三相星形交流電機和三相電抗器兩用繞組的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種三相交流電機和三相電抗器兩用繞組，它包括三相定子繞組線圈，附屬開關(guān)電路和兩組三相外接端子，其特征在于：位于定子槽內(nèi)的每相繞組都包括匝數(shù)相等、槽位和繞法相同的兩部分線圈，通過附屬開關(guān)進行連接。附屬開關(guān)經(jīng)簡單操作，線圈之間及線圈與端子之間的連接發(fā)生改變，使繞組在一種開關(guān)狀態(tài)下，等同于三相交流電機繞組，而在另一種開關(guān)狀態(tài)下，等效于三相電抗器繞組，從而達成設(shè)備兩用的效果。在某些類型的插電式汽車和可并網(wǎng)的分布式發(fā)電裝置中，交流電機與電抗器都需具備但又不同時使用，這樣，設(shè)備的兩用，既避免了資源浪費又降低了設(shè)備重量與空間占用，同時提高了設(shè)備使用率。
【專利說明】
三相星形交流電機和三相電抗器兩用繞組

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種兩用線圈繞組電路，使具備該繞組的星形連接三相交流電機經(jīng)簡單可逆開關(guān)切換后實現(xiàn)三相電抗器的功能。

【背景技術(shù)】
[0002]如圖1所示，傳統(tǒng)三相交流電機的定子繞組可采用星形連接，即三相線圈繞組的尾端短接在一起，形成中性點N，而繞組的頭端U，V, W則與外接端子連接以外接三相對稱電源。當外接電源提供三相對稱正弦交流電壓時，定子線圈產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，與轉(zhuǎn)子磁場作用后產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩使電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子無凸極效應時，定子各相線圈電感值L1=L2=L3=L。
[0003]三相電抗器可由三個相同的線圈繞組和配套的鐵心構(gòu)成。一個各相線圈電感值為L1=L2=L3=L的三相電抗器電路接法可由圖2表示。
[0004]在某些應用場合，既需要使用三相交流電機，也需要使用三相電抗器，例如某些類型的插電式汽車，含純電動汽車或插電式混合動力汽車，及某些類型的可并網(wǎng)分布式發(fā)電裝置等。對于這些應用，即使電機和電抗器這兩種需求不同時發(fā)生，用戶也需要安裝配備這兩種設(shè)備供需要時使用。這不但形成了資源浪費而且還增加了設(shè)備重量和空間占用。
實用新型內(nèi)容
[0005]鑒于上述原因，本實用新型的目的是提供一種三相星形交流電機和三相電抗器兩用繞組使具備這種繞組設(shè)計的電機通過簡單開關(guān)操作即可實現(xiàn)在正常交流電機和三相電抗器之間的功能切換，從而達到設(shè)備兩用的效果。
[0006]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案:
[0007]如圖3所示，該三相星形交流電機和三相電抗器兩用繞組的設(shè)計包括三相定子繞組線圈及附屬開關(guān)電路和兩組三相外接端子，其中定子繞組每相包含串聯(lián)的匝數(shù)相等、槽位和繞法相同的兩部分線圈，即U相Lll與L12，V相L21與L22，和W相L31與L32，附屬開關(guān)電路包括一組雙刀雙擲開關(guān)SI和一組三刀雙擲開關(guān)S2。轉(zhuǎn)子無凸極效應時，各線圈電感值 Lll=L12=L21=L22=L31=L32=L/2。
[0008]三相定子繞組各相所含的兩部分線圈，均安裝于交流電機的定子鐵心槽內(nèi)，并且其槽位安排和繞法設(shè)計均符合三相交流電機的設(shè)計原理和技術(shù)要求。
[0009]三相定子繞組中的任意一相，不失一般性由U相表不,其兩部分線圈Lll與L12直接串聯(lián)連接，而其它兩相的各兩部分線圈，用一組雙刀雙擲開關(guān)SI相連。該雙刀雙擲開關(guān)SI當擲入開關(guān)位其一時，所涉兩相繞組的第一部分線圈L21及L31各自與本相第二部分線圈L22及L32形成串聯(lián)連接，而擲入開關(guān)位其二時，所涉兩相繞組的第一部分線圈L21及L31與另一相的第二部分線圈L32及L22分別形成串聯(lián)連接。
[0010]三相定子繞組線圈與中性點N及外接端子U’，W’，V’之間由所述三刀雙擲開關(guān)S2相連。當三刀雙擲開關(guān)S2擲入開關(guān)位其一時，所連三相繞組的第二部分線圈L12、L22與L32將與中性點N連接，形成星形接法，而擲入開關(guān)位其二時，所連三相繞組線圈將與外接端子U’，W’，V’連接。
[0011]在不同實施方式中，雙刀雙擲開關(guān)SI和三刀雙擲開關(guān)S2的開關(guān)邏輯可由機械、電磁或半導體電子開關(guān)方式予以物理實現(xiàn)。
[0012]當雙刀雙擲開關(guān)SI和三刀雙擲開關(guān)S2均擲入圖3所示的上開關(guān)位時，整個繞組為星形連接的交流電機繞組。反之，當SI和S2均擲入圖3所示的下開關(guān)位時，整個繞組為三相電抗器繞組，有UU’，VV’，WT各相電感值均為L/2+L/2=L。在電抗器接法下，當通入三相對稱交流電流時，三相繞組的兩部分線圈，Lll，L21, L31與L12，L22, L32會在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生大小相等、方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩從而使轉(zhuǎn)子上的總電磁轉(zhuǎn)矩為零。
[0013]本實用新型的有益效果是，在符合條件的應用場合，用戶可通過設(shè)置雙刀雙擲開關(guān)SI和三刀雙擲開關(guān)S2來選擇把該設(shè)備作為三相交流電機來使用或作為三相電抗器來使用，從而實現(xiàn)設(shè)備的兩用，這不但避免了設(shè)備資源浪費并且避免了因需要安裝電機和電抗器兩套設(shè)備而增加設(shè)備重量與空間占用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為現(xiàn)有三相星形連接交流電機定子繞組電路圖。
[0015]圖2為現(xiàn)有三相電抗器繞組電路圖。
[0016]圖3為本實用新型公開的三相交流電機和電抗器兩用繞組電路圖，具備分別實現(xiàn)三相交流電機和三相電抗器的能力。
[0017]圖4為本實用新型公開的兩用繞組當采用交流電機接法時的等效電路圖。
[0018]圖5為本實用新型公開的兩用繞組當采用電抗器接法時的等效電路圖。
[0019]圖6為一種半導體單刀雙擲開關(guān)的實施電路。
[0020]以上各電路圖均未顯示鐵心。

【具體實施方式】
[0021]圖3 —方面描述了本實用新型的設(shè)計原理，又同時可作為采用機械開關(guān)或電磁繼電器來實現(xiàn)雙刀雙擲、三刀雙擲開關(guān)功能的實施例。
[0022]圖3中，當雙刀雙擲開關(guān)SI和三刀雙擲開關(guān)S2同時擲入上開關(guān)位時，電路如圖4所示，該電路完全等同圖1中的原電機繞組，這時的電路接法顯然是一臺三相交流電機。當雙刀雙擲開關(guān)SI和三刀雙擲開關(guān)S2同時擲入下開關(guān)位時，電路連接如圖5所示。比較圖5與圖2可以看出，兩個電路是完全等效的，因此這時的電路接法為三相電抗器，各相線圈電感值均等于L。
[0023]圖3中的SI和S2也可以由半導體電子開關(guān)實現(xiàn)。圖6描述了一種由兩個雙向可控硅Tl和T2實現(xiàn)的半導體單刀雙擲開關(guān)的實施例。當門極Gl通入觸發(fā)電流時，Tl雙向?qū)ǎ粗诮涣麟娏鬟^零點時關(guān)斷；門極G2對T2同樣如此。當Gl和G2不同時通入觸發(fā)電流時，該電路可實現(xiàn)端子AB導通或者AC導通，這就是單刀雙擲的開關(guān)邏輯。該電路經(jīng)簡單復制，可容易地實現(xiàn)雙刀雙擲和三刀雙擲的功能。
[0024]需要指出的是，電抗器連接中，原電機三相繞組中的兩相互相交換了一半匝數(shù)的繞組線圈，這是本實用新型中的關(guān)鍵技術(shù)點。這樣做的好處是，在電抗器接法下，使電機的定子同時產(chǎn)生大小相等，方向相反的兩個旋轉(zhuǎn)磁場，二者產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩互相抵消，因此電機軸上無機械轉(zhuǎn)矩輸出。這一效果的實現(xiàn)還有賴于一個條件，即三相交流電機的轉(zhuǎn)子須無凸極效應，這樣可保證在任意轉(zhuǎn)子位置時，各線圈的電感量完全一致。因此，具體實施時，本實用新型須限于三相感應(異步)電機、表貼式永磁電機等無凸極效應的交流電機。
[0025]電抗器的電感參數(shù)L可在電機設(shè)計時一并考慮。設(shè)計電機繞組的電感量是電機設(shè)計工程師所熟知的技術(shù)內(nèi)容。
[0026]以上所述是本實用新型的具體實施例及所運用的技術(shù)原理，任何基于本實用新型技術(shù)方案基礎(chǔ)上的等效變換，均屬于本實用新型保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種三相星形交流電機和三相電抗器兩用繞組，它包括三相定子繞組線圈及附屬開關(guān)電路和兩組三相外接端子，其特征在于:所述定子繞組與附屬開關(guān)電路中，定子繞組每相包含匝數(shù)相等、槽位和繞法相同的兩部分線圈，而附屬開關(guān)電路包含一組雙刀雙擲開關(guān)和一組三刀雙擲開關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相星形交流電機和三相電抗器兩用繞組，其特征在于:所述三相定子繞組各相所含的兩部分線圈，均安裝于交流電機的定子鐵心槽內(nèi)，并且其槽位安排和繞法設(shè)計均符合三相交流電機的設(shè)計原理和技術(shù)要求。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相星形交流電機和三相電抗器兩用繞組，其特征在于:所述三相定子繞組中的任意一相，其所述兩部分線圈直接串聯(lián)連接，而其它兩相的所述各兩部分線圈，由所述雙刀雙擲開關(guān)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三相星形交流電機和三相電抗器兩用繞組，其特征在于:所述雙刀雙擲開關(guān)當擲入開關(guān)位其一時，所涉兩相繞組的第一部分線圈各自與本相第二部分線圈形成串聯(lián)連接，而擲入開關(guān)位其二時，所涉兩相繞組的第一部分線圈將與另一相的第二部分線圈形成串聯(lián)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相星形交流電機和三相電抗器兩用繞組，其特征在于:所述三相定子繞組線圈與中性點及所述兩組外接端子中的一組之間由所述三刀雙擲開關(guān)相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的三相星形交流電機和三相電抗器兩用繞組，其特征在于:所述三刀雙擲開關(guān)當擲入開關(guān)位其一時，所涉三相繞組的第二部分線圈將與中性點連接，形成星形接法，而擲入開關(guān)位其二時，所涉三相繞組的第二部分線圈將與所述的外接端子連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相星形交流電機和三相電抗器兩用繞組，其特征在于:所述雙刀雙擲開關(guān)和三刀雙擲開關(guān)的開關(guān)邏輯可由機械、電磁或半導體電子開關(guān)方式予以物理實現(xiàn)。
【文檔編號】H02K17/30GK204013150SQ201420462018
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月16日
【發(fā)明者】戴民 申請人:戴民