CN101325353A - 一种y接线单相电容运转电动机电磁设计方法 - Google Patents

Abstract

一种Y接线单相电容运转电动机电磁设计方法，其特征在于：该设计方法包括以下步骤：1)确定拟设计电动机的设计输入参数；2)以所述设计输入参数制作三相电动机样机；3)所述三相电动机样机输入三相电源传动额定负载运行，测定电动机此时的相端正序电阻R_fm与电抗X_fm；4)以三相电动机样机的其中二相绕组作为拟设计电动机的主相、副相绕组；中间相绕组对主相绕组的有效匝数比L按以上公式，电容器的容抗Xc按以下公式：Xc＝2X_fm。该设计方法可省略对R_fm与X_fm复杂的计算，并获得与现有结构工艺一致的准确结果，使拟设计电动机获得较佳的性能。

Description

一种Y接线单相电容运转电动机电磁设计方法

技术领域

本发明涉及一种Y接线单相电容运转电动机电磁设计方法，尤其是可逆转Y接线单相电容运转电动机的电磁设计方法，在国际专利分类表中，分类属于H02K17/08或H02K3/28。

背景技术

单相电容运转电动机传统上使用二相绕组，现有技术提出了使用三相绕组，即其定子具有星形或三角形连接的三相绕组及其连接单相电源二极的二个输入端子和经电容器连接所述单相电源其中一极的第3个输入端子。其中，星形连接者即Y接线单相电容运转电动机。三相绕组的相带通常为π/3或π/6，小于二相绕组的相带π/2，有利于提高绕组系数和削弱危害严重的三次谐波，因而降低成本和改善性能。与传统单相电容运转电动机的设计类似，为提高额定状态时的效率，也希望Y接线单相电容运转电动机此时在圆形旋转磁场下工作，为此需要选择适合的各相绕组匝数比和电容量。《单相异步电动机及其应用(合成电流分析方法)》(孙云鹏，机械工业出版社1987年北京第1版)给出了有关计算公式。但Y接线单相电容运转电动机比传统二相绕组电动机增加了一维设计变量，按照公式进行的理论计算量大大增加，尤其是各种工艺因素影响计算的准确性，因而难以获得较佳的性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提出一种Y接线单相电容运转电动机电磁设计方法，可以减少计算工作量且直接包含工艺因素而获得较准确的结果，使电动机获得较佳的性能。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，一种Y接线单相电容运转电动机电磁设计方法，该电动机的定子绕组包括主相、副相和中间相按Y连接的三相绕组，主相的电源输入端子和中间相的电源输入端子接往单相电源二极，副相的电源输入端子经电容器接往主相的电源输入端子；其特征在于：

该设计方法包括以下步骤：

1)确定拟设计电动机的设计输入参数，包括：

——额定电压；包括额定频率；

——额定负载，包括额定转速；

——定子，包括其铁心和绕组形式；

——转子；

2)以所述设计输入参数制作三相电动机样机；

3)所述三相电动机样机输入三相电源传动额定负载运行，测定电动机此时的相端正序电阻R_fm与相电抗X_fm；

4)以三相电动机样机的其中二相绕组作为拟设计电动机的主相、副相绕组；中间相绕组对主相绕组的有效匝数比L按以下公式：

$L=\frac{\sqrt{3}}{2}\frac{X_{\mathrm{fm}}}{R_{\mathrm{fm}}}-\frac{1}{2}$

电容器的容抗Xc按以下公式：

Xc＝2X_fm。

该设计方法巧妙地利用已十分成熟的三相电动机的设计制造方法，以及三相对称电动机输入三相对称电源运行在所有工作点均不存在负序分量，因而借助于常规的电工实验即可得到现有技术用于进一步计算所需正序相电阻R_fm与相电抗X_fm数值，因而省略之前所需对R_fm与X_fm相当复杂的计算；尤其是该实验在必定包括工艺因素的三相电动机样机上进行，因而直接获得与现有结构工艺一致的准确结果，使拟设计电动机获得较佳的性能。

本发明技术方案及其典型设计将在具体实施方式中进一步说明。

附图说明

以下附图用于说明本发明的具体实施方式。

图1是本发明实施例拟设计电动机的绕组展开和接线图；

图2是本发明实施例实验三相电动机绕组展开和接线图；

具体实施方式

本发明实施例拟设计Y接线洗衣机用单相电容运转电动机绕组展开和接线如图1所示，使用24槽定子嵌线为节距等于5的三相4极单层绕组，主相绕组的始端接引出线A，副相绕组的始端接引出线B，中间相绕组的始端接引出线C，三相绕组的末端连结于N，引出线B经电容器接往引出线A。使用时，引出线A和引出线C接往单相电源；执行标准为国家行业标准JB/T3758，额定电压220V，额定频率50Hz，额定输出功率120W，额定转速1350r/m。

利用如下现有电动机结构制造实验三相电动机样机，包括：

——定子铁心，外径108mm，内径70mm，24槽；

——铸铝转子。

对以上结构按照以下额定值：

——电压220V；

——频率50Hz；

——输出功率58W；

——转速1350r/m，

应用《中小型三相电动机电磁计算程序》(第1机械工业部上海电器科学研究所，1971年)或《微型三相单相电动机电磁设计程序》(广州电器科学研究所，1982年)进行嵌线为4极、单层和节距为5的三相电动机绕组电磁设计。计算结果为每槽导体数96。

图2所示为该实验三相电动机绕组展开和接往线电压为220V和50Hz的三相四线电源测定相电压、电流和功率的实验接线图。

使该实验三相电动机按图连接仪表和电源并传动额定负载：

——输出功率58W；

——转速1350r/m，

测试结果为：

——相电压U＝127V；

——相电流I＝0.52A；

——相功率P＝32W，

代入如下公式计算相端正序电阻R_fm与电抗X_fm数值：

R_fm＝P/I/I＝118Ω

X_fm＝R_fm×tanarccos(P/I/U)＝213Ω

此时，得到拟设计电动机的电磁设计如下：

a)以实验三相电动机样机的定子铁心和转子作为拟设计电动机的定子铁心和转子，包括：

——定子铁心，外径108mm，内径70mm，24槽；

——铸铝转子；

b)以实验三相电动机样机的A相和B相绕组作为拟设计电动机的主相和副相绕组，即每槽导体数为96和绕组形式不变；

c)代入如下公式得到拟设计电动机的中间相绕组对主相绕组的有效匝数比L

$L=\frac{\sqrt{3}}{2}\frac{X_{\mathrm{fm}}}{R_{\mathrm{fm}}}-\frac{1}{2}=1.06$

d)按照L把三相电动机样机C相绕组调整为拟设计电动机的中间相绕组，拟设计电动机的中间相绕组每槽导体数为96×1.06＝102，并按相近槽满率的原则把线径缩小为原线径的0.97倍，绕组形式不变；

e)按以下公式计算电容器的容抗Xc：

Xc＝2X_fm＝426Ω

按此求得电容量为7.5微法。

实验表明，按此设计的电动机在额定工作点具有实验三相电动机样机性能。图2所示为对实验三相电动机样机使用三相四线电源测定相电压、电流和功率。当然，也可以使用三相三线电源测定线电压、电流和总功率的实验接线，以1/3总功率作为公式中的相功率P的数值。此外，可通过修正电压对实验三相电动机样机额定工作点的状态进行调整，或者当拟设计电动机按照实验测试计算结果的相电压与额定电压有偏离时，对上述实验测试计算结果按额定电压对实验电压的正比例关系修正各绕组每槽导体数以及平方关系修正电容器的容抗Xc。

Claims (1)

1一种Y接线单相电容运转电动机电磁设计方法，该电动机的定子绕组包括主相、副相和中间相按Y连接的三相绕组，主相的电源输入端子和中间相的电源输入端子接往单相电源二极，副相的电源输入端子经电容器接往主相的电源输入端子；其特征在于：该设计方法包括以下步骤：

1)确定拟设计电动机的设计输入参数，包括：

——额定电压；包括额定频率；

——额定负载，包括额定转速；

——定子，包括其铁心和绕组形式；

——转子；

2)以所述设计输入参数制作三相电动机样机；

3)所述三相电动机样机输入三相电源传动额定负载运行，测定电动机此时的相端正序电阻R_fm与电抗X_fm；

4)以三相电动机样机的其中二相绕组作为拟设计电动机的主相、副相绕组；中间相绕组对主相绕组的有效匝数比L按以下公式：

$L=\frac{\sqrt{3}}{2}\frac{X_{\mathrm{fm}}}{R_{\mathrm{fm}}}-\frac{1}{2}$

电容器的容抗Xc按以下公式：

Xc＝2X_fm。

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