刷系統(tǒng)而具有優(yōu)良的起動(dòng)性能，且可靠性好、維護(hù)方便、產(chǎn)品成本低，尤其適于高壓大容量感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的改造和新產(chǎn)品開發(fā)，在電力、冶金、煤礦、建筑、紡織等行業(yè)有廣泛的應(yīng)用前景。


圖1是轉(zhuǎn)子36槽4極三相(6個(gè)半相)槽號(hào)相位分布圖；圖2是轉(zhuǎn)子36槽普通波繞組A相繞組連接方式；圖3是轉(zhuǎn)子36槽4極多回路閉合波繞組連接圖；圖4是6極槽號(hào)相位圖；圖5是4極3相槽號(hào)按6極相位排列圖；圖6是36槽4/6極多回路閉合波繞組連接圖；圖7是轉(zhuǎn)子72槽4極三相槽號(hào)相位圖；圖8是轉(zhuǎn)子72槽4極多回路自閉合波繞組連接圖；圖9是轉(zhuǎn)子72槽6極三相槽號(hào)相位圖；圖10是轉(zhuǎn)子72槽4/6極多回路自閉合波繞組連接圖；圖11是定子60槽4/6接線圖；圖12是轉(zhuǎn)子72槽6極運(yùn)行4極起動(dòng)的繞組接線圖；圖13是轉(zhuǎn)子72槽8運(yùn)行6極起動(dòng)的繞組接線圖；圖14是轉(zhuǎn)子96槽8極運(yùn)行6極起動(dòng)的繞組接線圖；圖15是轉(zhuǎn)子96槽8極運(yùn)行12極起動(dòng)的繞組接線圖。
實(shí)施例1一臺(tái)YR450-4、6KV、630KW之本發(fā)明電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子72槽且2P＝4的三相槽號(hào)相位圖如圖7所示，據(jù)此組成的起動(dòng)極多閉合回路如圖8所示，其起動(dòng)極2Q＝6時(shí)的三相槽號(hào)相位圖如圖9所示；由圖9可知，對(duì)于4極而言同相位的槽，對(duì)6極來說則相位相差180°，按照本發(fā)明的前述接法，確定轉(zhuǎn)子波繞組連接如圖10所示，其相位差為30°，從定子邊看過去相當(dāng)于6極轉(zhuǎn)子電阻增大14.93倍，保證了較大的起動(dòng)力矩和較低的起動(dòng)電流；利用已有技術(shù)之相應(yīng)定子繞組接法如圖11所示。試驗(yàn)測(cè)試表明，該電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流倍數(shù)為3.12倍，大大優(yōu)于籠型電動(dòng)機(jī)6.5倍的標(biāo)準(zhǔn)，滿足GB755-87的標(biāo)準(zhǔn)，起動(dòng)力矩倍數(shù)1.27，效率95.5％，功率因素0.883，溫升68.4℃，切換沖擊電流小于1.2倍額定電流，即相關(guān)指標(biāo)優(yōu)良，較普通電機(jī)均有提高和改善。本實(shí)施例中，圖10所示的轉(zhuǎn)子繞組接法是以2P＝4時(shí)的多回路每?jī)蓚€(gè)為一組配對(duì)連接，其為中間相隔一個(gè)回路之兩個(gè)回路配對(duì)連接，即按三相槽號(hào)相位圖中隔一列配對(duì)連接。
實(shí)施例2圖12是轉(zhuǎn)子72槽6極運(yùn)行、4極起動(dòng)時(shí)繞組端部接線圖，其為每相鄰兩個(gè)回路(即三相槽號(hào)相位圖中相鄰兩列)配對(duì)連接，也可以是圖中自左至右的一1與3或1與4回路(即三相槽號(hào)相位圖中第1列與第3列、第1列與第4列之回路)配對(duì)連接，余回路依次類推。
實(shí)施例3圖13是轉(zhuǎn)子72槽8極運(yùn)行、6極起動(dòng)端部接線圖，它除了該圖所示相鄰兩回路配對(duì)連接外，還可以是相同于實(shí)施例2的回路1與3或1與4配對(duì)連接。
實(shí)施例4圖14為轉(zhuǎn)子96槽8極運(yùn)行、6極起動(dòng)時(shí)端部接線圖，其配對(duì)連接的兩回路可以是實(shí)施例2所述的諸情形。
實(shí)施例5圖15為轉(zhuǎn)子96槽8極運(yùn)行、12極起動(dòng)時(shí)的端部接線圖，其配對(duì)連接的兩回路可以是實(shí)施例2所述的諸情形。
由上述各實(shí)施例及前述結(jié)構(gòu)可知，本發(fā)明的運(yùn)行極2P與起動(dòng)極2Q的結(jié)構(gòu)設(shè)置至少包括2P＝4、6、8、2Q＝2P+a，且2P＝4時(shí)，a＝2、4、6；2P＝6、8時(shí)，a＝±2、4、6，而滿足本發(fā)明之技術(shù)方案的其它諸種連接結(jié)構(gòu)，均應(yīng)屬于本發(fā)明范圍。
權(quán)利要求
1.一種采用轉(zhuǎn)子多回路自閉合對(duì)稱結(jié)構(gòu)的繞線型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，包括外殼、定子、轉(zhuǎn)子，定子繞組有起動(dòng)極2Q和運(yùn)行極2P，其特征是，轉(zhuǎn)子波繞組的結(jié)構(gòu)是，將運(yùn)行極為2P時(shí)的轉(zhuǎn)子三相槽號(hào)相位圖中每一列各槽號(hào)的繞組元件依次串連成為一個(gè)閉合回路而組成運(yùn)行極下的多閉合回路，并將所述閉合回路以每?jī)蓚€(gè)為一組配對(duì)連接而使其成為對(duì)起動(dòng)機(jī)2Q時(shí)電流也構(gòu)成通路之結(jié)構(gòu)，所述配對(duì)連接是指把相應(yīng)閉合回路的繞組元件端部用多根連線對(duì)稱連接而形成多個(gè)閉合回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用轉(zhuǎn)子多回路自閉合對(duì)稱結(jié)構(gòu)的繞線型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，其特征是，所述配對(duì)連接包括三相槽號(hào)相位圖中相鄰兩列、或第1列與第3列、第1列與第4列之回路配對(duì)連接，余回路依此類推。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用轉(zhuǎn)子多回路自閉合對(duì)稱結(jié)構(gòu)的繞線型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，其特征是，所述2P＝4、6、8.2Q＝2P+a，且當(dāng)2P＝4時(shí)，a＝2、4、6；2P＝6、8時(shí)，a＝±2、4、6。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用轉(zhuǎn)子多回路自閉合對(duì)稱結(jié)構(gòu)的繞線型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，其特征是，所述用多根連線是指用二根或二根以上連線。
全文摘要
本發(fā)明的繞線式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的定子繞組有起動(dòng)極2Q和運(yùn)行極2P,轉(zhuǎn)子波繞組結(jié)構(gòu)是將運(yùn)行極2P下的轉(zhuǎn)子三相槽號(hào)相位圖中每一列槽號(hào)的繞組元件依次串接為一個(gè)閉合回路而組成該極下多閉合回路,并將所述閉合回路每?jī)蓚€(gè)為一組配對(duì)連接構(gòu)成對(duì)起動(dòng)極2Q下的電流也成通路之結(jié)構(gòu),所述配對(duì)連接是指將相應(yīng)閉合回路作端部多根連線的對(duì)稱連接。由此取消了傳統(tǒng)的滑環(huán)—電刷系統(tǒng)而具有優(yōu)良的起動(dòng)性能,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本降低、維護(hù)方便、可靠性好。
文檔編號(hào)H02K3/28GK1262545SQ99115228
公開日2000年8月9日 申請(qǐng)日期1999年1月22日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月22日
發(fā)明者賀小華, 王雪帆, 喻文標(biāo), 周延齡, 李其忠, 周克利 申請(qǐng)人:湖南省電力試驗(yàn)研究所