CN105337465A - 三相星形交流电机和三相电抗器两用绕组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三相交流电机和三相电抗器两用绕组,它包括三相定子绕组线圈,附属开关电路和两组三相外接端子,其特征在于:位于定子槽内的每相绕组都包括匝数相等、槽位和绕法相同的两部分线圈,通过附属开关进行连接。附属开关经简单操作,线圈之间及线圈与端子之间的连接发生改变,使绕组在一种开关状态下,等同于三相交流电机绕组,而在另一种开关状态下,等效于三相电抗器绕组,从而达成设备两用的效果。在某些类型的插电式汽车和可并网的分布式发电装置中,交流电机与电抗器都需具备但又不同时使用,这样,设备的两用,既避免了资源浪费又降低了设备重量与空间占用,同时提高了设备使用率。

Description

三相星形交流电机和三相电抗器两用绕组
技术领域
本发明涉及一种两用线圈绕组电路,使具备该绕组的星形连接三相交流电机经简单可逆开关切换后实现三相电抗器的功能。
背景技术
如图1所示,传统三相交流电机的定子绕组可采用星形连接,即三相线圈绕组的尾端短接在一起,形成中性点N,而绕组的头端U,V,W则与外接端子连接以外接三相对称电源。当外接电源提供三相对称正弦交流电压时,定子线圈产生旋转磁场,与转子磁场作用后产生的电磁转矩使电机转子旋转。转子无凸极效应时,定子各相线圈电感值L1=L2=L3=L。
三相电抗器可由三个相同的线圈绕组和配套的铁心构成。一个各相线圈电感值为L1=L2=L3=L的三相电抗器电路接法可由图2表示。
在某些应用场合,既需要使用三相交流电机,也需要使用三相电抗器,例如某些类型的插电式汽车,含纯电动汽车或插电式混合动力汽车,及某些类型的可并网分布式发电装置等。对于这些应用,即使电机和电抗器这两种需求不同时发生,用户也需要安装配备这两种设备供需要时使用。这不但形成了资源浪费而且还增加了设备重量和空间占用。
发明内容
鉴于上述原因,本发明的目的是提供一种三相星形交流电机和三相电抗器两用绕组使具备这种绕组设计的电机通过简单开关操作即可实现在正常交流电机和三相电抗器之间的功能切换,从而达到设备两用的效果。
为实现上述发明目的,本发明采用以下技术方案:
如图3所示,该三相星形交流电机和三相电抗器两用绕组的设计包括三相定子绕组线圈及附属开关电路和两组三相外接端子,其中定子绕组每相包含串联的匝数相等、槽位和绕法相同的两部分线圈,即U相L11与L12,V相L21与L22,和W相L31与L32,附属开关电路包括一组双刀双掷开关S1和一组三刀双掷开关S2。转子无凸极效应时,各线圈电感值L11=L12=L21=L22=L31=L32=L/2。
三相定子绕组各相所含的两部分线圈,均安装于交流电机的定子铁心槽内,并且其槽位安排和绕法设计均符合三相交流电机的设计原理和技术要求。
三相定子绕组中的任意一相,不失一般性由U相表示,其两部分线圈L11与L12直接串联连接,而其它两相的各两部分线圈,用一组双刀双掷开关S1相连。该双刀双掷开关S1当掷入开关位其一时,所涉两相绕组的第一部分线圈L21及L31各自与本相第二部分线圈L22及L32形成串联连接,而掷入开关位其二时,所涉两相绕组的第一部分线圈L21及L31与另一相的第二部分线圈L32及L22分别形成串联连接。
三相定子绕组线圈与中性点N及外接端子U’,W’,V’之间由所述三刀双掷开关S2相连。当三刀双掷开关S2掷入开关位其一时,所连三相绕组的第二部分线圈L12、L22与L32将与中性点N连接,形成星形接法,而掷入开关位其二时,所连三相绕组线圈将与外接端子U’,W’,V’连接。
在不同实施方式中,双刀双掷开关S1和三刀双掷开关S2的开关逻辑可由机械、电磁或半导体电子开关方式予以物理实现。
当双刀双掷开关S1和三刀双掷开关S2均掷入图3所示的上开关位时,整个绕组为星形连接的交流电机绕组。反之,当S1和S2均掷入图3所示的下开关位时,整个绕组为三相电抗器绕组,有UU’,VV’,WW’各相电感值均为L/2+L/2=L。在电抗器接法下,当通入三相对称交流电流时,三相绕组的两部分线圈,L11,L21,L31与L12,L22,L32会在转子上产生大小相等、方向相反的电磁转矩从而使转子上的总电磁转矩为零。
本发明的有益效果是,在符合条件的应用场合,用户可通过设置双刀双掷开关S1和三刀双掷开关S2来选择把该设备作为三相交流电机来使用或作为三相电抗器来使用,从而实现设备的两用,这不但避免了设备资源浪费并且避免了因需要安装电机和电抗器两套设备而增加设备重量与空间占用。
附图说明
图1为现有三相星形连接交流电机定子绕组电路图。
图2为现有三相电抗器绕组电路图。
图3为本发明公开的三相交流电机和电抗器两用绕组电路图,具备分别实现三相交流电机和三相电抗器的能力。
图4为本发明公开的两用绕组当采用交流电机接法时的等效电路图。
图5为本发明公开的两用绕组当采用电抗器接法时的等效电路图。
图6为一种半导体单刀双掷开关的实施电路。
以上各电路图均未显示铁心。
具体实施方式
图3一方面描述了本发明的设计原理,又同时可作为采用机械开关或电磁继电器来实现双刀双掷、三刀双掷开关功能的实施例。
图3中,当双刀双掷开关S1和三刀双掷开关S2同时掷入上开关位时,电路如图4所示,该电路完全等同图1中的原电机绕组,这时的电路接法显然是一台三相交流电机。当双刀双掷开关S1和三刀双掷开关S2同时掷入下开关位时,电路连接如图5所示。比较图5与图2可以看出,两个电路是完全等效的,因此这时的电路接法为三相电抗器,各相线圈电感值均等于L。
图3中的S1和S2也可以由半导体电子开关实现。图6描述了一种由两个双向可控硅T1和T2实现的半导体单刀双掷开关的实施例。当门极G1通入触发电流时,T1双向导通,反之在交流电流过零点时关断;门极G2对T2同样如此。当G1和G2不同时通入触发电流时,该电路可实现端子AB导通或者AC导通,这就是单刀双掷的开关逻辑。该电路经简单复制,可容易地实现双刀双掷和三刀双掷的功能。
需要指出的是,电抗器连接中,原电机三相绕组中的两相互相交换了一半匝数的绕组线圈,这是本发明中的关键技术点。这样做的好处是,在电抗器接法下,使电机的定子同时产生大小相等,方向相反的两个旋转磁场,二者产生的电磁转矩互相抵消,因此电机轴上无机械转矩输出。这一效果的实现还有赖于一个条件,即三相交流电机的转子须无凸极效应,这样可保证在任意转子位置时,各线圈的电感量完全一致。因此,具体实施时,本发明须限于三相感应(异步)电机、表贴式永磁电机等无凸极效应的交流电机。
电抗器的电感参数L可在电机设计时一并考虑。设计电机绕组的电感量是电机设计工程师所熟知的技术内容。
以上所述是本发明的具体实施例及所运用的技术原理,任何基于本发明技术方案基础上的等效变换,均属于本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种三相星形交流电机和三相电抗器两用绕组,它包括三相定子绕组线圈及附属开关电路和两组三相外接端子,其特征在于:所述定子绕组与附属开关电路中,定子绕组每相包含匝数相等、槽位和绕法相同的两部分线圈,而附属开关电路包含一组双刀双掷开关和一组三刀双掷开关。
2.根据权利要求1所述的三相星形交流电机和三相电抗器两用绕组,其特征在于:所述三相定子绕组各相所含的两部分线圈,均安装于交流电机的定子铁心槽内,并且其槽位安排和绕法设计均符合三相交流电机的设计原理和技术要求。
3.根据权利要求1所述的三相星形交流电机和三相电抗器两用绕组,其特征在于:所述三相定子绕组中的任意一相,其所述两部分线圈直接串联连接,而其它两相的所述各两部分线圈,由所述双刀双掷开关相连。
4.根据权利要求3所述的三相星形交流电机和三相电抗器两用绕组,其特征在于:所述双刀双掷开关当掷入开关位其一时,所涉两相绕组的第一部分线圈各自与本相第二部分线圈形成串联连接,而掷入开关位其二时,所涉两相绕组的第一部分线圈将与另一相的第二部分线圈形成串联连接。
5.根据权利要求1所述的三相星形交流电机和三相电抗器两用绕组,其特征在于:所述三相定子绕组线圈与中性点及所述两组外接端子中的一组之间由所述三刀双掷开关相连。
6.根据权利要求5所述的三相星形交流电机和三相电抗器两用绕组,其特征在于:所述三刀双掷开关当掷入开关位其一时,所涉三相绕组的第二部分线圈将与中性点连接,形成星形接法,而掷入开关位其二时,所涉三相绕组的第二部分线圈将与所述的外接端子连接。
7.根据权利要求1所述的三相星形交流电机和三相电抗器两用绕组,其特征在于:所述双刀双掷开关和三刀双掷开关的开关逻辑可由机械、电磁或半导体电子开关方式予以物理实现。
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