CN103119832A - 用于ac电机的绕组 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有多个并联的绕组组(U1，V1，W1；U2，V2，W2；U3，V3，W3)的多相交流电机的定子绕组，每个绕组组可用独立的电源供电。当从一个极(20)移动到向另一极时，绕组组的位置周期性移位。并联的绕组组(U1，V1，W1；U2，V2，W2；U3，V3，W3)的数目大于二，并且交流电机的极的数目偶数，是绕组组的数目的倍数。

Description

用于AC电机的绕组
技术领域
本发明涉及多相交流绕组的绕组，特别是具有多个并联的绕组组的定子绕组，每个绕组组可用独立电源供电绕组组，其中，交流电机有多个极，并且当从一个极移动到另一个极时，绕组组的位置周期性移位。
背景技术
多绕组系统用于交流电机的一些实施方案中，使得根据应用按照适当的方式实现绕组和对绕组进行分类成为可能。例如，在一个应用中绕组可以被制造为并联连接在一起的绕组，而在另一个应用中可被制造为串联连接的绕组。交流电机的规格和特点会自然地发生变化。
为了确保交流电机的运行，在某些应用中，定子装配有两个或多个绕组，在该情况下，每个绕组足够独立运行电机。例如，交流电机可以包括装配到同一槽位的两个相同的绕组，在该情况下，第一个绕组故障后可启用第二个绕组。然而这种布置浪费较多交流电机的容量。
多极交流电机定子绕组包括线圈组，通过并联或者串联连接线圈组而将它们形成在分支中。并联分支也可以从独立的相互相同的电压源供电。并联分支中的线圈必须始终位于极区域中的同一位置，以便感应到线圈上的电压精确地相等和同相。
实际上，大功率电动机应用要求将多个变频器用于为一个并联的绕组或者多个独立的绕组供电。如果系统要求部分冗余，通常采用相互移相的变频器电源。但是，如果使用并联的可控的同相变频器，则会更简单。
当交流电机采用变频器控制时，变频器也可以被保护。
从WO8403400中可认识到一个现有技术解决方案，其中定子绕组分为多个独立供电并位于定子圆周的不同位置的槽。不同定子槽彼此间电气和磁力隔离。当一个或多个槽及其供电电源没有被使用时，该定子的该部分相应是无效能的。
从WO2007128747中可认识到现有技术的最小为四极的三相交流电机，并且定子槽的数目是相数乘以极的数目的平方或者它的倍数。从该公开所获得的解决方案中，绕组系统的数目等于极的数目，并且变频器为每个冗余绕组系统供电。
发明内容
本发明的目的是为了开发一种包含冗余定子绕组的新的交流电机，其利用交流电机的特点和容量并且控制设备与之前相比对其更为有效地进行控制。为了达到这个目的，本发明的特征在于为并联的绕组组的数目大于二，并且交流电机极的数目为偶数，是绕组组的数目的倍数。
本发明的一些优选实施方式特征在于从属权利要求中所列出的特征。
在本发明中，属于不同组的线圈的位置在极区域内有规律地循环，且这些线圈串联。当槽数目与单个绕组的数目相同或是它的倍数时，可使得属于不同绕组的分支在电气上完全相同。旋转线圈位置的优点在于如果一个供电系统缺失，则在电机的气隙中产生对称的旋转磁场。
根据本发明的一个解决方案，以一个新颖的方式来使用并联的绕组组以及为它们供电的变频器的想法。具体而言，本发明适用于极的数目为N乘以绕组数目的偶数的情形，其中N为最小值为2的整数，并且交流电机的每个绕组由其它自己的变频器供电。
根据本发明的一个实施例，电机是包含由三个变频器供电的三个绕组组的电机，极的数目为N1*3*2，其中N1是整数，例如电机具有6个、12个或18个极。根据本发明的另一个实施例，电机是包含由四个变频器供电的四个绕组组的电机，极的数目为N2*4*2，其中N2是大于或者等于2的整数，例如电机具有采用4个变频器供电的8个、12个、16个或20个极。如果一个变频器故障，在使用中仍将相应地保留2/3或3/4的额定功率。如果对于交流电机和给其供电的变频器临时允许高于标注值的温度增加，例如，在超出了等级B中的标注温度的功率处允许根据温度等级F的电机负载，则甚至可使用较2/3或3/4更高的功率。
根据本发明的优选实施例，交流电机相以及为其供电的变频器的数目最小为三。除了普通的三相电机，交流电机也可以为五相或其他多相电机。
根据本发明的优选实施例，每个绕组组的绕组被布置到每个极。
附图说明
将参照附图在下文中详细描述本发明。
图1示出了根据本发明的交流电机，其由三个变频器供电。
图2示出了根据图1的交流的绕法。
图3示出了根据本发明的交流电机，其由四个变频器供电。
图4示出了根据图3的交流的绕法。
具体实施方式
根据本发明的交流电机2包括三个绕组系统4、6、8，每个绕组系统包括一个三相绕组。绕组系统4包括相绕组U1、V1、W1，从变频器10供电。相应的，绕组系统6包括相绕组U2、V2、W2，从变频器12供电以及绕组系统8包括相绕组U3、V3、W3，从变频器14供电。变频器10、12和14被图示为可调的逆变器，其从直流产生可变频率输出电压。应当理解直流在实际实现中是采用众所周知的方法从配电网络中产生。变频器10、12和14是独立起作用的独立的设备，从而它们的运行不依赖其它并联的变频器的运行。根据本发明，变频器可采用同步方式进行控制，从而它们的输出频率和输出电压实质上是相同的。
图2中的表是根据本发明的特定实施例中的图1的系统中的交流电机定子槽中的绕组分布的示意图，其中交流电机具有沿着定子圆周均匀分布的6个极。在图2中，对于每个极，在顶部处在行20指示极的编号。行22行包含槽的顺序号1-54。行24标示了装配到槽的上层的相绕组的符号，以及行26标示了装配到槽的下层的相绕组的符号。交流电机包括全距绕组，其包含三个绕组组，采用相绕组Ui、Vi、Wi标记，其中i为1、2、3。交流电机极的数目是二乘以绕组系统数目，或者6。图2示出的定子的线槽系数(即每相以及每极的槽的数目)是三。围绕极1(槽1-9)的绕组组的相绕组按绕组组编号1、2、3的顺序定位在上层的相中。围绕极2(槽10-18)，绕组组移位一个槽位，绕组组的相绕组按2、3、1的顺序定位。围绕极3(槽19-27)，相绕组按3、2、1的顺序定位。相应的，围绕极4、5、6，在槽28-54的相绕组的定位与极1、2、3的定位对应。关于槽的下层，绕组组的绕组相Ui、Vi、Wi按照同样的方式循环。
如果由于绕组或者给它供电的电源故障而导致在图2所示的本发明的实施例中一个绕组未使用，则交流电机可以以它的初始标注规格的2/3功率运行。如果对于交流电机或对其供电的电源，允许百分之五十的短期或临时过载，则可相应地在短期或长期内以其标注功率使用电机。
图3示出了根据本发明的另一个实施例，其中，四个变频器给具有四个并联的绕组系统的交流电机供电。根据图3的交流电机30包括四个绕组系统32、34、36、38，每个包含三相绕组。绕组系统32包括相绕组U1、V1、W1，从变频器40供电。相应地，绕组系统34包括相绕组U2、V2、W2，从变频器42供电，以及绕组系统36包括相绕组U3、V3、W3，从变频器44供电，以及绕组系统38包括相绕组U4、V4、W4，从变频器46供电。变频器40、42、44和46在它们的属性方面与图1的变频器10、12和14对应。
图4中的表是根据本发明的特定实施例中的图3的系统中的交流电机定子槽中的绕组分布的示意图，其中交流电机具有沿着定子圆周均匀分布12个极。图4的表中，对于每个极，在顶部处在行50指示极的编号。行52包含槽的顺序号1-144。行54标示了装配到槽的上层的相绕组的符号，行56标示了装配到槽的下层的相绕组的符号。交流电机包括具有四个绕组组(采用相绕组Ui、Vi、Wi标记，其中i为1、2、3、4)的全距绕组。交流电机极的数目是三乘以绕组系统数目，或者12。图4示出的定子的线槽系数(即每相和每极的槽的数目)是四。围绕极1，槽1-12，绕组组的相绕组按绕组组编号1、2、3的顺序定位在上层中。围绕极2，槽13-24，绕组组的相绕组移位一个槽位，绕组组的相绕组按2、3、4、1的顺序定位。围绕极3，槽25-36，绕组组的相绕组按3、4、1、2的顺序定位。围绕极4，槽37-48，绕组组的相绕组按4、1、2、3的顺序定位。围绕极5、6、7、8，在槽97-144，绕组组的相绕组的定位与极1、2、3、4处的绕组组的相绕组的定位相对应，而没有分别示出。在槽的下层，绕组相Ui、Vi、Wi按照同样的方式循环。
如果由于绕组或者给它供电的电源故障而导致在图4所示的本发明的实施例中一个绕组未使用，则交流电机可以以它的初始标注规格的2/3功率运行。如果对于交流电机或对其供电的电源，允许百分之三十三的短期或临时过载，则可相应地在短期或长期内以其标注功率使用电机。在图4所述的实施例中，两个绕组组或给其供电的电源发生故障允许以它的标注功率的一半继续使用系统。
以上借助于特定的实施例已对本发明进行了描述。然而，范围可在权利要求定义的框架中变化。例如，取代所示的三相交流电机和变频器，系统的相的数目可以更高。根据本发明的交流电机可以作为电动机和发电机。

Claims (5)

1.一种多相交流电机的绕组，特别是定子绕组，其具有多个并联的绕组组(U1，V1，W1；U2，V2，W2；U3，V3，W3)，每个绕组组由独立电源(10，12，14)供电，其中所述交流电机具有多个极，并且其中在从一个极(20)移动到另一个极后，所述绕组组的位置周期性移位，其特征在于并联的绕组组(U1，V1，W1；U2，V2，W2；U3，V3，W3)的数目大于二，并且交流电机(2)的极的数目是偶数，是绕组组的数目的倍数。
2.根据权利要求1所述的绕组，其特征在于所述交流电机(2)至少具有三个相。
3.根据权利要求1或2所述的绕组，其特征在于并联的绕组组(U1，V1，W1；U2，V2，W2；U3，V3，W3)的数目是三，其中，所述交流电机的极的数目是N1*3*2，其中N1是整数。
4.根据权利要求1或2所述的绕组，其特征在于并联的绕组组(U1，V1，W1；U2，V2，W2；U3，V3，W3；U4，V4，W4)的数目是四，其中，所述交流电机的极的数目是N2*4，其中N2是整数二或者更大的整数。
5.根据权利要求1-4中任意一个所述的绕组，其特征在于每个绕组组(U1，V1，W1；U2，V2，W2；U3，V3，W3)的绕组被布置到每极当中。
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