CN101946388B - 一种由“原型电机”形成“派生电机”的方法 - Google Patents
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Abstract
一种由“原型电机”形成“派生电机”的方法，以“原型电机”的参数为基础，按照“原型电机”定子绕组导线用铜量与“派生电机”定子绕组导线用铜量相当的规则，获得“派生电机”与“原型电机”之间相关联的等效系数，再用等效系数乘以相应的“原型电机”的参数，获得相应的“派生电机”的参数，按照“派生电机”的参数制成“派生电机”的绕组，从而获得“派生电机”。其中，所述等效系数为匝数因子、串并联因子、Y-△转换因子的乘积。
Description
技术领域
本发明涉及用于变频调速的三相异步电机领域，具体涉及一种由“原型电机”形成“派生电机”的方法。
背景技术
名称中的“派生电机”是本发明人在2007年4月12日的一项发明专利申请[申请号：200710039396.0(以下简称A申请)]中提出的一个概念。A申请中，把通用型额定频率为50Hz(或60Hz)的三相异步电动机称之为“原型电机”，把对“原型电机”的定子绕组的参数按一定规则进行排序式地设计，计算出相应的一连串“派生电机”的参数，再按这些参数一一制成绕组，取代“原型电机”的定子绕组，就可获得一连串的新电机。每个新电机称之为“原型电机”的“派生电机”。
“派生电机”按它们的额定频率从小到大排列，定义了五个频段：
(1)超低频段，额定频率≤25Hz；
(2)低频段，25Hz＜额定频率＜50Hz；
(3)中频段，50Hz＜额定频率≤120Hz；
(4)高频段，120Hz＜额定频率≤180Hz；
(5)超高频段，180Hz＜额定频率。
A申请中，以我国Y系列型号是Y160L-6(11kw/6极)通用电机为例作了具体说明，并得到了Y160L-6通用电机的“派生电机”的参数列表(参见表1)。
表1Y160L-6(11kw/6极)通用电机绕组重新设计得到的″派生电机″的参数列表
| 每线圈匝数(T-N) | 28 | 27 | 26 | 25 | 24 | 23 | 22 | 21 |
| “派生电机”绕组的导线截面积(mm2) | 2.834 | 2.939 | 3.052 | 3.174 | 3.306 | 3.450 | 3.607 | 3.779 |
| “派生电机”的额定频率(Hz) | 50.0 | 51.9 | 53.8 | 56.0 | 58.3 | 60.9 | 63.6 | 66.7 |
| “派生电机”的额定功率(kw) | 11.0 | 11.4 | 11.8 | 12.3 | 12.8 | 13.4 | 14.0 | 14.7 |
| “派生电机”的额定电流(A) | 25.0 | 25.9 | 26.9 | 28.0 | 29.2 | 30.4 | 31.8 | 33.3 |
续上表
| 每线圈的匝数(T-N) | 20 | 19 | 18 | 17 | 16 | 15 | 14 | 13 |
| “派生电机”的绕组导线截面积(mm2) | 3.968 | 4.174 | 4.408 | 4.668 | 4.950 | 5.290 | 5.668 | 6.104 |
| “派生电机”的额定频率(Hz) | 70.0 | 73.3 | 77.8 | 82.4 | 87.5 | 93.3 | 100.0 | 107.7 |
| “派生电机”的额定功率(kw) | 15.4 | 16.2 | 17.1 | 18.1 | 19.3 | 20.5 | 22.0 | 23.7 |
| “派生电机”的额定电流(A) | 35.0 | 36.8 | 38.9 | 41.8 | 43.8 | 46.7 | 50.0 | 53.8 |
| 每线圈的匝数(T-N) | 12 | 11 | 10 | 9 | 8 | 7 | 6 | 5 | … |
| “派生电机”的绕组导线截面积(mm2) | 6.612 | 7.210 | 7.940 | 8.820 | 9.970 | 11.540 | 13.463 | 16.156 | … |
| “派生电机”的额定频率(Hz) | 116.7 | 127.3 | 140.0 | 155.6 | 175.0 | 200.0 | 233.3 | 280.0 | … |
| “派生电机”的额定功率(kw) | 25.7 | 28.0 | 30.8 | 31.2 | 38.5 | 44.0 | 51.3 | 61.6 | … |
| “派生电机”的额定电流(A) | 58.3 | 63.6 | 70.0 | 77.8 | 87.5 | 100.0 | 116.7 | 140.0 | … |
| 每线圈匝数(T+N) | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 |
| “派生电机”绕组的导线截面积(mm2) | 2.834 | 2.736 | 2.645 | 2.560 | 2.480 | 2.405 | 2.334 | 2.267 |
| “派生电机”的额定频率(Hz) | 50.0 | 48.3 | 46.7 | 45.2 | 43.8 | 42.4 | 41.2 | 40.0 |
| “派生电机”的额定功率(kw) | 11.00 | 10.60 | 10.20 | 9.94 | 9.63 | 9.33 | 9.06 | 8.80 |
| “派生电机”的额定电流(A) | 25.0 | 24.1 | 23.3 | 22.6 | 21.9 | 21.2 | 20.6 | 20.0 |
| 每线圈匝数(T+N) | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 | 43 |
| “派生电机”绕组的导线截面积(mm2) | 2.204 | 2.145 | 2.088 | 2.035 | 1.984 | 1.935 | 1.889 | 1.845 |
| “派生电机”的额定频率(Hz) | 38.9 | 37.8 | 36.8 | 35.9 | 35.0 | 34.1 | 33.3 | 32.6 |
| “派生电机”的额定功率(kw) | 8.60 | 8.32 | 8.11 | 7.80 | 7.70 | 7.51 | 7.33 | 7.16 |
| “派生电机”的额定电流(A) | 19.4 | 18.9 | 18.4 | 17.9 | 17.5 | 17.1 | 16.70 | 16.3 |
| 每线圈匝数(T+N) | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 | 49 | … |
| “派生电机”绕组的导线截面积(mm2) | 1.804 | 1.763 | 1.756 | 1.718 | 1.682 | 1.648 | … |
| “派生电机”的额定频率(Hz) | 31.8 | 31.0 | 30.4 | 29.8 | 29.2 | 28.6 | … |
| “派生电机”的额定功率(kw) | 7.00 | 6.84 | 6.70 | 6.55 | 6.42 | 6.29 | … |
| “派生电机”的额定电流(A) | 15.9 | 15.6 | 15.2 | 14.9 | 14.6 | 14.3 | … |
从表1可以看到，A申请在计算“派生电机”的参数的方法中，得到的“派生电机”的参数排列稀疏，特别是高频段至超高频段，120Hz-180Hz只有四组“派生电机”的参数，180Hz-260Hz只有二组“派生电机”的参数，就是说，A申请中的计算方法，只能在高频段获得4个“派生电机”，在超高频段的180Hz-260Hz之间只能获得2个“派生电机”。因而，按照A申请的方法制得的“派生电机”能够应用的范围有限，无法满足某些特定的额定频率的需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够获得各频段内“派生电机”的参数排列更密集的方法，特别是获得额定频率大于120Hz的频段内“派生电机”的参数排列更密集的方法。具体为：
以额定频率50Hz(或60Hz)的“原型电机”为基础，通过等效方法，获得相应的“派生电机”的参数，按照“派生电机”的参数制成“派生电机”的绕组，从而获得“派生电机”。
其中，等效方法为：
以“原型电机”的参数为基础，按照“原型电机”定子绕组导线用铜量与“派生电机”定子绕组导线用铜量相当的规则，获得“派生电机”与“原型电机”之间相关联的等效系数，再用该等效系数乘以相应的“原型电机”的参数，计算出相应的“派生电机”的参数。其中，更具体地说，相应的“原型电机”的参数包括“原型电机”的定子绕组的导线截面积、“原型电机”的额定频率、“原型电机”的额定功率和“原型电机”的额定电流中的至少一个。相应的“派生电机”的参数包括“派生电机”的定子绕组的导线截面积、“派生电机”的额定频率、“派生电机”的额定功率和“派生电机”的额定电流中的至少一个。
在上述的等效方法中，等效系数为匝数因子、串并联因子、Y-Δ转换因子的乘积。其中，匝数因子为“原型电机”定子绕组中每个线圈的匝数与“派生电机”定子绕组中每个线圈的匝数的比值，“原型电机”定子绕组中每个线圈的匝数每减少一匝或者每增加一匝都形成一个“派生电机”定子绕组中每个线圈的匝数。
串并联因子为在“派生电机”定子每相绕组的线圈总数相对于对应的“原型电机”定子每相绕组的线圈总数不变的情况下所述“派生电机”定子每相绕组的线圈并联支路数与所述“原型电机”定子每相绕组的并联支路数的比值。
当“原型电机”的三相绕组为Y连接，“派生电机”的三相绕组也是Y连接，Y-Δ转换因子为1；若“派生电机”的三相绕组改为Δ连接，则Y-Δ转换因子为
当“原型电机”的三相绕组为Δ连接，“派生电机”的三相绕组也是Δ连接，则Y-Δ转换因子为1；若“派生电机”的三相绕组改为Y连接，则Y-Δ转换因子为
在本发明中，“派生电机”的参数包括“派生电机”的定子绕组的导线截面积、“派生电机”的额定频率、“派生电机”的额定功率和“派生电机”的额定电流、“派生电机”定子绕组的每个线圈的匝数、“派生电机”定子每相绕组的并联支路数以及“派生电机”的三相绕组的Y连接或Δ连接中的至少一个；“原型电机”的参数包括“原型电机”的定子绕组的导线截面积、“原型电机”的额定频率、“原型电机”的额定功率和“原型电机”的额定电流、“原型电机”定子绕组的每个线圈的匝数、“原型电机”定子每相绕组的并联支路数以及“原型电机”的三相绕组的Y连接或Δ连接中的至少一个。
根据本发明的方法，获得的“派生电机”的参数的数量大量地增加，特别是高频段至超高频段“派生电机”的额定频率等参数的数量被大量地增加，这样，在实际应用中，可以用来选择的“派生电机”的额定频率等参数的数量也就增加，可以根据实际需要选择，然后制作需要的“派生电机”。
附图说明
图1为获取相应的“派生电机”的参数流程框图
具体实施方式
下面，参照图1对本发明的实施例进行具体的说明。
本发明以额定频率为50Hz(或60Hz)的“原型电机”基础，通过等效方法，获得相应的“派生电机”的参数，按照“派生电机”的参数制成“派生电机”的绕组，从而获得“派生电机”。
其中，等效方法为：
以“原型电机”的参数为基础，按照“原型电机”定子绕组导线用铜量与“派生电机”定子绕组导线用铜量相当的规则，获得“派生电机”与“原型电机”之间相关联的等效系数，再用该等效系数乘以相应的“原型电机”的参数，计算出相应的“派生电机”的参数。其中，等效系数为匝数因子、串并联因子、Y-Δ转换因子的乘积。
更具体地说，“原型电机”的参数包括“原型电机”的定子绕组的导线截面积、“原型电机”的额定频率、“原型电机”的额定功率和“原型电机”的额定电流、“原型电机”定子绕组的每个线圈的匝数、“原型电机”定子每相绕组的并联支路数以及“原型电机”的三相绕组的Y连接或Δ连接中的至少一个；相应的“原型电机”的参数包括“原型电机”的定子绕组的导线截面积、“原型电机”的额定频率、“原型电机”的额定功率和“原型电机”的额定电流中的至少一个；相应的“派生电机”的参数包括“派生电机”的定子绕组的导线截面积、“派生电机”的额定频率、“派生电机”的额定功率和“派生电机”的额定电流中的至少一个；“派生电机”的参数包括“派生电机”的定子绕组的导线截面积、“派生电机”的额定频率、“派生电机”的额定功率和“派生电机”的额定电流、“派生电机”定子绕组的每个线圈的匝数、“派生电机”定子每相绕组的并联支路数以及“派生电机”的三相绕组的Y连接或Δ连接中的至少一个。
例如：对于额定频率为50Hz(或60Hz)的“原型电机”，以“原型电机”定子绕组的每个线圈的匝数、“原型电机”定子每相绕组的并联支路数或“原型电机”的三相绕组的Y连接或Δ连接为基础，按照“原型电机”定子绕组导线用铜量与“派生电机”定子绕组导线用铜量相当的规则，获得“派生电机”与“原型电机”之间相关联的等效系数，再用该等效系数乘以“原型电机”的定子绕组的导线截面积、“原型电机”的额定频率、“原型电机”的额定功率“原型电机”的额定电流，计算出“派生电机”的定子绕组的导线截面积、“派生电机”的额定频率、“派生电机”的额定功率和“派生电机”的额定电流。
下面结合图1对本发明的等效方法进行阐述。如图1所示，相应的“原型电机”的参数A包括“原型电机”的定子绕组的导线截面积、“原型电机”的额定频率、“原型电机”的额定功率和“原型电机”的额定电流中的至少一个，也就是说，相应的“原型电机”的参数A是上述参数中的一个或者多个，例如，“原型电机”定子绕组的导线截面积、“原型电机”的额定频率或“原型电机”的额定功率。
如图1所示，等效系数S的计算公式为S＝X×Z×Y。
其中，X为匝数因子；
Z为串并联因子；
Y为Y-Δ转换因子。
匝数因子X、串并联因子Z、Y-Δ转换因子Y定义以及取值规则如下：
1.匝数因子X为“原型电机”定子绕组中每个线圈的匝数与“派生电机”定子绕组中每个线圈的匝数的比值。更具体地说，匝数因子X＝T/(T±N)，其中，T是“原型电机”绕组中每个线圈的匝数，N是自然数0、1、2、3、4、5……。匝数因子X的运算实质是以“原型电机”定子绕组中每个线圈的匝数为基础，“原型电机”定子绕组中每个线圈的匝数每减少一匝或者每增加一匝都形成一个“派生电机”定子绕组中每个线圈的匝数，N即是线圈匝数减少或者增加的量，T±N即是“派生电机”定子绕组中每个线圈的匝数。
2.串并联因子Z的取值取决于“派生电机”每相线圈串并联相对于“原型电机”每相线圈串并联的变化的结果。
“原型电机”每相绕组中的线圈的并联支路数通常是1、2、3、4、5、6、8、10……。并且各个并联支路上串联线圈的个数是相同的，每相绕组的线圈总数是并联支路数乘以一个并联支路中串联线圈的个数。
在“派生电机”定子每相绕组的线圈总数相对于对应的“原型电机”定子每相绕组的线圈总数不变的情况下，串并联因子Z为“派生电机”定子每相绕组的线圈并联支路数与“原型电机”定子每相绕组的并联支路数的比值。更具体地说，例如：在“派生电机”定子每相绕组的线圈总数相对于对应的“原型电机”定子每相绕组的线圈总数不变的情况下，当“派生电机”定子每相绕组的线圈并联支路数与“原型电机”定子每相绕组的并联支路数相同，则串并联因子Z值为1；当“派生电机”定子每相绕组的线圈并联支路数是“原型电机”定子每相绕组的并联支路数的2倍，则串并联因子Z值为2；当“派生电机”定子每相绕组的线圈并联支路数是“原型电机”定子每相绕组的并联支路数的3倍，串并联因子Z值为3；以此类推得串并联因子Z值为4、5……。另一方面，当“原型电机”定子每相绕组的并联支路数是“派生电机”定子每相绕组的线圈并联支路数的2倍，则串并联因子Z值为1/2；以此类推，得串并联因子Z值为1/3、1/4、1/5……。
c.Y-Δ转换因子Y的取值为：1、
和
当“原型电机”的三相绕组为Y连接，“派生电机”的三相绕组也是Y连接，Y-Δ转换因子为1；若“派生电机”的三相绕组改为Δ连接，则Y-Δ转换因子为
当“原型电机”的三相绕组为Δ连接，“派生电机”的三相绕组也是Δ连接，则Y-Δ转换因子为1；若“派生电机”的三相绕组改为Y连接，则Y-Δ转换因子为
根据本实施例的说明，等效系数S是匝数因子X、串并联因子Z、Y-Δ转换因子Y的乘积。经上述运算的推演，对应于每个“原型电机”，可以得到众多对应的等效系数S值，而每个等效系数S值都可计算出一个“派生电机”的一组参数。因此，每个“原型电机”都可形成一连串的“派生电机”。如图1所示，相乘B表示等效系数S与相应的“原型电机”的参数A相乘。其得到的结果就是相应的“派生电机”的参数。如图1所示的相应的“派生电机”的参数C包括“派生电机”的定子绕组的导线截面积、“派生电机”的额定频率、“派生电机”的额定功率和“派生电机”的额定电流中的至少一个，例如，“派生电机”的定子绕组的导线截面积、“派生电机”的额定频率、或“派生电机”的额定功率。
更具体地说，图1中“派生电机”与“原型电机”之间相应的参数与等效系数S值的关系如下：
相应的“派生电机”的参数C＝相应的“原型电机”的参数A×S，例如：
“派生电机”的额定频率fe＝“原型电机”的额定频率×S；
“派生电机”定子绕组的导线截面积＝“原型电机”定子绕组的导线截面积×S再除以Y-Δ转换因子Y；
“派生电机”的额定功率Pe＝“原型电机”的额定功率×S；
“派生电机”的额定电流Ie＝“原型电机”的额定电流×S。
其中，“派生电机”定子绕组的导线截面积＝“原型电机”定子绕组的导线截面积×S再除以Y-Δ转换因子Y，体现了“原型电机”定子绕组导线用铜量与“派生电机”定子绕组导线用铜量相当的规则。
方法的具体举例
现仍以A申请中的例举的Y160L-6(11kw/6极)通用电机为例对等效方法作进一步说明。
该“原型电机”每相绕组为6线圈串联(并联支数为1)，每线圈为28匝，绕组的导线截面积2.834mm2，三相绕组为Δ连接，以下用两种方法分别计算：
1.把“派生电机”每相绕组中的6个线圈三并二串连接，得串并联因子Z＝3；“派生电机”三相绕组与“原型电机”三相绕组连接相同，得Y-Δ转换因子Y＝1；再对“原型电机”定子绕组中每个线圈的匝数T＝28进行逐一地增一和减一的排序，计算求得每个匝数因子X，然后计算得对应的每个等效系数S。它们的一连串计算结果值参见表2。
表2 等效法对绕组三并二串后计算的X和S值的列表
| N | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| X＝T/(T-N)(T＝28) | 1.000 | 1.037 | 1.077 | 1.120 | 1.167 | 1.217 | 1.273 | 1.333 | 1.400 |
| S＝X*Z*Y(Z＝3，Y＝1) | 3.000 | 3.111 | 3.231 | 3.360 | 3.500 | 3.652 | 3.818 | 4.000 | 4.200 |
| N | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | … |
| X＝T/(T-N)(T＝28) | 1.474 | 1.556 | 1.647 | 1.750 | 1.867 | 2.000 | 2.154 | … |
| S＝X*Z*Y(Z＝3，Y＝1) | 4.421 | 4.667 | 4.941 | 5.250 | 5.600 | 6.000 | 6.462 | … |
| N | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| X＝T/(T+N)(T＝28) | 0.966 | 0.933 | 0.903 | 0.875 | 0.848 | 0.824 | 0.800 | 0.778 | 0.757 |
| S＝X*Z*Y(Z＝3，Y＝1) | 2.897 | 2.800 | 2.710 | 2.625 | 2.545 | 2.471 | 2.400 | 2.333 | 2.270 |
| N | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | … |
| X＝T/(T+N)(T＝28) | 0.737 | 0.718 | 0.700 | 0.683 | 0.667 | 0.651 | 0.636 | … |
| S＝X*Z*Y(Z＝3，Y＝1) | 2.211 | 2.154 | 2.100 | 2.049 | 2.000 | 1.953 | 1.909 | … |
在获得等效系数S的值后，“原型电机”Y160L-6(11kw/6极)通用电机的“派生电机”的相关参数可一一求得，参见表3。
表3 绕组三并二串后所得S值对应的“派生电机”绕组参数列表
| 等效系数S | 3.000 | 3.111 | 3.231 | 3.360 | 3.500 | 3.652 |
| “派生电机”绕组的导线截面积(mm2) | 8.502 | 8.817 | 9.157 | 9.522 | 9.919 | 10.350 |
| “派生电机”的额定频率(Hz) | 150.000 | 155.550 | 161.550 | 168.000 | 175.000 | 182.600 |
| “派生电机”的额定功率(kw) | 33.000 | 34.221 | 35.541 | 36.960 | 38.500 | 40.172 |
| “派生电机”的额定电流(A) | 75.000 | 77.775 | 80.775 | 84.000 | 87.500 | 91.300 |
续上表
| 等效系数S | 5.250 | 5.660 | 6.000 | 6.462 | … |
| “派生电机”绕组的导线截面积(mm2) | 14.879 | 15.870 | 17.004 | 18.313 | … |
| “派生电机”的额定频率(Hz) | 262.500 | 280.000 | 300.000 | 323.100 | … |
| “派生电机”的额定功率(kw) | 57.750 | 61.600 | 66.000 | 71.082 | … |
| “派生电机”的额定电流(A) | 131.250 | 140.000 | 150.000 | 161.550 | … |
| 等效系数S | 2.897 | 2.800 | 2.710 | 2.625 | 2.545 | 2.471 |
| “派生电机”绕组的导线截面积(mm2) | 8.210 | 7.935 | 7.680 | 7.439 | 7.213 | 7.003 |
| “派生电机”的额定频率(Hz) | 144.850 | 140.600 | 135.500 | 131.250 | 127.250 | 123.550 |
| “派生电机”的额定功率(kw) | 31.867 | 30.800 | 29.810 | 28.875 | 27.995 | 27.181 |
| “派生电机”的额定电流(A) | 72.425 | 70.000 | 67.750 | 65.625 | 63.625 | 61.775 |
| 等效系数S | 2.400 | 2.333 | 2.270 | 2.211 | 2.154 | 2.100 |
| “派生电机”绕组的导线截面积(mm2) | 6.802 | 6.612 | 6.433 | 6.266 | 6.104 | 5.951 |
| “派生电机”的额定频率(Hz) | 120.000 | 116.650 | 113.500 | 110.550 | 107.700 | 105.000 |
| “派生电机”的额定功率(kw) | 26.400 | 25.663 | 24.970 | 24.321 | 23.694 | 23.100 |
| “派生电机”的额定电流(A) | 60.000 | 58.325 | 56.750 | 55.275 | 53.850 | 52.500 |
| 等效系数S | 2.049 | 2.000 | 1.953 | 1.909 | … |
| “派生电机”绕组的导线截面积(mm2) | 5.807 | 5.668 | 5.535 | 5.410 | … |
| “派生电机”的额定频率(Hz) | 102.450 | 100.000 | 97.650 | 95.450 | … |
| “派生电机”的额定功率(kw) | 22.539 | 22.000 | 21.483 | 20.999 | … |
| “派生电机”的额定电流(A) | 51.225 | 50.000 | 48.825 | 47.725 | … |
2.把每相6个线圈作二并三串连接，得串并联因子Z＝2；“派生电机”三相绕组保持“原型电机”三相绕组的Δ连接，得Y-Δ转换因子Y＝1；而后对“原型电机”定子绕组中每个线圈的匝数T＝28进行逐一地作增一和减一的运算，同样可以计算求得每个匝数因子X，然后计算得对应的每个等效系数S。它们的一连串计算结果值参见表4。
表 4绕组二并三串后计算的X和S值的列表
| N | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| X＝T/(T-N)(T＝28) | 1.000 | 1.037 | 1.077 | 1.120 | 1.167 | 1.217 | 1.273 | 1.333 | 1.400 |
| S＝X*Z*Y(Z＝2，Y＝1) | 2.000 | 2.074 | 2.154 | 2.240 | 2.334 | 2.434 | 2.546 | 2.667 | 2.800 |
| N | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | … |
| X＝T/(T-N)(T＝28) | 1.474 | 1.556 | 1.647 | 1.750 | 1.867 | 2.000 | 2.154 | … |
| S＝X*Z*Y(Z＝2，Y＝1) | 2.948 | 3.112 | 3.294 | 3.500 | 3.734 | 4.000 | 4.308 | … |
续上表
| N | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | … |
| X＝T/(T+N)(T＝28) | 0.737 | 0.718 | 0.700 | 0.683 | 0.667 | 0.651 | 0.636 | … |
| S＝X*Z*Y(Z＝2，Y＝1) | 1.474 | 1.436 | 1.400 | 1.366 | 1.334 | 1.302 | 1.273 | … |
在获得表4的等效系数S一连串数值后，又可计算得“原型电机”Y160L-6(.11kw/6极)“通用电机”的一连串“派生电机”的相关参数，参见表5。
表5 绕组二并三串后所得S值对应的“派生电机”绕组参数列表
| 等效系数S | 2.000 | 2.074 | 2.154 | 2.240 | 2.334 | 2.434 |
| “派生电机”绕组的导线截面积(mm2) | 5.668 | 5.878 | 6.104 | 6.348 | 6.615 | 6.898 |
| “派生电机”的额定频率(Hz) | 100.000 | 103.700 | 107.700 | 112.000 | 116.700 | 121.700 |
| “派生电机”的额定功率(kw) | 22.000 | 22.814 | 23.694 | 24.640 | 25.674 | 26.774 |
| “派生电机”的额定电流(A) | 50.000 | 51.850 | 53.850 | 56.000 | 58.350 | 60.850 |
| 等效系数S | 2.546 | 2.667 | 2.800 | 2.948 | 3.112 | 3.294 |
| “派生电机”绕组的导线截面积(mm2) | 7.215 | 7.558 | 7.935 | 8.355 | 8.819 | 9.335 |
| “派生电机”的额定频率(Hz) | 127.300 | 133.350 | 140.000 | 147.400 | 155.600 | 164.700 |
| “派生电机”的额定功率(kw) | 28.006 | 29.337 | 30.800 | 32.428 | 34.232 | 36.234 |
| “派生电机”的额定电流(A) | 63.650 | 66.675 | 70.000 | 73.700 | 77.800 | 82.350 |
| 等效系数S | 3.500 | 3.734 | 4.000 | 4.308 | … |
| “派生电机”绕组的导线截面积(mm2) | 9.919 | 10.582 | 11.336 | 12.209 | … |
| “派生电机”的额定频率(Hz) | 175.000 | 186.700 | 200.000 | 215.400 | … |
| “派生电机”的额定功率(kw) | 38.500 | 41.074 | 44.000 | 47.388 | … |
| “派生电机”的额定电流(A) | 87.500 | 93.350 | 100.000 | 107.700 | … |
| 等效系数S | 1.932 | 1.866 | 1.806 | 1.750 | 1.696 | 1.648 |
| “派生电机”绕组的导线截面积(mm2) | 5.475 | 5.288 | 5.118 | 4.960 | 4.806 | 4.670 |
| “派生电机”的额定频率(Hz) | 96.600 | 93.300 | 90.300 | 87.500 | 84.800 | 82.400 |
| “派生电机”的额定功率(kw) | 21.252 | 20.256 | 19.866 | 19.250 | 18.656 | 18.128 |
| “派生电机”的额定电流(A) | 48.300 | 46.650 | 45.130 | 43.750 | 42.400 | 41.200 |
| 等效系数S | 1.600 | 1.556 | 1.514 | 1.474 | 1.436 | 1.400 |
| “派生电机”绕组的导线截面积(mm2) | 4.534 | 4.410 | 4.291 | 4.177 | 4.070 | 3.968 |
| “派生电机”的额定频率(Hz) | 80.000 | 77.800 | 75.700 | 73.700 | 71.800 | 70.000 |
| “派生电机”的额定功率(kw) | 17.600 | 17.116 | 16.654 | 16.214 | 15.796 | 15.400 |
| “派生电机”的额定电流(A) | 40.000 | 38.900 | 37.850 | 36.850 | 35.900 | 35.000 |
由表3、表5可以看出，本发明的方法获得的“派生电机”的参数，相对于A申请来说，大大丰富了额定频率大于120Hz，即高频段和超高频段“派生电机”的参数，弥补了A申请的不足。
1.应用实例
两台按本发明的方法设计制作的“派生电机”，在某大学电机实验室分别测试。
(1)“原型电机”Y100L-6(1.5kw/6极)，额定频率50Hz、额定电压380V、额定电流4A、绕组参数：每相绕组6个线圈串联(并联支路为1)，56匝每线圈，绕组导线的截面积0.567mm2，三相绕组为Y型连接。按本发明的方法，线圈匝数由56匝改为51匝，遵循绕组用铜量基本相当的规则，导线的截面积相应地改为0.636mm2；把每相的6个线圈进行三并二串地连接，串并联因子Z＝3；三相绕组Y型连接不变，Y-Δ转换因子Y＝1。
等效方法计算：S＝X×Z×Y3＝56/(56-5)×3×1＝3.294
“派生电机”的额定频率fe＝50Hz×S＝164.7Hz
“派生电机”的额定功率Pe＝1.5kw×S＝4.94kw
实际运行检测的数据显示，这台“派生电机”完全达到了设计的指标和要求。特别需要指出的是：在输出功率为额定功率的75％——100％的检测时，它的效率超过了GB18613-2006，关于5.5kw/2极电机的1级能率等级标准，属于高能效电机。
(2)“原型电机”是Y2132S-4(5.5kw/4极)，50Hz、380V、额定电流11.6A；绕组参数：每相绕组6个线圈串联(并联支数为1)，47匝/线圈，定子绕组的导线截面积1.344mm2，三相绕组Y型连接。按等效方法，不改变每线圈的匝数，得X＝1；把每相绕组中的6个线圈改为二并三串连接，得串并联因子Z＝2；再把三相绕组由Y型改为Δ型连接，得Y-Δ转换因子
由此得
“派生电机”的额定频率fe＝50Hz×S＝173.2Hz
“派生电机”的额定功率Pe＝5.5kw×S＝19.1kw
由于该大学电机实验室进口的标准测功仪设备的测试容量(6kw)的限制，本试验采用了传统的功率测试方法，即电机经皮带传动，驱动一台输出额定功率是15kw的直流发电机，发电机输出接电阻负载的方法。在“派生电机”额定输出功率90％(17.2kw)的情况下，运行一小时半，电机的表面温度达到平衡点69℃(测试现场的室温为30℃)。根据电机输出功率和温升情况的分析评估，它也是一台高效电机。
注意，上述“派生电机”只是本发明的实例，本发明的等效方法并不只适用于上述“原型电机”。而是适用于所有的“原型电机”的改造。匝数因子X、串并联因子Z、Y-Δ转换因子Y、等效系数S的值以及对应的新参数组也并不只限于上文给出的情况，可以根据实际应用的需要选择和设计不同的“派生电机”。
2.分析与评估
额定频率大于120Hz的高频段和超高频段的“派生电机”为什么会高效呢？
A申请中指出：“派生电机”与“原型电机”相比，高频段“派生电机”的额定输出功率是“原型电机”的2.4至3.6倍；超高频段“派生电机”的额定输出功率是“原型电机”的3.6倍以上，而“派生电机”和“原型电机”的绕组导线的用铜量相当，它们在各自的额定电流时，流经导线的电流密度是相等的。也就是说，额定频率大于120Hz的“派生电机”绕组导线的铜耗发热和“原型电机”是相当的，两台“派生电机”的实验也证明了这一点。
关于定子、转子的铁耗问题。有文章指出，异步感应电机的励磁电流在主磁轴投影，可得到有功和无功两个分量。无功分量产生主磁通，有功分量产生铁耗，铁耗包括涡流损耗和磁滞损耗。涡流损耗与频率的平方成正比，磁滞损耗与频率成正比。励磁电流中的有功分量在随频率增加的过程中对铁耗的影响和对电机效率的影响的大小，在两项测试中得到了关注。我们观测到电机在空载运行时，无论是低频10Hz-20Hz时，还是高频150Hz-170Hz时，空载电流几乎是没有变化的常量；电源输入端对输入有功功率检测，发现有功分量随频率的增加相应地上升，是正增量(该正增量中还包括了电机高速时的机械磨损和自带扇叶的有功增量)。所以认为励磁电流中有功分量随着频率的上升，铁耗会有所增加。这个正增量会降低电机的效率。
铜耗和铁耗是影响电机效率两大重要因素，如果额定频率大于120Hz的“派生电机”的铜耗与“原型电机”基本相当，当它们与它们各自的额定功率去计算铜耗的百分比时，百分比降了许多，也就是说这时的铜耗下降相当于一个有功损耗的负增量。而且，这个负增量要比上述的铁耗的正增量在绝对值上大许多，即铜耗增量|Δcopper cost|＞＞铁耗增量|Δiron cost|。把两者综合起来，有功损耗的增量是负值。负值增量意味提升电机效率，负值越大电机效率越高。这就是两台样机成为高效电机的原因。
因此，额定频率大于120Hz的“派生电机”不但在制造时可以节省大量的原材料，同时也是一种高效率的电机。
Claims (6)
1.一种由“原型电机”形成“派生电机”的方法，其特征在于，
以“原型电机”的参数为基础，通过等效方法，获得相应的“派生电机”的参数，按照“派生电机”的参数制成“派生电机”的绕组，从而获得“派生电机”；
其中，所述等效方法为：
以所述“原型电机”的参数为基础，按照“原型电机”定子绕组导线用铜量与“派生电机”定子绕组导线用铜量相当的规则，获得“派生电机”与“原型电机”之间相关联的等效系数，再用所述等效系数乘以相应的“原型电机”的参数；
所述等效系数为匝数因子、串并联因子、Y-Δ转换因子的乘积。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
其中，所述相应的“原型电机”的参数包括“原型电机”的定子绕组的导线截面积、“原型电机”的额定频率、“原型电机”的额定功率和“原型电机”的额定电流中的至少一个；所述相应的“派生电机”的参数包括“派生电机”的定子绕组的导线截面积、“派生电机”的额定频率、“派生电机”的额定功率和“派生电机”的额定电流中的至少一个。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述匝数因子为“原型电机”定子绕组中每个线圈的匝数与“派生电机”定子绕组中每个线圈的匝数的比值，其中，所述“原型电机”定子绕组中每个线圈的匝数每减少一匝或者每增加一匝都形成一个所述“派生电机”定子绕组中每个线圈的匝数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述串并联因子为在“派生电机”定子每相绕组的线圈总数相对于对应的“原型电机”定子每相绕组的线圈总数不变的情况下所述“派生电机”定子每相绕组的线圈并联支路数与所述“原型电机”定子每相绕组的并联支路数的比值。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述Y-Δ转换因子为：当所述“原型电机”的三相绕组为Y连接，所述“派生电机”定子的三相绕组也是Y连接，则所述Y-Δ转换因子为1；若所述“派生电机”定子的三相绕组改为Δ连接，则所述Y-Δ转换因子为
当所述“原型电机”定子的三相绕组为Δ连接，所述“派生电机”定子的三相绕组也是Δ连接，则所述Y-Δ转换因子为1；若所述“派生电机”定子的三相绕组改为Y连接，则所述Y-Δ转换因子为
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述“派生电机”的参数包括如权利要求2中所述相应的“派生电机”的参数、所述“派生电机”定子绕组的每个线圈的匝数、所述“派生电机”定子每相绕组的并联支路数以及所述“派生电机”定子的三相绕组的Y连接或Δ连接中的至少一个；所述“原型电机”的参数包括如权利要求2中所述相应的“原型电机”的参数、所述“原型电机”定子绕组的每个线圈的匝数、所述“原型电机”定子每相绕组的并联支路数以及所述“原型电机”定子的三相绕组的Y连接或Δ连接中的至少一个。
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Effective date of registration: 20180205 Address after: 230000 the 534 room H2 of the two phase of the venture industrial park, No. 2800, the pioneering avenue of the high-tech zone, Hefei, Anhui Patentee after: Hefei Wanquan Intelligent Driving System Research Institute Co.,Ltd. Address before: 200127 Shanghai city Pudong New Area Lancun road 30 Lane No. 39 Room 201 Co-patentee before: Xu Xin Patentee before: Xu Zhiyao Co-patentee before: Cheng Wenkai |
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