CN106026470A - 一种三相异步电机的绕组结构、电机装置和控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三相异步电机的绕组结构、电机装置和控制方法，该结构包括：具有多个定子槽的定子铁芯，三相绕组和切换机构；其中，在三相绕组中，每相绕组包括：相互绝缘设置于定子铁芯的同一个定子槽中的第一绕组和第二绕组；且三相绕组通过相应的第一绕组和第二绕组，被配置为：能工作于不同相间的串联运行状态或同相绕组的并联运行状态；切换机构，连接于三相绕组，且被配置为：控制电机启动，以及，在电机转速达到预设状态后的预设时长后，将三相绕组由不同相间的串联运行状态切换至同相绕组的并联运行状态，以实现所述电机启动与运行的平稳切换。根据本发明的方案可以实现对电网冲击小、成本低和电机效率高的有益效果。

Description

一种三相异步电机的绕组结构、电机装置和控制方法
技术领域
本发明涉及电机技术领域，具体地，涉及一种三相异步电机的绕组结构、电机装置和控制方法，尤其涉及一种能够降低三相异步电动机启动电流的绕组结构、电机装置和控制方法。
背景技术
三相异步电机(Triple‐phase asynchronous motor)是靠同时接入380V三相交流电源(相位差120度)供电的一类电动机，由于三相异步电机的转子与定子旋转磁场以相同的方向、不同的转速旋转，存在转差率，所以叫三相异步电机。
三相异步电机是感应电机，定子通入电流以后，部分磁通穿过短路环，并在其中产生感应电流。短路环中的电流阻碍磁通的变化，致使有短路环部分和没有短路环部分产生的磁通有了相位差，从而形成旋转磁场。通电启动后，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流，即旋转磁场与转子存在相对转速，并与磁场相互作用产生电磁转矩，使转子转起来，实现能量变换。
三相异步电机尤其是大功率三相异步电动机在启动瞬间启动电流冲击大，对电网容量小的电力系统产生了严重的干扰，甚至影响到其他生产系统的正常使用。在解决大功率三相异步电机启动电流大的问题时，采用星‐三角(Y‐△)转换启动(其基本的电路接线图如图1所示)、延边三角形启动等，为目前的主流方案。
该方案中，采用星‐角转换具有以下三个缺点：①启动过程虽然可以降低电流至直接启动的1/3，但对电网仍有较大的冲击电流；且在切换过程中由于每相绕组的端电压突变，导致电流突变，其幅值高于启动过程，不仅造成了对电网的二次冲击，也削减第一次启动，降低启动电流的效果(如图5所示，为采集某电机星角转换整个启动过程的电流波形)；②切换过程中，必须先将星形断开，再接成三角形，整个过程不可能无缝衔接，必然存在一个电机不通电的空档期(如图1所示)，在大负载启动情况下，该空档期可能导致电机转速的突变；以及③从图1可以看出，星角转换需要3个交流接触器，增加了电机配电柜的成本。
现有技术中有一种方案，即对三相电机启动过程的改善方案，即使用双线并绕的电动机绕组，电机启动时绕组的全部或者部分线圈串联运行，到达预定转速后改为并列运行，或者允许保持串联运行状态；如图2所示，启动时，开关全部向右吸合，绕组LA1和绕组LA2(全部或部分)串联，运行时，开关全部向左吸合，绕组LA1和绕组LA2(全部或部分)并联。
该技术方案中，虽然采用双线并绕的电机绕组，改善了启动电流，但存在以下三个缺点：①开关在切换过程中存在二次冲击的问题，切换瞬间由于原来加在绕组LA1和绕组LA2的电压突变性的加在绕组LA1上，因此亦存在一个电流的突变，对电网冲击；②其在串‐并联转换过程中，亦存在一个空档期；以及③整套电路中，需要3个交流接触器(3个触点)完成整套动作。
现有技术中还有一种方案，采用双三角形绕组进行启动，采用两个接触器将双三角形绕组进行串联‐并联的切换启动。
该技术方案包括两组三相绕组和两个接触器A、B，其中，第一组绕组的第一线圈1、第二线圈2和第三线圈3的首端和第二组绕组的第一线圈4、第二线圈5和第三线圈6的末端共接于三个接点a、b、c后再分别经第一接触器A的三个换接开关A1、A2、A3连接三相电源；同时第一组绕组的第一线圈1、第二线圈2和第三线圈3的末端和第二组绕组的第三线圈6、第二线圈5和第一线圈4的首端共接于三个接点d、e、f后分别接在第二接触器B的三个换接开关B1、B2、B3的一端，而第二接触器B的三个换接开关B1、B2、B3的另一端则分别经第一接触器A的三个换接开关A1、A2、A3连接三相电源。可见，两组绕组的第一、第二、第三线圈对应为A、B、C三相线圈，在该种连接方式下，运行时，使得第一组绕组的第一线圈(A相)同第二组绕组的第二线圈(B相)相并联，导致其运行电流出现相位差，电机效率有所下降；如图3、图4和图5所示。
现有技术中，存在对电网冲击大、成本高和电机效率低等缺陷。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述缺陷，提出一种三相异步电机的绕组结构、电机装置和控制方法，以实现启动与运行的平稳切换。
本发明一方面提供一种三相异步电机的绕组结构，包括：具有多个定子槽的定子铁芯，三相绕组和切换机构；其中，在所述三相绕组中，每相绕组包括：相互绝缘设置于所述定子铁芯的同一个定子槽中的第一绕组和第二绕组；且所述三相绕组通过相应的第一绕组和第二绕组，被配置为：能工作于不同相间的串联运行状态或同相绕组的并联运行状态；所述切换机构，连接于所述三相绕组，且被配置为：控制所述电机启动，以及，在所述电机转速达到预设状态后的预设时长后，将所述三相绕组由不同相间的串联运行状态切换至同相绕组的并联运行状态，以实现所述电机启动与运行的平稳切换。
优选地，所述切换机构，包括：第一切换开关和第二切换开关；其中，所述第一切换开关被配置为：当需要启动所述电机时，将所述三相绕组切换至不同相间的串联运行状态，使所述电机处于启动状态；所述第二切换开关被配置为：当所述电机在所述第一切换开关的控制下，已启动且转速达到预设状态后的预设时长后，将所述三相绕组切换至同相绕组的并联运行状态，使所述电机处于运行状态。
优选地，所述切换机构，还包括：分别连接于所述第一切换开关和第二切换开关的延时继电器；所述延时继电器被配置为：控制所述第一切换开关处于通电状态，且当所述电机已启动且转速达到预设状态后的计时时间达到所述预设时长后，控制所述第二切换开关处于通电状态；和/或，所述第一切换开关为第一三触点开关，且所述第二切换开关为第二三触点开关。
优选地，所述三相绕组，包括：A相绕组、B相绕组和C相绕组；其中，A相绕组的第一绕组的首端和C相绕组的第二绕组的末端、A相绕组的第二绕组的末端和B相绕组的第一绕组的首端、以及B相绕组的第二绕组的末端和C相绕组的第一绕组的首端，两两分别相连后，对应接入第一三触点开关的相应触点；A相绕组的第二绕组的首端和C相绕组的第一绕组的末端、A相绕组的第一绕组的末端和B相绕组的第二绕组的首端、以及B相绕组的第一绕组的末端和C相绕组的第二绕组的首端，两两分别相连后，对应接入第二三触点开关的相应触点。
优选地，所述A相绕组的第一绕组的首端和C相绕组的第二绕组的末端相连后，连接于所述第一三触点开关的第一触点；所述A相绕组的第二绕组的末端和B相绕组的第一绕组的首端相连后，连接于所述第一三触点开关的第二触点；所述B相绕组的第二绕组的末端和C相绕组的第一绕组的首端相连后，连接于所述第一三触点开关的第三触点；所述A相绕组的第二绕组的首端和C相绕组的第一绕组的末端相连后，连接于所述第二三触点开关的第一触点；所述A相绕组的第一绕组的末端和B相绕组的第二绕组的首端相连后，连接于所述第二三触点开关的第二触点；所述B相绕组的第一绕组的末端和C相绕组的第二绕组的首端相连后，连接于所述第二三触点开关的第三触点。
优选地，在每相绕组的第一绕组和第二绕组之间，设有相间绝缘部。
优选地，在每相绕组中，所述第一绕组的线圈匝数和所述第二绕组的线圈匝数相同。
优选地，在每相绕组中，所述第一绕组的线圈线径等于或大于所述第二绕组的线圈线径。
优选地，在每相绕组中，所述第一绕组的线圈线径与所述第二绕组的线圈线径之间的比值为1:1至7:3。
优选地，每相绕组的第一绕组和第二绕组，分层设置于所述定子铁芯的同一个定子槽中，包括呈上下结构或左右结构的分层设置。
与上述三相异步电机的绕组结构相匹配，本发明又一方面提供一种电机装置，包括：以上所述的三相异步电机的绕组结构。
与上述电机装置相匹配，本发明再一方面提供一种对以上所述电机装置进行控制的控制方法，包括：通过所述切换机构，控制所述电机装置启动，以及实现所述电机装置由启动状态至运行状态的切换。
优选地，其中，当所述第一切换开关为第一三触点开关时，通过所述第一切换开关，且当需要启动所述电机时，将所述三相绕组切换至不同相间的串联运行状态，使所述电机装置处于启动状态；当所述第二切换开关为第二三触点开关时，通过所述第二切换开关，且当所述电机已启动、且转速达到预设状态后的预设时长后，将所述三相绕组切换至同相绕组的并联运行状态，使所述电机装置处于运行状态。
优选地，所述预设时长为0.6‐1s。
本发明的方案，将常规三相绕组分层设计，并适当地连接，在启动时，能够通过两个三触点开关进行串联和并联的切换，达到启动时绕组串联，运行时绕组并联，降低启动电流，同时正常工作时等同于正常电机；可以减少对电网的二次冲击，减少转速波动，提高启动与运行之间切换的平稳性；还可以减少外部启动电机的交流接触器的个数，降低成本。
进一步，本发明的方案，通过在每个槽内的导体不同相间增加绝缘，以确保电势差不会匝间击穿；可以进一步减小对电网的二次冲击，提高切换的可靠性和安全性。
进一步，本发明的方案，将同一槽内不同相间通过调整不同相的绕组线径而进一步降低绕组启动电流，却又不至于因不同电流密度差值导致的电机烧毁情况发生的线径比范围；可以进一步减小对电网的二次冲击，提高切换的可靠性和安全性。
由此，本发明的方案解决通过将三相绕组的每相绕组分成两个相互绝缘的绕组(例如：通过将两个绕组分层设置的方式)，利用绕组串联运行和并联运行两个状态下每相绕组中电流的相位差及该绕组内部的储能变化，来达到缓解、吸收甚至抵消状态切换时外部电压突变的影响，达到降低二次电流冲击的效果，实现所述电机启动与运行的平稳切换，更方便地实现启动与运行的平稳切换，更安全地实现切换，在切换时实现所有绕组中电压的相位突变以减小启动电流，进而提升启动安全性的问题，从而，克服现有技术中对电网冲击大、成本高和电机效率低的缺陷，实现对电网冲击小、成本低和电机效率高的有益效果。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为现有技术方案一的星‐角转换运行示意图；
图2为现有技术方案二的接线示意图；
图3为现有技术方案三的接线示意图；
图4为现有技术方案三启动时刻等效电路(第一组绕组第一线圈和第二绕组第三线圈串联)；
图5为现有技术方案三正常运行等效电路(第一组绕组第一线圈和第二绕组第二线圈并联)；
图6为现有技术方案一的星‐角转换启动过程的电流波形图；
图7为本发明的三相异步电机的绕组结构的一实施例的接线示意图，其中，设置在三触点开关(K1、K2)与地之间的元件是三相正弦交流电源的示意图；
图8为本发明的三相异步电机的绕组结构中绕组在定子铁芯中A相分布示意图(24槽2极，B相和C相未示出)；
图9为本发明的三相异步电机的绕组结构的绕组电流启动的波形示意图。
结合附图3、图4，本发明实施例中附图标记如下：
1‐第一组绕组的第一线圈；2‐第一组绕组的第二线圈；3‐第一组绕组的第三线圈；4‐第二组绕组的第一线圈；5‐第二组绕组的第二线圈；6‐第二组绕组的第三线圈。
结合附图8，本发明实施例中附图标记如下：
11‐定子铁芯；12‐LA1绕组；13‐LA2绕组，14‐相间绝缘部。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的实施例，提供了一种三相异步电机的绕组结构。该三相异步电机的绕组结构包括：具有多个定子槽的定子铁芯，三相绕组和切换机构。其中，在所述三相绕组中，每相绕组包括：相互绝缘设置于所述定子铁芯的同一个定子槽中的第一绕组和第二绕组；且所述三相绕组通过相应的第一绕组和第二绕组，被配置为：能工作于不同相间的串联运行状态或同相绕组的并联运行状态；所述切换机构，连接于所述三相绕组，且被配置为：控制所述电机启动，以及，在所述电机转速达到预设状态后的预设时长后，将所述三相绕组由不同相间的串联运行状态切换至同相绕组的并联运行状态，以实现所述电机启动与运行的平稳切换。具体地，利用绕组串联运行和并联运行两个状态下每相绕组中电流的相位差及该绕组内部的储能变化，来达到缓解、吸收甚至抵消状态切换时外部电压突变的影响，达到降低二次电流冲击的效果，实现所述电机启动与运行的平稳切换。通过将每相绕组相互绝缘设置为第一绕组和第二绕组，且将三相绕组配合切换机构，可以利用绕组中的磁场储能，对外部电压的突变进行一个缓冲，进而缓解、吸收、甚至抵消了电压的突变，进而减少电机启动电流对电网的第二次冲击，实现电机启动与运行的平稳切换，不存在电机绕组电流的“空档期”，可以保证切换过程中转速稳定，有利于提高切换的可靠性和安全性。
优选地，所述切换机构，包括：第一切换开关和第二切换开关；其中，所述第一切换开关被配置为：当需要启动所述电机时，将所述三相绕组切换至不同相间的串联运行状态，使所述电机处于启动状态；所述第二切换开关被配置为：当所述电机在所述第一切换开关的控制下，已启动且转速达到预设状态后的预设时长后，将所述三相绕组切换至同相绕组的并联运行状态，使所述电机处于运行状态。更优选地，所述第一切换开关为第一三触点开关K1，且所述第二切换开关为第二三触点开关K2。通过采用两个切换开关，尤其通过采用两个三触点开关，可以减少外部启动电机的交流接触器的个数，降低成本。
优选地，所述切换机构，还包括：分别连接于所述第一切换开关和第二切换开关的延时继电器；所述延时继电器被配置为：控制所述第一切换开关处于通电状态，且当所述电机已启动且转速达到预设状态后的计时时间达到所述预设时长后，控制所述第二切换开关处于通电状态。其中，延迟继电器用于控制两个切换开关(例如：第一切换开关和第二切换开关)；电机的启动是一个加速的过程，转速是否达到，主要通过预设的计时时间是否达到进行判断。通过启动状态至运行状态的延时切换，可以保证切换过程中转速稳定，有利于提高切换的可靠性和安全性。
图7示出了根据本发明一优选实施例的绕组结构。
具体地，如图7所示，所述三相绕组，包括：A相绕组、B相绕组和C相绕组；其中，A相绕组的第一绕组LA1的首端LA1首和C相绕组的第二绕组LC2的末端LC2末、A相绕组的第二绕组LA2的末端LA2末和B相绕组的第一绕组LB1的首端LB1首、以及B相绕组的第二绕组LB2的末端LB2末和C相绕组的第一绕组LC1的首端LC1首，两两分别相连后，对应接入第一三触点开关K1的相应触点；A相绕组的第二绕组LA2的首端LA2首和C相绕组的第一绕组LC1的末端LC1末、A相绕组的第一绕组LA1的末端LA1末和B相绕组的第二绕组LB2的首端LB2首、以及B相绕组的第一绕组LB1的末端LB1末和C相绕组的第二绕组LC2的首端LC2首，两两分别相连后，对应接入第二三触点开关K2的相应触点。通过将每相绕组分层并基于电机状态进行适配连接，在启动时，能够通过两个三触点开关进行串联和并联的切换，达到启动时绕组串联，运行时绕组并联，可以降低启动电流，使得该电机正常工作时等同于正常电机，实现切换过程平稳、且无电流空档期，并且，通过两个三触点开关或接触器3触点即可完成整套动作，成本减少，且操作过程大大简化。
其中，所述A相绕组的第一绕组LA1的首端LA1首和C相绕组的第二绕组LC2的末端LC2末相连后，连接于所述第一三触点开关K1的第一触点K1‐1；所述A相绕组的第二绕组LA2的末端LA2末和B相绕组的第一绕组LB1的首端LB1首相连后，连接于所述第一三触点开关K1的第二触点K1‐2；所述B相绕组的第二绕组LB2的末端LB2末和C相绕组的第一绕组LC1的首端LC1首相连后，连接于所述第一三触点开关K1的第三触点K1‐3；所述A相绕组的第二绕组LA2的首端LA2首和C相绕组的第一绕组LC1的末端LC1末相连后，连接于所述第二三触点开关K2的第一触点K2‐1；所述A相绕组的第一绕组LA1的末端LA1末和B相绕组的第二绕组LB2的首端LB2首相连后，连接于所述第二三触点开关K2的第二触点K2‐2；所述B相绕组的第一绕组LB1的末端LB1末和C相绕组的第二绕组LC2的首端LC2首相连后，连接于所述第二三触点开关K2的第三触点K2‐3。
以下对图7所示的绕组结构工作原理进行说明。
参见图7，串联运行(即不同相间的串联运行状态)时，每个串联支路绕组中的电流为：
第一绕组LA1、第二绕组LB2中电流为：A*cos(ωt)；
第一绕组LB1、第二绕组LC2中电流为：
第一绕组LC1、第二绕组LA2中电流为：其中，A表示电压幅值，ω为电压频率。
在绕组切换为并联运行(即由不同相间的串联运行状态切换至同相绕组的并联运行状态)时，每相绕组中的电流需要转变为：
第一绕组LC1、第二绕组LC2中电流为：A*cos(ωt)；
第一绕组LA1、第二绕组LA2中电流为：
第一绕组LB1、第二绕组LB2中电流为：
故而，以A相绕组为例，对比其绕组前后状态(即由不同相间的串联运行状态切换至同相绕组的并联运行状态)的电流变化，可以发现，其在此期间磁场储能需要变化：
Δ L A 1 = A * c o s ( ω t - 2 3 π ) - A * cos ( ω t ) ;
Δ L A 2 = A * c o s ( ω t - 3 3 π ) - A * cos ( ω t + 2 3 π ) .
B、C相同理类推即可。
由以上分析可知，该部分电流相位类似于磁场储能的惯性，在外部电压突变时，能够缓解电流的突变，类似于一个突变外力施加于来回振动的物体上，为了使得振幅最小，改变后状态(即同相绕组的并联运行状态)同改变前状态(即不同相间的串联运行状态)的动量差(即绕组串联运行和并联运行两个状态下每相绕组中电流的相位差及该绕组内部的储能变化)可以用于缓解、吸收、甚至抵消该部分外部力的冲击(即状态切换时外部电压突变的影响)。
优选地，在每相绕组的第一绕组和第二绕组之间，设有相间绝缘部。例如：相间绝缘部，可以是设置于相邻两相绕组的端部之间的一层绝缘薄膜。通过在每个槽(例如：定子槽)内的导体(例如：第一绕组和第二绕组)不同相间增加绝缘，可以确保电势差不会匝间击穿，进而提高电机启动和运行的安全性和可靠性。
优选地，在每相绕组中，所述第一绕组的线圈匝数和所述第二绕组的线圈匝数相同。通过将每相绕组的第一绕组和第二绕组的线圈匝数设置为相同，一方面方便同步绕制绕组，另一方面可以减小每相绕组的第一绕组和第二绕组相间电流的密度差，提高电流稳定性，进而提高电机运行的安全性。
其中，当每相绕组中分层设置的两个绕组的线圈匝数设计为不同时，会导致两个绕组的线圈在并联即第二三触点开关K2闭合时，由于两个绕组的线圈的反电势不同而引起的环流效应；使得两个绕组的线圈铜耗增加，电机效率下降；而每相绕组中分层设置的两个绕组的线圈匝数相同时，即不会存在该问题。
优选地，在每相绕组中，所述第一绕组的线圈线径等于或大于所述第二绕组的线圈线径。更优选地，在每相绕组中，所述第一绕组的线圈线径与所述第二绕组的线圈线径之间的比值为1:1至7:3。通过在同一槽内不同相间通过调整不同相的绕组线径，可以进一步降低绕组启动电流，却又不至于因不同电流密度差值导致的电机烧毁情况发生的线径比范围，有利于提高电机运行的稳定性和安全性。
优选地，每相绕组的第一绕组和第二绕组，分层设置于所述定子铁芯的同一个定子槽中，具体呈上下结构或左右结构的分层设置。其中，对于三相绕组，分层设置时，可以根据实际需求，通过不同结构混搭的方式(例如：上下结构和左右结构混搭的方式)进行分层。通过将每相绕组分层设置在同一个定子槽中，可以解决Y‐△切换启动过程中的二次冲击电流，还可以解决其他启动方式中切换过程中存在电流“空档期”，以减少转速波动，提高电机运行稳定性。
例如：参见图7至图9所示的例子，该应用于降低三相异步电机启动电流的绕组结构，包括六个绕组，即：其绕组由LA1绕组12、LA2绕组13、LB1绕组、LB2绕组、LC1绕组、LC2绕组。其中，LA1绕组12、LA2绕组13属于同一相，LB1绕组、LB2绕组属于同一相，LC1绕组、LC2绕组属于同一相。
LA1绕组、LA2绕组在电机定子槽的(例如：定子铁芯11)槽号相同，槽内呈上下层或左右层分开；每相绕组的第一绕组(例如：A相绕组的第一绕组即LA1绕组12)同第二绕组(例如：A相绕组的第二绕组即LA2绕组13)之间存在相间绝缘部14。其中，LA1绕组12的首端和LC2绕组的末端、LA2绕组13的末端和LB1绕组的首端、LB2绕组的末端和LC1绕组的首端分别相连后，接入第一三触点开关K1。LA2绕组13的首端和LC1绕组的末端、LA1绕组12的末端和LB2绕组的首端、LB1绕组的末端和LC2绕组的首端分别相连后，接入第二三触点开关K2。
其中，同一个定子槽中，每相绕组的第一绕组和第二绕组的首端、末端放置顺序，按照图7所示的矩形结构按照一个方向依次首尾相连。例如：第一绕组和第二绕组放置的位置以及首尾设置方式完全相同，仅有处于槽内上下层的区别。
前述六个绕组的运行特征为：在第一三触点开关K1闭合时，实现不同相间(例如：A相的LA1绕组和B相的LB2绕组)的串联运行；在第二三触点开关K2闭合时，实现同相绕组(例如：A相绕组的LA1绕组11和A相绕组的LA2绕组12)的并联运行。例如，电机(例如：三相异步电机)需要启动时，闭合第一三触点开关K1，在转速基本达到稳定时，约0.6s‐1s后，再闭合第二三触点开关K2，电机(例如：三相异步电机)进入正常运行状态。
前述六个绕组的绕组特征为：LA1绕组12和LA2绕组13具有相同的绕组匝数，但可以具有不同的绕组线径；LA1绕组和LA2绕组(同理应用于LB1绕组和LB2绕组、LC1绕组和LC2绕组)的绕组线径比介于1:1至7:3之间。优选地，每相绕组的第一绕组(例如：A相绕组的第一绕组即LA1绕组12)和第二绕组(例如：A相绕组的第二绕组即LA2绕组13)的线径比为1:1；当需要进一步降低启动电流时，每相绕组的第一绕组(例如：A相绕组的第一绕组即LA1绕组12)和第二绕组(例如：A相绕组的第二绕组即LA2绕组13)的线径比可逐渐增加至7:3；以上的线径要求，可以保证电机在运行时电流密度相差在允许的范围内。
前述三相异步电机，在第一三触点开关K1通电即第一三触点开关K1闭合，带载启动的情况下，时间不得过长，在转速稳定后，必须立刻闭合第二三触点开关K2。优选地，前述三相异步电机的启动过程，可以通过延时继电器进行控制。
例如：每个绕组的线圈，可以等效为电感和电阻(例如：图6中与每个绕组串接的电阻，即为等效电阻)的串联结构(例如：LA1指A相线圈1的电感，RA1指A相线圈1的电阻)。
经大量的试验验证，采用本实施例的技术方案，将常规三相绕组分层设计，并适当地连接，在启动时，能够通过两个三触点开关进行串联和并联的切换，达到启动时绕组串联，运行时绕组并联，降低启动电流，同时正常工作时等同于正常电机；可以减少对电网的二次冲击，减少转速波动，提高启动与运行之间切换的平稳性；还可以减少外部启动电机的交流接触器(例如：三触点开关)的个数，降低成本。
根据本发明的实施例，还提供了对应于三相异步电机的绕组结构的一种电机装置。该电机装置包括：以上所述的三相异步电机的绕组结构。通过使用以上所述的三相异步电机的绕组结构，可以减少电机启动电流对电网的第二次冲击不存在电机绕组电流的“空档期”，保证切换过程中转速稳定，有利于提高切换的可靠性和安全性。
由于本实施例的装置所实现的处理及功能基本相应于前述图7至图9所示的绕组结构的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，将同一槽内不同相间通过调整不同相的绕组线径而进一步降低绕组启动电流，却又不至于因不同电流密度差值导致的电机烧毁情况发生的线径比范围；可以进一步减小对电网的二次冲击，提高切换的可靠性和安全性。
根据本发明的实施例，还提供了一种电机装置的控制方法。该电机装置的控制方法用于对上述电机装置进行控制，该方法包括：通过所述切换机构，控制所述电机装置启动，以及实现所述电机装置由启动状态至运行状态的切换。通过切换机构，实现以上所述的电机装置的启动及状态切换，可以减少电机启动电流对电网的第二次冲击不存在电机绕组电流的“空档期”，保证切换过程中转速稳定，有利于提高切换的可靠性和安全性。
优选地，其中，通过所述第一切换开关(例如：第一三触点开关K1)，当需要启动所述电机时，将所述三相绕组切换至不同相间的串联运行状态，使所述电机装置处于启动状态；通过所述第二切换开关(例如：第二三触点开关K2)，当所述电机已启动、且转速达到预设状态后的预定时间，例如0.6s‐1s后，将所述三相绕组切换至同相绕组的并联运行状态，使所述电机装置处于运行状态。通过启动状态至运行状态的延时切换，可以保证切换过程中转速稳定，有利于提高切换的可靠性和安全性。
由于本实施例的控制方法所实现的处理及功能基本相应于前述图6至图8所示的方法的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过在每个槽内的导体不同相间增加绝缘，以确保电势差不会匝间击穿；可以进一步减小对电网的二次冲击，提高切换的可靠性和安全性。
综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (14)

1.一种三相异步电机的绕组结构，其特征在于，包括：具有多个定子槽的定子铁芯，三相绕组和切换机构；其中，
在所述三相绕组中，每相绕组包括：相互绝缘设置于所述定子铁芯的同一个定子槽中的第一绕组和第二绕组；且所述三相绕组通过相应的第一绕组和第二绕组，被配置为：能工作于不同相间的串联运行状态或同相绕组的并联运行状态；
所述切换机构，连接于所述三相绕组，且被配置为：控制所述电机启动，以及，在所述电机转速达到预设状态后的预设时长后，将所述三相绕组由不同相间的串联运行状态切换至同相绕组的并联运行状态，以实现所述电机启动与运行的平稳切换。
2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述切换机构，包括：第一切换开关和第二切换开关；其中，
所述第一切换开关被配置为：当需要启动所述电机时，将所述三相绕组切换至不同相间的串联运行状态，使所述电机处于启动状态；
所述第二切换开关被配置为：当所述电机在所述第一切换开关的控制下，已启动且转速达到预设状态后的预设时长后，将所述三相绕组切换至同相绕组的并联运行状态，使所述电机处于运行状态。
3.根据权利要求2所述的结构，其特征在于，
所述切换机构，还包括：分别连接于所述第一切换开关和第二切换开关的延时继电器；所述延时继电器被配置为：控制所述第一切换开关处于通电状态，且当所述电机已启动且转速达到预设状态后的计时时间达到所述预设时长后，控制所述第二切换开关处于通电状态；
和/或，
所述第一切换开关为第一三触点开关(K1)，且所述第二切换开关为第二三触点开关(K2)。
4.根据权利要求3所述的结构，其特征在于，所述三相绕组，包括：A相绕组、B相绕组和C相绕组；其中，
A相绕组的第一绕组(LA1)的首端(LA1首)和C相绕组的第二绕组(LC2)的末端(LC2末)、A相绕组的第二绕组(LA2)的末端(LA2末)和B相绕组的第一绕组(LB1)的首端(LB1首)、以及B相绕组的第二绕组(LB2)的末端(LB2末)和C相绕组的第一绕组(LC1)的首端(LC1首)，两两分别相连后，对应接入第一三触点开关(K1)的相应触点；
A相绕组的第二绕组(LA2)的首端(LA2首)和C相绕组的第一绕组(LC1)的末端(LC1末)、A相绕组的第一绕组(LA1)的末端(LA1末)和B相绕组的第二绕组(LB2)的首端(LB2首)、以及B相绕组的第一绕组(LB1)的末端(LB1末)和C相绕组的第二绕组(LC2)的首端(LC2首)，两两分别相连后，对应接入第二三触点开关(K2)的相应触点。
5.根据权利要求4所述的结构，其特征在于，其中，
所述A相绕组的第一绕组(LA1)的首端(LA1首)和C相绕组的第二绕组(LC2)的末端(LC2末)相连后，连接于所述第一三触点开关(K1)的第一触点(K1‐1)；
所述A相绕组的第二绕组(LA2)的末端(LA2末)和B相绕组的第一绕组(LB1)的首端(LB1首)相连后，连接于所述第一三触点开关(K1)的第二触点(K1‐2)；
所述B相绕组的第二绕组(LB2)的末端(LB2末)和C相绕组的第一绕组(LC1)的首端(LC1首)相连后，连接于所述第一三触点开关(K1)的第三触点(K1‐3)；
所述A相绕组的第二绕组(LA2)的首端(LA2首)和C相绕组的第一绕组(LC1)的末端(LC1末)相连后，连接于所述第二三触点开关(K2)的第一触点(K2‐1)；
所述A相绕组的第一绕组(LA1)的末端(LA1末)和B相绕组的第二绕组(LB2)的首端(LB2首)相连后，连接于所述第二三触点开关(K2)的第二触点(K2‐2)；
所述B相绕组的第一绕组(LB1)的末端(LB1末)和C相绕组的第二绕组(LC2)的首端(LC2首)相连后，连接于所述第二三触点开关(K2)的第三触点(K2‐3)。
6.根据权利要求1‐5之一所述的结构，其特征在于，在每相绕组的第一绕组和第二绕组之间，设有相间绝缘部。
7.根据权利要求1‐6之一所述的结构，其特征在于，在每相绕组中，所述第一绕组的线圈匝数和所述第二绕组的线圈匝数相同。
8.根据权利要求1‐7之一所述的结构，其特征在于，在每相绕组中，所述第一绕组的线圈线径等于或大于所述第二绕组的线圈线径。
9.根据权利要求8所述的结构，其特征在于，在每相绕组中，所述第一绕组的线圈线径与所述第二绕组的线圈线径之间的比值为1:1至7:3。
10.根据权利要求1‐9之一所述的结构，其特征在于，每相绕组的第一绕组和第二绕组，分层设置于所述定子铁芯的同一个定子槽中，包括呈上下结构或左右结构的分层设置。
11.一种电机装置，其特征在于，包括：如权利要求1‐10任一所述的三相异步电机的绕组结构。
12.一种对如权利要求11所述电机装置进行控制的控制方法，其特征在于，包括：通过所述切换机构，控制所述电机装置启动，以及实现所述电机装置由启动状态至运行状态的切换。
13.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，其中，
当所述第一切换开关为第一三触点开关(K1)时，通过所述第一三触点开关(K1)，且当需要启动所述电机时，将所述三相绕组切换至不同相间的串联运行状态，使所述电机装置处于启动状态；
当所述第二切换开关为第二三触点开关(K2)时，通过所述第二三触点开关(K2)，且当所述电机已启动、且转速达到预设状态后的预设时长后，将所述三相绕组切换至同相绕组的并联运行状态，使所述电机装置处于运行状态。
14.如权利要求13所述的控制方法，其特征在于，其中，
所述预设时长为0.6‐1s。
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