CN1031914A - 远极比反向变极绕组设计方法及变极绕组 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种远极比反向变极绕组设计方 法。选择槽数等于极数和的两倍，调制波极数等于极 数和，使两种极数分布系数都达到对应单速电机水 平。引进混相绕组，选择线圈跨距接近多极极距奇数 倍和其共轭波极距偶数倍。使谐波低于一般水平。 绕组系双层，全部线圈左边置于奇数槽，右边置于偶 数槽。本发明在相同槽数下能获得比现有变极方案 更低的速度，如72槽6/30极、60槽4/26极……， 且适用槽数不限于6的倍数。

Description

反向变极绕组引出线少，换接简单，是目前应用最广泛的变极型式。其缺点是平均分布系数较低，谐波含量较高，影响电机性能，其中谐波因素尤甚。1983年全国电机节能学术讨论会上宣读的“混相绕组在变极电机中的应用”一文中提出将等差简化型混相绕组引进反向变极绕组来削弱谐波，但这一措施使基波分布系数变得更低，对远极比绕组特便不利，故并非理想办法。

本发明的任务是要为某些远极比（4倍以上）反向变极绕组提供一种改进的设计方法，据此方法设计的反向变极绕组，不仅谐波得到削弱，而且分布系数平均值比现有任何能实际应用的反向变极绕组高。

本发明是这样实现的：当变极绕组槽数等于其极数和2P₁+2P₂（P₁和P₂分别为少极和多极极对数），且两种极数引进的混相绕组均按同一型式（或均为0α′型，或均为0.5α′型）配置时，变前极从槽1开始的所有正向次序槽号1、2、3……Z-1、Z（Z为槽数）混相分量依次和变后极从槽1开始的所有反向次序槽号1、Z、Z-1……3、2混相分量不仅大小相同，相属相同，奇数槽连相属正、负号也相同，只偶数槽相属正、负号有别，如将变后极反向次序槽号以槽1为准，倒转方向排列，并按正向次序重新编号，即槽1不变，仍与变前极槽1对应，槽Z改为槽2，并与变前极槽2对应，槽Z-1改为槽3，并与变前极槽3对应，如此类推（各实施例变后极绕组均已如此处理），这样一来，两种极数绕组排列正好相当于用极数等于槽数2P₁+2P₂的空间波相互进行反向调制的结果，事实上2P₁-（2P₁+2P₂）＝-2P₂，2P₂-（2P₁+2P₂）＝-2P₁;如此得到的反向变极绕组，两种极数等效极相槽数N相同，等效极相匝比相同，分布系数相同且较高。不过这种变极绕组因多极的一阶齿谐波（其中反转向的一阶齿谐波正好是共轭波）次数与基波接近，磁场特别强。为削弱一阶齿谐波，本发明采取进一步的措施-一在铁芯每个齿上增开一槽，即将上述槽数由极数和增为极数和的2倍，让原有槽只嵌放全部线圈的某一个相当边（例如左边），增开槽嵌放全部线圈的另一个相当边（右边），这样一来，若原有槽为1、3、5……等奇数槽号，增开槽必为2、4、6……等偶数槽号，线圈跨距必为奇数，只要这一奇数能选择得接近多极极距的奇数倍和其共轭波极距的偶数倍，就能使一阶齿谐波得到充分削弱。至于相应于新槽数一阶齿谐波影响可通过一般转子斜槽的办法削弱。槽数增为极数和两倍后的另一个作用是使槽内线圈由四层变为两层，槽利用率提高。

本发明既适用于对称情况，也适用于槽数不是6的倍数不对称情况。在不对称情况下，理想型混相绕组排列原则上与对称情况相同，只要根据混相绕组型式是0α′型还是0.5α′型所标志的混相电流系矢量星形与槽电流系矢量星形的相对位置，即可按照混相绕组构成原理（参阅1983年度中南、西南地区电工学术讨论会论文“混相绕组电动机”）确定出各槽混相分量而成。另外，在三相不对称情况下，混相绕组等效极相匝比需在理想型混相绕组基础上根据三相对称要求和槽满率要求进行适当调整。如所周知，轻微程定不对称和槽满率少许不等是允许的，因而同样被认为是满足要求的。

与现有能消除或削弱谐波的远极比反向变极绕组比较，本发明的突出优点是平均分布系数高，可高达0.9及以上。与一般能实际应用的反向变极绕组比较，本发明在相同槽数下能获得更高的极比。

下面介绍几个实施例。

例1、24槽2/10极（48槽4/20极、72槽6/30极……）

按半数槽计的等效极相槽数N＝2。两种极数均引进0.5α′理想型混相绕组时绕组排列如表1。表中2极采用大写字母，10极采用小写字母，角标2和1分别表示相应于混相分量的两种匝数相对值0.816和0.299。12个偶数槽相当于增开槽，将分别为

12个奇数槽线圈右边所在。本例宜取跨距y＝7，使之接近10极极距的3倍和共轭波（-14极）极距的4倍。在这种情况下，槽8将嵌放槽1的两个线圈（相应于两个混相分量）右边，槽10将嵌放槽3两个线圈右边，如此类推。可以明显看出，用12极波调制2极可以得到10极。

本例两种极数分布系数均为0.897，与相应的混相绕组单速电机相同。由于选跨距y＝7，10极短距系数达0.9914而相应于12槽的一阶齿谐波短距系数仅0.1305，共轭波（-7次）磁势幅值仅为10极幅值的9.4%。2极共轭波（-11次）幅值仅为2极幅值的7.0%。

本例变极绕组三相对称，采用2Y/Y接法时双并支路电势平衡。

例2、60槽4/26极（120槽8/52极……）

按半数槽计的等效极相槽数N＝5。选跨距y＝7可接近26极极距的3倍和共轭波（34极）极距的4倍。两种极数引进0.5α′理想型混相绕组时绕组排列如表2。相号角标5、4、3、2、1分别表示理想型混相绕组由大到小的五种匝数相对值。26极也可用30极波调制4极得到。

当五种匝数比按等差型式取为9∶7∶5∶3∶1时，两种极数各次谐波V′及其分布系数kdv′、短距系数kyv′、谐波磁势与基波磁势幅值比Fv′×100（%）如表3。表中两种极数分布系数均达0.9102。26极共轭波（-17次）磁势幅值为基波幅值的4.01%，因偏离理想型混相绕组引起的最强相带谐波（-5次）磁势幅值只是基波幅值的9.57%。4极共轭波（-28次）为4极幅值的7.93%，因偏离引起的相带谐波甚微。

例3、44槽2/20极（88槽4/40极……）

本变极绕组极数和不为6的倍数，按半数槽20计的极相槽数两种极数分别为 11/3 和 11/30 ，属不对称的例子。选跨距y＝11时正好为20极极距的5倍和共轭波24极极距的6倍。引进0.5α′理想型混相绕组时绕组排列如表4。相号角标11、10、9……1分别代表由大到小的11种匝数。用22极波调制2极时可得20

极。

上述11种匝数可作不同的简化。按等差型式简化时，虽能满足对称要求和槽满率要求，但有11种不同匝数的线圈。如匝数比取为11∶11∶9∶9∶7∶6∶5∶3∶3∶1∶1，不同匝数的线圈可减至7种，性能也得到保证，两种极数谐波分布系数，短距系数，磁势幅值如表5所示。这时两种极数分布系数均为∥0.913，20极共轭波（-12次）因短距系数为0而被消除，因偏离理想型混相绕组所致的相带谐波，最强为对起动性能无妨的+2次，幅值为基波的10.7%，有碍于起动的-6次，幅值仅为基波的8.37%。2极共轭波（-21次）幅值为基波的∥4.76%，偏离理想型所致的相带谐波甚微。

例4、28槽2/12极（56槽4/24极……）

按半数槽计的极相槽数两种极数分别为 7/3 和 7/18 ，也不对称。选跨距y＝7。引进0.5α′型混相绕组时排列如表6。相号角标代表7种匝数。14极调制2极得12极。

7种匝数比如取为11∶10∶8∶7∶5∶3∶1，槽满率稍有不同，两种极数分布系数则可达0.947。12极共轭波（-8次）被消除，最强谐波+2次幅值仅为基波的3.56%，且对起动无妨。2极共轭波-13次幅值为基波的7.69%。以上数据见表7。

补正

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3    更高的极比    更低的速度

Claims (3)

1、一种适用于远极比(4倍以上)反向变极绕组的设计方法，两种极数引进混相绕组，包括按等差级数变化的混相绕组，以削弱相带谐波，其特征是：选择槽数等于极数和的两倍，调制波极数等于极数和，变极方案按半数槽设计，全部线圈左边置于奇数槽，全部线圈右边置于偶数槽，线圈跨距必为奇数，并接近多极极距的奇数倍和共轭波极距的偶数倍。

2、根据权利要求1所述方法设计的变极绕组，其特征在于两种极数按半数槽计的等效极相槽数N相同（且不等于1），等效极相匝比相同，分布系数相同。

3、如权利要求2所述的变极绕组，其特征在于：当槽数不为6的倍数时，混相绕组线圈匝数需在理想型混相绕组基础上根据三相对称要求和槽满率要求进行适当调整得出。