專利名稱：高指標單繞組變極變速電機繞組的極相組合分配法的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種可變極數雙速電動機的繞組分配法，特別是一種高指標單繞組變極變速電機繞組的極相組分配法。
交流異步電動機的技術與經濟指標的高低，關鍵取決于繞組分布系數kd的大小，kd大，指標就高，kd小，指標就低。在1958年以前，設計單繞組變極變速電機的唯一方法就是反向法，用該方法設計出來的電機繞組分布系數kd在高速時為0.955-0.96，低速為0.63-0.65，其缺陷是低速時kd太低，且兩種速度的kd相差太懸殊，以至該法設計的電機體積大，性能很差，諧波含量也很高，很不受人歡迎。為了縮小高低速之間kd的差距和提高低速的kd，在1958年，英國人提出了極幅調制法來設計變極變速電機繞組，該法是在反向法的基礎上，運用正弦原理，將變前極繞組進行極幅調制之后，使一個正規(guī)繞組變成一個非正規(guī)繞組，從而使高速時的Kd降低了，低速時的Kd提高了，高速時Kd為0.74-0.893，低速時Kd為0.77-0.872，從而使電機的指標有了明顯的改善，該法自六十年代起到現在為止，在國際上已得到廣泛地運用，但由于它高速時Kd的降低，致使變極變速電機的經濟技術指標仍遠遠落后于相應的單速電動機的水平，此外，它還有一大缺點是必須采用三組開關來控制電機變極變速。這在高壓電機中是忌諱的;而且它的諧波含量也較高，故不夠理想。為了解決極幅調制法所存在的某些問題，在八十年代初國內有人在英國人六十年代初所提出的混相法的基礎上進行了大量的研究，提出了換向法，用該法設計的電機在技術經濟指標方面已基本上達到了相應的單相電機水平，但由于它要在一部分槽中的同一槽內嵌四層繞組，在工藝上非常復雜，在低壓電機中還勉強可以應用，在高壓電機中卻難以實施，同時它使填槽因數也大為惡化，其控制也較復雜，需用四組開關。故十多年來，一直未得到廣泛的應用。
本發(fā)明的目的在于提供一種使單繞組變極變速電機的技術經濟指標接近或達到相應單速電機的水平，且電機控制簡單，在制造工藝上與普通三相異步電機相同的高指標單繞組變極變速電機繞組的極相分配法。
本發(fā)明高指標單繞組變極變速電機繞組的極相分配法是用如下步驟完成的電機定子繞組采用少數極為變前極，多數極為變后極，少數極繞組按60°相帶分配;
變前極定子繞組按正常繞組分配法分配成為A、B、C三相定子繞組槽;
變后極定子繞組分配是按變后極計算出每個槽所在的基波電角度，各槽中的導體方向按變前極的方向不變將變后極每個槽的電角度寫在相應的槽號下，按120°相帶劃分變后極的相帶分界線，標出變后極的相屬符號a、b、c，然后再將變極前后的相屬符號合并，得到Aa、Ac、Ab、Ca、Cc、Cb、Ba、Bc、Bb九組合成的相屬符號;
將變后極相帶分界線附近的部分槽線圈丟掉，然后將同一相屬符號下所包含槽中的線圈分別串聯;
變前極繞組相屬符號Aa、Ac及Ab并聯，Ca、Cc及Cb并聯，Ba、Bc及Bb并聯，將該三組并聯繞組接成星形連接，構成變前極繞組3Y連接;
變后極繞組按相屬符號Aa、Ca及Ba并聯，Ac、Bc及Cc并聯，Ab、Cb及Bb并聯，將該三組并聯繞組接成星形;以構成變后極3Y連接將上述丟槽線圈按變后極的電角度加或減180°之后，轉移到相應的變后極相中，且將這部分丟槽線圈繞組分別串聯后，再連接到變后極三相三路并聯繞組的未端，構成變后極繞組接線方式為3Y+Y連接。
變后極相帶分界線附近槽線圈丟掉的原則是按照以控制每相并聯繞組三支路中的電勢平衡度為準，來選擇可丟的有關槽線圈，丟槽線圈的多少按極比值Rp(Rp＝2p1/2p2)越小，丟槽線圈要適當多一點，Rp越大，丟槽線圈要適當少一點。
變后極3Y+Y接法中的Y接部分的線圈匝數為3Y接部分線圈匝數的一半，從而使變后極的相帶小于120℃。
用本發(fā)明方法制造的單繞組變極變速電機能接近于或達到相應的單速電動機的各項指標，其繞組分布系數Kd在高速時為0.955-0.96，低速時為0.86-0.93;氣隙磁密比一般為1±0.07，個別在1±0.15左右;在電機變極變速控制方面也大為簡化;它只要兩組開關即可達到變極變速控制;電勢中的諧波含量在5%以下;電機線圈制造與嵌線工藝也與普通三相異步電動機基本相同;電機的體積也比已有電機體積減小約1/3，最突出的優(yōu)點是該電機的低速起動時間減短了3/4左右，大約20秒即可完成起動過程，其效率提高了2.5%-5%，與同機座號電機相比，其容量可提高78.6%，把它用在變流量的風機上，可節(jié)約30%。


圖1是該方法設計過程中的電機繞組為3Y/3Y接線示意圖;
圖2是該方法設計過程中的電機繞組最終為3Y/3Y+Y接線示意圖;
圖3是對72槽，8極/10電機繞組槽號接線圖。
以下結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明極相組分配法是根據已規(guī)定的相帶范圍，按各槽所占有的電角度，將它們逐個地分配到有關極相組中去。該方法是設計單速電機繞組的常規(guī)方法，但應用它來設計單繞組雙速電動機還屬第一次。本發(fā)明以采用少數極為變前極，并按60°相等來分配，多數極為變后極。為了便于理解，分作為六個大步驟說明，每個步驟均結合72槽8極/10極單繞組變極變速電機的實例來說明之。
一、變前極繞組的分配與常規(guī)單速電機繞組的分配方法完全一樣。為了變極的需要，在此有必要簡單重復一下，首先是將相屬排列如下ACBACBACBACB ……AB和C代表三相的符號，每一組AC和B代表一個極，有多少極即安排多少組AC和B。
然后將各個槽號由小到大依次逐個地在每個相應的相屬符號下填寫q(q為每極每相的槽數)個槽，共計2p1q個豎行，如q＝3小時，則A C B A C B A C B A C B A C B A C B ......
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 : : : : : :
2 5 8 11 14 17 20 23 26 29 32 35 : : : : : :
3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 : : : : : :
槽號上的“一”，表示槽中繞組為反向接法。
二 變后極繞組的分配將變后極每個槽所在的基波電角度計算出來，各槽的接線方向按變前極的不變。相鄰兩槽之間所夾的基波電角度α2為d2=ρ2360°QI(1)]]>式中p2-變后極的極對數Q1-定子槽數(必須以9能整除)每個槽所在的電角度θn為(1)當繞組為順向接法時θn＝(n-1)α2-N360°(2a)式中n-任意整數，從1到Q1;
N-任意整數，從1到(2p2-1);目的是使θn≤360°θn-第n個槽的電角度(度數)。
(2)當繞組為反向接法時θn＝(n-1)α2±180°-N360°(2b)隨即將變后極每個槽的電角度寫在相應的槽號下。變后極的相帶暫取120°，由于極數的增多，故每個槽的電角度也相應地增大。在變前極每個豎行中的槽均屬同一個相帶;而在變極后，則有一部分豎行中的槽仍屬于同一個相帶，在另一部分豎行中的槽卻屬于不同的兩個相帶了。同時形成了一個相帶分界線，它們在＜360°與＞0°，＜120°與＞120°和＜240°與＞240°之間。在相帶不同的相鄰兩槽之間畫一橫線，即為變后極的相帶分界線。
在本例中有一例外情況，即1，25和49三個槽根據對稱的要求，它們的分界線卻在0°與＞0°，120°與＞120°和240°與＞240°之間，這一例外卻帶來了很大的方便，如用矩陣模式歸納法，則需要繞過很大一個圈子，才能得到與此相同的結果，用本法卻可以直接求得，凡q＝3時，一般都有這個例外存在，再在每個豎行下，寫上變后極的相屬符號a、b與c。因此，在一部分豎行下只填寫一相符號，而在另一部分豎行下，要填寫出兩相的符號。然后再將同一豎行中變極前后的相屬符號合并起來，即可得Aa、Ac、Ab、Ca、Cc、Cb、Ba、Bc、Bb九個合成的相屬符號，并填寫在各相應的豎行下。
例如Q1＝72，2p2＝10，則α10為α10＝ (5×360°)/72 ＝25°則得


變前極按大寫的字母A、B與C相，將Aa、Ac與Ab三條支路中的繞組分別先串聯起來之后，再行并聯，同樣將Ca、Cc與Cb和Ba、Bc與Bb分別并聯起來，再將它們接成星接法即為3Y接法。對于變后極按小寫的字母a、b與c相，即將aA、aC與aB，cA、cC與cB和bA、bC與bB相等三個三條支路中的繞組分別并聯起來，再接成星接法，也形成3Y接法，其接線圖為圖2所示。
三、丟槽與最終的接線圖上述的3Y/3Y接法有兩個嚴重的問題存在，即(1)八極每相三并聯繞組中的電勢嚴重的不平衡，根本就不能用;(2)氣隙磁密比離1太遠。解決的辦法是丟槽，其原則有二(1)當q＝3時，丟掉變后極分界線附近的有關槽，但必須確保并聯繞組三支路中的電勢滿足允許的不平衡度的要求，本專利一般控制在2.5%以下，只有個別情況才達到了3%。(2)以允許的不平衡度為準，來選擇可丟的有關槽。丟槽的多少與極比值Rp＝2P1/2P2有關，Rp越小，丟槽要適當多一點，Rp越大，丟槽要適當少一點，凡丟掉的槽按變后極的電角度加或減180°之后，再轉移到其他有關變后極相中去，并將這些槽中的繞組分別串聯起來后再接到有關三相三路并聯繞組的未端上，就叫它為1Y接部分，從而形成了最終的接線圈3Y/3Y+Y接法，如圖1所示，很顯然變后極的相帶已變成為＜120°，使Kd也有所提高，Y接部分的匝數一般取3Y部分線圈匝數的一半，最終的接線圖如圖3所示四、電勢不平衡度的計算采用復數計算法將各支路內的電勢用復數表示，其模數取1，其復角為該槽所在的電角度，可表為En＝ejθn支路中所含各槽的電勢和(除以該支路所包含的全部槽數和，即為繞組分布系數)，即為所要求的支路合成電勢值。任何兩支路中的合成電勢之差，除以三支路合成電勢的平均值，即為電勢不平衡度。計算電勢不平衡度時，只能采用實部與實部和虛部與虛部相減之后，再變換成為極座標形式，不能直接采用合成復數的模數來相減。例如+極時Aa支路合成電勢∑E可表為∑E＝ejθ66+ejθ2+ejθ3+ejθ10+ejθ11+ejθ19＝ej15+ej25+ej50+ej45+ej70+ej90＝3.5944+j3.9226＝5.32ej47.5其他各支路可仿此處理。
五、諧波分析諧波電勢的計算方法與基波一樣。可用下式來計算αv= (V ·360°)/(Q1) (γ為諧波次數)θnυ＝(n-1)αυ-N360°或θnυ＝(n-1)αυ±180°-N360°∑E(相)＝∑ejθn·v(n為一支路中所包含的全部槽號)從而即可求出諧波分量。
六、氣隙磁密化氣隙磁密比為BR2:BR1=P2N2Kdp2:P1N1Kdp1]]>式中B 2B 1-變極前后的氣隙磁密，P1P2-變極前后的極對數;
N2N1-變極前后的定子每相串聯導體數;
Kdp2Kdp1-變極前后的繞組系數。
現將已經過研究，并取得良好效果的一些方案匯總如下
權利要求
1.一種高指標單繞組變極變速電機繞組的極相分配法，其特征是采用如下步驟電機定子繞組取少數極為變前極，多數極為變后極，少數極繞組按60°相帶分配；變前極定子繞組按正常繞組分配法分配成為A、B、C三相定子繞組；變后極定子繞組分配是按變后極計算出每個槽所在的基波電角度，各槽中的導體方向按變前極的方向不變將變后極每個槽的電角度寫在相應的槽號下，按120°相帶劃分變后極的相帶分界線，標出變后極的相屬符號a、b、c，然后再將變極前后的相屬符號合并，得到Aa、Ac、Ab、Ca、Cc、Cb、Ba、Bc、Bb九組合成的相屬符號；將變后極相帶分界線附近的部分槽線圈丟掉，然后將同一相屬符號下所包含槽中的線圈分別串聯；變前極繞組相屬符號Aa、Ac及Ab并聯，Ca、Cc及Cb并聯，Ba、Bc及Bb并聯，將該三組并聯繞組接成星形連接，構成變前極繞組3Y連接；變后極繞組按相屬符號Aa、Ca及Ba并聯，Ac、Bc及Cc并聯，Ab、Cb及Bb并聯，將該三組并聯繞組接成星形；構成變后極3Y連接。將上述丟槽線圈按變后極的電角度加或減180°之后，轉移到相應的變后極相中，且將這部分丟槽線圈繞組分別串聯后，再連接到變后極三相三路并聯繞組的末端，構成變后極繞組接線方式為3Y+Y連接。
2.根據權利要求1所述變極變速電機繞組的極相分配法，其特征在于變后極相帶分界線附近槽線圈丟掉是按照以控制每相并聯繞組三支路中的電勢平衡度為準，來選擇可丟的有關槽線圈，丟槽線圈的多少按極比值Rp(Rp＝2p1/2p2)越小，丟槽線圈要適當多一點，Rp越大，丟槽線圈要適當少一點。
3.根據權利要求1所述變極變速電機繞組的相分配法，其特征在于變壓后極3Y+Y接法中的Y接部分的線圈匝數為3Y接部分線圈匝數的一半，變后極的相帶小于120°。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙速電機繞組的分配法，解決了目前雙速電動機存在的技術經濟指標低、制造工藝復雜的問題。它是由如下方法完成少數極為變前極，相帶為60°，多數極為變后極，變前極按正常繞組分配法分配，變后極按120°相帶分配后，再劃分相帶分界線，并丟掉附近部分槽線圈，合并變極前后相屬符號，得到九條支路，以構成電機繞組3Y/3Y+Y連接。
文檔編號H02K17/14GK1099197SQ9311165
公開日1995年2月22日 申請日期1993年8月14日 優(yōu)先權日1993年8月14日
發(fā)明者馬云鵬 申請人:馬云鵬