CN1025976C

CN1025976C - 三速混相变极绕组接法及变极绕组

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Publication number: CN1025976C
Application number: CN 89105801
Authority: CN
Inventors: 钟儒明
Original assignee: XIANGTAN MECHANICAL AND ELECTRICAL TRAINING SCHOOL
Current assignee: XIANGTAN MECHANICAL AND ELECTRICAL TRAINING SCHOOL
Priority date: 1989-11-30
Filing date: 1989-11-30
Publication date: 1994-09-21
Anticipated expiration: 2004-11-30
Also published as: CN1044740A

Abstract

三种极数混相变极绕组的3Y/4Y/3Y+Y接法，三种极数中有两种极数互为反向变极，该两种极数与另一极则属换相变极。两个半绕组，一个接成3Y，且该3Y的三个中性点为另一极引出线端点，一个接成一路串联。两个半绕组顺接并联成4Y时，得到顺接并联极，反接串联成3Y+Y时，得到反接串联极。接成3Y的半绕组对另一极说也是3Y接法，并以顺接并联极的三个引出线端点为其中性点。三种极数共需引出线9根，换接开关四个。

Description

本发明是关于能变换三种极数的变极绕组新接法，该绕组三种极数按变极方案设计槽数计的等效极相槽数N相同，绕组排列特点相同，按向属可分成向号Ⅰ和向号Ⅱ两个半绕组，按相属和向属可分成18组线圈（各组线圈用组别号代表，组别后由各极相号和向号组成），能实现多路并联混相变极。

在现有技术中，三速电动机一般有双铁芯双绕组、单铁芯双绕组、单铁芯单绕组等型式，理想的形式应是单铁芯单绕组。但已有的单绕组三速电动机的变极设备都甚为复杂，例如采用2Y/2Y/2Y和2△/2△/2Y接法的变极电机需引出线9根，换接开关9个;采用2△/2Y/2Y接法的变极电机需引出线12根、换接开关12个;采用▲/▲/3Y接法的变极电机需引出线13根、换接开关10个。比较简单的接法是申请号85100451的中国发明专利“混相变极方法”中涉及到的某些三速变极绕组。根据该方法介绍，等效极相槽数（按变极方案设计槽数计）相同的六种极数，若绕组排列特点相同，就能实现多路并联混相变极。该方法以18槽变换2、4、8、10、14、16共六种极数为例对此作了说明。从该例可以分析出，得自该法的三种极数变极绕组可有多种接法，其中15根引出线的6Y/3Y/3Y接法和12根引出线的6Y/6Y/3Y接法、6Y/6Y/3△接法，前者需换接开关5个或6个，后二者需6个或7个，比非混相变极绕组减少好几个，是比较可取的。但与一般单绕组双速电机2Y/Y、2Y/△接法每极平均引出线3根、换接开关 3/2 个的水平相比，特别是与3Y/3Y及某些特殊接法如▲/Y每极平均引出线3根，接换开关1个的水平相比，则还有较大差距。引出线多，特别是换接开关多，不但增加变极设备成本，也降低了工作可靠性，这些缺点的存在，使单绕组三速电机远不如单绕组双速电机应用广泛，以致于在许多场合还不得不采用双铁芯双绕组形式或单铁芯双绕组形式。因此，尽量简化单绕组三速电机的接法，总是一个被人念念不忘和孜孜追求的目标。

本发明的任务就是要在上述三种极数混相变极绕组上获得一种更为简单的接法，使三种极数每极平均引出线数少到单绕组双速电机水平，每极平均所需换接开关低于2Y/Y和2Y/△接法水平，接近3Y/3Y和△/Y接法水平，并匹配出适合于采用该接法的不同槽数不同极比变极绕组。

本发明解决方案如下：经适当匹配，要求三种极数中的两种极数实现类似2Y/Y接法的反向变极，仅需6根引出线和3个换接开关将两个半绕组由顺接并联变为反接串联即可（为简便计，相应于顺接并联的极数称并联极，相应于反接串联的极数称串联极）;还要求该两种极数与另一极数（下面即以此名相称）在向号Ⅱ半绕组上实现类似3Y/3Y接法形式的多路并联混相变极。这只需将上述2Y/Y接法中向号Ⅱ半绕组由Y改成具有三个中性点的3Y，并使该三个中性点按组别号分属另一极的三相就可。在这种情况下，另一极也正好形成3Y接法，上述三个中性点就是该极的引出线端点，而该极3Y的三个中性点就是并联极引出线端点，彼此相互为用，正好在半绕组Ⅱ上形成3Y/3Y接法。至于向号Ⅰ半绕组，仍应如2Y/Y接法那样，接成一路串联，该半绕组的三个开路端仍为串联极引出线端。于是，只需在原来互为反向变极的两种极数6根引出线、3个换接开关的基础上顺便增加3根引出线和一个电源开关就得到另一极数，故三种极数总共只需9根引出线和4个换接开关。由于另一极的接法是3Y，由接成3Y的半绕组Ⅱ和接成Y的半绕组Ⅰ顺接并联而成的并联极接法应是4Y，由该两个半绕组反接串联而成的串联极接法应是3Y+Y。故三种极数绕组接法可表示为3Y/4Y/3Y+Y。

由于两个半绕组一为并联，一为串联，两个半绕组同一角标混相分量线圈匝数和导线截面应是不同的，选取时应考虑到有关要求。

适合于采用上述3Y/4Y/3Y+Y接法的混相变极绕组，其三种极数应从能在同一绕组上实现混相变极的六种极数-2p₁、2p₂、2p₃、2p₄、2p₅、2p₆中选取，且其中两种极数应同时取2p₁与2p₆，或同时取2p₂与2p₅或同时取2p₃与2p₄。该六种极数可用通式表示为2p₁＝2p、2p₂＝ 2/3 -2p、2p₃＝ 2/3 +2p、2p₄＝ (2Z)/3 -2p、2p₅＝ (2Z)/3 +2p、2p₆＝Z-2p，式中Z为变极方案设计槽数（必为6的倍数），p为小于 2/12 的自然数。理论上，该六种极数任何一极也可用各自的齿谐波极数转换。

根据上述原则可以匹配出很多适合于采用上述接法的混相变极绕组。例如，当变极方案设计槽数Z＝18时，p＜ 2/12 ＝ 3/12 ，只能取p＝1，于是可得2p₁＝2、2p₂＝4、2p₃＝8、2p₄＝10、2p₅＝14、2p₆＝16，相应的三种极数可以是2、4、16，2、8、16，2、10、16，2、14、16，2、4、14，4、8、14，4、10、14，4、14、16，2、8、10，4、8、10，8、10、14，8、10、16。又如，当Z＝30时，p＜ 2/12 ＝ 5/2 （p可取1、2），如取p＝1，可得2p₁＝2、2p₂＝8、2p₃＝12、2p₄＝18、2p₅＝22、2p₆＝28，相应的三种极数可取2、8、28，2、12、28……;如取/p＝2，可得2p₁＝4、2p₂＝6、2p₃＝14、2p₄＝16、/2p₅＝24、2p₆＝26，相应的三种极数可取4、6、26，4、14、26，4、16、26……。当Z和p取其它值时，还可得出其它不同极比的三种极数。

与现有技术比较，本发明有如下优点：

（1）本发明三速绕组所需换接开关比一般接法变极绕组减少了一大半，比混相变极绕组也有所减少，所需引出线也已少到现有技术的下限。

（2）本发明串联极匝数为并联极和另一极匝数的两倍，故特别适用于两种接近的少极与另一相差较远的多极的变换-如吊车型负载场合，用来代替双铁芯双绕组三速电机，除可降低电机本身成本外，还使该系统的GD²大幅度降低，从而既降低因经常起动、制动、反转引起的过渡过程中的大量能耗（该种能耗一般占总损耗的三分之二左右），又缩短过渡过程时间，提高劳动生产率。

（3）根据本发明三种极数匹配原则，不但可以得出很多适用于新接法的三种极数变极绕组，而且根据六种极数通用表达式可以求出不同槽数下能在同一绕组实现混相变极的六种极数，并从中获知2p₁极之外的五种极数实质上是分别用 2/3 极、 (2Z)/3 极和Z极调2p极的结果，从而可根据2p极绕组排列直接得出其余五种极数绕组排列，并判断出何种极数相对于2p极是同转向，何种极数相对于2p极是反转向。

附图说明：

图1是3Y/4Y/3Y+Y接线方法：a）是接线图;b）是另一极开关接法;c）是并联极开关接法;d）是串联极开关接法。

下面以取2p₁、2p₃、2p₅三种极数且p取可能的最大值时三种极数混相变极绕组为例并结合图1对本发明作进一步说明。

本例中2p₂与2p₅两种极数互为反向法变极，该两种极数与2p₁极之间则属换相变极。当变极方案设计槽数Z分别取18、30、42、48、54、66、72，且p取可能的最大值时，三种极数极比将分别为2/4/14、4/6/24、6/8/34、6/10/38、8/10/44、10/12、54、10/14/58（未包括24槽的2/6/18极，因三倍极比难以实现多路并联混相变极;也不包括36槽4/8/28极及60槽8/12/48极，因分别与18槽的2/4/14极及30槽的4/6/24极相当）。各槽数相应三种极数绕组排列如表1至表7所示，其中除18槽的2/4/14极与30槽的4/6/24极绕组给出全部槽数的排列外，其余槽数三种极数绕组排列均只取三分之一的槽数。表中2p₁极相号均采用小写字母，2p₂极与2p₅极相号均采用大写字母。由绕组排列表看出，各槽数的2p₂极与2p₅极都互为反向法变极，二者与2p₁极之间则属换相变极。根据相属和向属得出的18组线圈组别号（三个相号字母依次表示另一极、并联极、串联极相属，向号Ⅰ、Ⅱ表示两种向属）如图1a）所示。图中向号Ⅱ半绕组的9组线圈对三种极数都是并联三路星形，向号Ⅰ半绕组的9组线圈每三组线圈对2p₂与2p₅极（互为反向变极的两种极数）说是一路串联，对2p₁极（另一极）说则分属三相。整个绕组共有9个引出线端-端点1、2、3为2p₁极（另一极）引出线端，端点4、5、6为2p₂极（并联极）引出线端，端点7、8、9为2p₅极（串联极）引出线端。当端点1、2、3接电源（图1b）时，得到2p₁（另一极）的3Y接法，此时只需一个电源开关。当端点4、5、6接电源，端点7、8、9短接（图1c）时，两个半绕组的3Y与Y被顺接并联，得到2p₂极（并联极）的4Y接法，此时需一个电源开关和一个短路开关。当端点7、8、9接电源（图1d）时，两个半绕组被反接串联，得到2p₅极（串联极）3Y+Y接法，此时也只需一个电源开关。可见三种极数总共只需9根引出线、4个换接开关。不难看出，2p₁极（另一极）与2p₂极（并联极）正好在半绕组Ⅱ上形成相当于取一种向属3Y/3Y接法的换相变极，2p₂极（并联极）与2p₅（串联极）则在整个绕组上形成以两个半绕组顺接并联改反接串联为特征的反向变极，其4Y/3Y+Y接法与一般2Y/Y接法不无相似之处。

当取绕组实际槽数为变极方案设计槽数Z的两倍，结构由四层简化为双层（即将原设计槽的两个上层边嵌放在实际槽的奇数槽，而两个下层边嵌放在实际槽的偶数槽），并取按实际槽数计的跨距y＝13时，各槽数相应的三种极数基波及由设计槽Z（对取一种向属半绕组的另一极而言，设计槽应是 2/2 所决定的齿谐波（只取小于实际槽数一半的次数）短距系数及磁势幅值如表8所示。按一般双速变极绕组要求-谐波次数（相对于基波而言）V≥2时，幅值不超过10%，V≤2时幅值不超过20%，上述三速变极绕组谐波含量除某些槽数2p₅极低于2的（ 2/3 +p-Z）次幅值显得高外，其它极数谐波可认为基本上是符合要求的。

Claims

1、一种能换接三种极数的3Y/4Y/3Y+Y接法混相变极绕组，该绕组三种极数按变极方案设计槽数计的等效极相槽数N相同，绕组排列特点相同，按向属可分成向号Ⅰ和向号Ⅱ的两个半绕组，按相属和向属可分成18组线圈(各且线圈用组别号代表，组别号由各极数相号和向号组成)，能实现多路并联混相变极，本发明的特征在于：所述三种极数应从能在同一绕组上实现混相变极的六种极数-2p₁、2p₂、2p₃、2p₄、2p₅、2p₆、中选取，且其中两种极数同时取2p₁与2p₆或同时取2p₂与2p₅，或同时取2p₃与2p₄，该六种极数可用通式表示为2p₁=2p、2p₂=

-2p、2p₃= (Z)/3 +2p、2p₄= (2Z)/3 -2p、2p₅= (2Z)/3 +2p、2p₆=Z-2p，式中Z为变极方案设计槽数，其必为6的倍数，p为小于 (Z)/12 的自然数，该六种极数的任何一极也可用各自的齿谐波极数置换，所述两种极数互为反向变极，该两种极数(相应于两个半绕组顺接并联的极数称并联极，相应于两个半绕组反接串联的极数称串联极)与三种极数中的另一极(下面即以此名相称)只要求在向号Ⅱ的半绕组上实现类似3Y/3Y接法形式的多路并联混相变极，进行内部接线时，需将向号Ⅱ半绕组的9组线圈按串联极相属或并联极相属接成三路并联星形3Y，其三个中性点按组别号应分属另一极的三相，将向号Ⅰ半绕组的9组线圈按串联极相属接成一路串联，再按串联极反接串联要求将两个半绕组联接起来，整个绕组共有9个引出线端，向号Ⅱ半绕组的三个闭路端即三个中性点为另一极引出线端，联接两个半绕组的三个端点为并联极引出线端，向号Ⅰ半绕组的三个开路端为串联极的引出线端，当另一极引出线端接电源时，得到该极的3Y接法，该3Y的三个中性点即并联极引出线端点，这时仅半绕组Ⅱ被利用，但仅需一个电源开关，当并联极引出线端接电源，串联极引出线端短接时，向号Ⅱ半绕组的3Y与向号Ⅰ半绕组的Y被顺接并联，得到该极的4Y接法，此时需一个电源开关和一个短路开关，当串联极引出线端接电源时，接成3Y的向号Ⅱ半绕组与接成一路的向号Ⅰ半绕组被反接串联，得到该极的3Y+Y接法，这样形成的3Y/4Y/3Y+Y接法，三种极数总共只需9根引出线和4个换接开关。