CN107579616B - 一种电源为五相的异步电机绕组 - Google Patents
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Abstract
一种电源为五相的异步电机绕组，属于电机技术领域；本发明绕组采用正五角星结构排布，定子槽数40，极数4,节距为整距，五角星的顶点为绕组的引出点，共由A,B,C,D,E五个引出点，空间互差72°电度角；每个引出点均包含2条支路，每条支路均以引出点符号+下标1或2命名即10条支路为A1,A2,B1,B2,C1,C2,D1,D2,E1,E2，其中每个引出点的两条支路一端共点，两条支路中下标符号为1的即A1,B1,C1,D1,E1支路另一端互连形成公共点O，不引出；两条支路中下标符号为2的即A2,B2,C2,D2,E2支路另一端分别与空间角度相差144°的引出点相连，即形成AD,BE,CA,DB,EC；本发明从电机内部看是二十相系统，而从电机外部看则是五相系统，此接法的绕组大大减少了谐波成份，不仅降低了噪声、震动、杂散损耗、谐波转矩，还可节省有效材料，有实际的工程应用意义，此电机在通入基波电流时可以同时注入三次谐波电流，注入三次谐波电流后，减小了电机铁磁饱和度，提高了电机铁磁材料利用率与转矩密度。
Description
技术领域
本发明涉及电机技术领域，具体涉及一种电源为五相的异步电机绕组。
背景技术
异步电机具有结构简单、机械强度好、运行可靠、维修方便等固有优点，电力电子功率器件和现代驱动技术的飞速发展和日益成熟又弥补了其在起动、调速性能等方面的不足，使异步电机成为当前应用最为广泛的电动机。而三相异步电机的地位已经受到一定的挑战，具体表现为三个方面，第一个挑战与额定容量为几兆瓦的大功率调速系统有关。大功率电机调速系统在风机、泵类、压缩机、水泥磨机、轧机、矿井提升机等场合得到广泛的应用。第二个挑战出现在小功率调速领域，可以看到两个略露端倪的发展趋势。第一个是调速系统中采用现成标准电机在逐步减少；第二个是更加青睐于高效率的调速系统。这两个趋势共同促进了多相调速系统的发展。一些主要的电机制造商设计生产专门用于变频器供电的异步电机，足以证明这种使用非标准电机的发展趋势。目前日益关注的电机和调速系统所引起的全球环境问题，促进了高效率多相调速系统的应用。第三个挑战出现在集成变频调速系统领域。由于电机和变频器设计成一体化形式，势必会推动多相配置的应用。同时，由于散热条件的限制，集成调速系统中期望采用损耗更小的变频器拓扑结构。但在三相系统中，为消除六阶梯形波电压型逆变器供电时出现的6次转矩脉动，需采用高开关频率的PWM方法，这无疑会增加系统的开关损耗。而在多相调速系统中，随着驱动系统相数的增加，影响较大的空间谐波次数增大，且幅值下降，转矩脉动大幅度减小。采用频率较低的方波电压供电，可以得到与采用PWM控制的三相逆变器供电相当的性能。由于多相电机调速系统比常规三相系统拥有一定的优势，因此，对多相电机调速控制的研究引起了广泛的关注。
与三相异步电机相比，多相电机有很多优势。如在不增加相电压的前提下，每相电流减小，降低了对功率器件容量的要求；随着电机相数的增加，输出转矩脉动的频率提高且幅值减小，显著改善了电机运行性能，特别是低速时的运行性能；多相电机具有更多的控制自由度，这使得多相电机的控制系统更为灵活，便于提高控制系统的性能；多相电机系统的可靠性高，即使其中的一相出现故障，通过适当的控制仍可以保证电机的正常起动和运行。这对提高电机的生命力有十分重要的意义。
多相电机的诸多优点使其拥有广阔的应用前景，但在我国对多相电机的研究才刚刚开始，在许多领域尤其是五相电机领域还是一片空白。因此开展对五相电机的研究，具有重要的工程实际意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种电源为五相的异步电机绕组。
本发明的技术方案：
一种电源为五相的异步电机绕组，其特征在于：绕组采用正五角星结构排布，定子槽数40，极数4,节距为整距，五角星的顶点为绕组的引出点，共由A,B,C,D,E五个引出点，空间互差72°电度角；每个引出点均包含2条支路，每条支路均以引出点符号+下标1或2命名即10条支路为A1,A2,B1,B2,C1,C2,D1,D2,E1,E2，其中每个引出点的两条支路一端共点，两条支路中下标符号为1的即A1,B1,C1,D1,E1支路另一端互连形成公共点O，不引出；两条支路中下标符号为2的即A2,B2,C2,D2,E2支路另一端分别与空间角度相差144°的引出点相连，即形成AD,BE,CA,DB,EC；
空间排列上，每个引出点下标为1的支路，以公共点0为参考，相邻支路间相差72°电角度；每个引出点下标为2的支路与下标为1的支路以引出点为参考，相差18°电角度；
时间排列上，每个引出点下标为2的支路电流滞后下标为1的支路18°电度角；每个引出点下标为1的支路，依据A1B1C1D1E1支路的顺序，支路电流依次超前72°电度角，即A1支路电流超前B1支路电流72°电角度，B1支路电流超前于C1支路电流72°电角度，C1支路电流超前D1支路电流72°电角度，D1支路电流超前E1支路电流72°电角度。
进一步地、A1支路的首端记为a1,尾端记为a2；A2支路的首端记为a3,尾端记为a4；B1支路的首端记为b1,尾端记为b2；B2支路的首端记为b3,尾端记为b4；C1支路的首端记为c1,尾端记为c2；C2支路的首端记为c3,尾端记为c4；D1支路的首端记为d1,尾端记为d2；D2支路的首端记为d3,尾端记为d4；E1支路的首端记为e1,尾端记为e2；E2支路的首端记为e3,尾端记为e4；A1,B1,C1,D1,E1支路的一端a2,b2,c2,d2,e2接成公共点O，不引出；A1,B1,C1,D1,E1支路的另一端a1,b1,c1,d1,e1对外引出，记为A,B,C,D,E，且互差72电角度；A2支路的首端a3与A接在一起，尾端a4与D接在一起；B2支路的首端b3与B接在一起，尾端b4与E接在一起；C2支路的首端c3与C接在一起，尾端c4与A接在一起；D2支路的首端d3与D接在一起，尾端d4与B接在一起；E2支路的首端e3与E接在一起，尾端e4与C接在一起。
进一步地、A1支路由2个线圈组成，其中1-31相连，组成第一个线圈；21-11相连，组成第二个线圈，再把两个线圈串联，即把第一个线圈的尾端31和第二个线圈的首端21相连，从第一个线圈的首端1和第二个线圈的尾端11引出，可得A1支路的首端a1和尾端a2；
A2支路由2个线圈组成，其中2-32相连，组成第一个线圈；22-12相连，组成第二个线圈，再把两个线圈串联，即把第一个线圈的尾端32和第二个线圈的首端22相连，从第一个线圈的首端2和第二个线圈的尾端12引出，可得A2支路的首端a3和尾端a4；
B1支路由2个线圈组成，其中5-35相连，组成第一个线圈；25-15相连，组成第二个线圈，再把两个线圈串联，即把第一个线圈的尾端35和第二个线圈的首端25相连，从第一个线圈的首端5和第二个线圈的尾端15引出，可得B1支路的首端b1和尾端b2；
B2支路由2个线圈组成，其中6-36相连，组成第一个线圈；26-16相连，组成第二个线圈，再把两个线圈串联，即把第一个线圈的尾端36和第二个线圈的首端26相连，从第一个线圈的首端6和第二个线圈的尾端16引出，可得B2支路的首端b3和尾端b4；
C1支路由2个线圈组成，其中9-39相连，组成第一个线圈；29-19相连，组成第二个线圈，再把两个线圈串联，即把第一个线圈的尾端39和第二个线圈的首端29相连，从第一个线圈的首端9和第二个线圈的尾端19引出，可得C1支路的首端c1和尾端c2；
C2支路由2个线圈组成，其中10-40相连，组成第一个线圈；30-20相连，组成第二个线圈，再把两个线圈串联，即把第一个线圈的尾端40和第二个线圈的首端30相连，从第一个线圈的首端10和第二个线圈的尾端20引出，可得C2支路的首端c3和尾端c4；
D1支路由2个线圈组成，其中13-3相连，组成第一个线圈；33-23相连，组成第二个线圈，再把两个线圈串联，即把第一个线圈的尾端3和第二个线圈的首端33相连，从第一个线圈的首端13和第二个线圈的尾端23引出，可得D1支路的首端d1和尾端d2；
D2支路由2个线圈组成，其中14-4相连，组成第一个线圈；34-24相连，组成第二个线圈，再把两个线圈串联，即把第一个线圈的尾端4和第二个线圈的首端34相连，从第一个线圈的首端14和第二个线圈的尾端24引出，可得D2支路的首端d3和尾端d4；
E1支路由2个线圈组成，其中17-7相连，组成第一个线圈；37-27相连，组成第二个线圈，再把两个线圈串联，即把第一个线圈的尾端7和第二个线圈的首端37相连，从第一个线圈的首端17和第二个线圈的尾端27引出，可得E1支路的首端e1和尾端e2；
E2支路由2个线圈组成，其中18-8相连，组成第一个线圈；38-28相连，组成第二个线圈，再把两个线圈串联，即把第一个线圈的尾端8和第二个线圈的首端38相连，从第一个线圈的首端18和第二个线圈的尾端28引出，可得E2支路的首端e3和尾端e4。
进一步地、A分别从1,2,20引出，B分别从5,6,24引出，C分别从9,10,28引出，D分别从12,13,14引出，E分别从16,17,18引出，公共点O分别从11,15,19,23,27引出。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明的一种电源为五相的异步电机绕组在槽数为40槽，极数为4极的五相电机中，构成了一种绕组，其线圈节距都为整距，单层绕组，从电机内部看为20相系统，而从电机外部看为五相系统，这样构成的绕组在对称负载下由基波电流产生的合成磁动势中只存在19、21、39、41等次谐波即v＝20k±1谐波，其中k＝1,2,3……，和三相电机相比，消除了5、7、11、13、17等次谐波，大大的削弱了谐波次数；
2、五相电机在通入基波电流时可以同时注入三次谐波电流，注入三次谐波电流后，不仅降低了电机铁磁饱和度，也提高了电机铁磁材料利用率与转矩密度；
3、本发明除增加相数外，还大大的改善了谐波成份，降低了噪声，振动，杂散损耗，谐波转矩。本发明结构、工艺简单，容易实施，具有实际工程应用意义和推广价值。
附图说明
图1为本发明的槽电动势星形图；
图2为本发明的五相电机绕组布置图；
图3为本发明的五相电机绕组展开图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式的一种电源为五相的异步电机绕组，定子槽数为40槽，极数为4极，单层绕组，从电机内部看，共有10条支路，分别为A1,A2,B1,B2,C1,C2,D1,D2,E1,E2；每条支路由两个线圈组成，每个线圈的节距均为整距，A1支路的首端记为a1,尾端记为a2；A2支路的首端记为a3,尾端记为a4；B1支路的首端记为b1,尾端记为b2；B2支路的首端记为b3,尾端记为b4；C1支路的首端记为c1,尾端记为c2；C2支路的首端记为c3,尾端记为c4；D1支路的首端记为d1,尾端记为d2；D2支路的首端记为d3,尾端记为d4；E1支路的首端记为e1,尾端记为e2；E2支路的首端记为e3,尾端记为e4；
A1,B1,C1,D1,E1支路的一端a2,b2,c2,d2,e2接成公共点O，不引出；A1,B1,C1,D1,E1支路的另一端a1,b1,c1,d1,e1对外引出，记为A,B,C,D,E，且互差72电角度；A2支路的首端a3与A接在一起，尾端a4与D接在一起；B2支路的首端b3与B接在一起，尾端b4与E接在一起；C2支路的首端c3与C接在一起，尾端c4与A接在一起；D2支路的首端d3与D接在一起，尾端d4与B接在一起；E2支路的首端e3与E接在一起，尾端e4与C接在一起。
具体实施方式二：结合图3说明本实施方式，本实施方式的一种电源为五相的异步电机绕组，A1支路由2个线圈组成，其中1-31相连，组成第一个线圈，21-11相连，组成第二个线圈，再把两个线圈串联，即把第一个线圈的尾端31和第二个线圈的首端21相连，从第一个线圈的首端1和第二个线圈的尾端11引出，可得A1支路的首端a1和尾端a2；
A2支路由2个线圈组成，其中2-32相连，组成第一个线圈，22-12相连，组成第二个线圈，再把两个线圈串联，即把第一个线圈的尾端32和第二个线圈的首端22相连，从第一个线圈的首端2和第二个线圈的尾端12引出，可得A2支路的首端a3和尾端a4；
B1支路由2个线圈组成，其中5-35相连，组成第一个线圈，25-15相连，组成第二个线圈，再把两个线圈串联，即把第一个线圈的尾端35和第二个线圈的首端25相连，从第一个线圈的首端5和第二个线圈的尾端15引出，可得B1支路的首端b1和尾端b2；
B2支路由2个线圈组成，其中6-36相连，组成第一个线圈，26-16相连，组成第二个线圈，再把两个线圈串联，即把第一个线圈的尾端36和第二个线圈的首端26相连，从第一个线圈的首端6和第二个线圈的尾端16引出，可得B2支路的首端b3和尾端b4；
C1支路由2个线圈组成，其中9-39相连，组成第一个线圈，29-19相连，组成第二个线圈，再把两个线圈串联，即把第一个线圈的尾端39和第二个线圈的首端29相连，从第一个线圈的首端9和第二个线圈的尾端19引出，可得C1支路的首端c1和尾端c2；
C2支路由2个线圈组成，其中10-40相连，组成第一个线圈，30-20相连，组成第二个线圈，再把两个线圈串联，即把第一个线圈的尾端40和第二个线圈的首端30相连，从第一个线圈的首端10和第二个线圈的尾端20引出，可得C2支路的首端c3和尾端c4；
D1支路由2个线圈组成，其中13-3相连，组成第一个线圈，33-23相连，组成第二个线圈，再把两个线圈串联，即把第一个线圈的尾端3和第二个线圈的首端33相连，从第一个线圈的首端13和第二个线圈的尾端23引出，可得D1支路的首端d1和尾端d2；
D2支路由2个线圈组成，其中14-4相连，组成第一个线圈，34-24相连，组成第二个线圈，再把两个线圈串联，即把第一个线圈的尾端4和第二个线圈的首端34相连，从第一个线圈的首端14和第二个线圈的尾端24引出，可得D2支路的首端d3和尾端d4；
E1支路由2个线圈组成，其中17-7相连，组成第一个线圈，37-27相连，组成第二个线圈，再把两个线圈串联，即把第一个线圈的尾端7和第二个线圈的首端37相连，从第一个线圈的首端17和第二个线圈的尾端27引出，可得E1支路的首端e1和尾端e2；
E2支路由2个线圈组成，其中18-8相连，组成第一个线圈，38-28相连，组成第二个线圈，再把两个线圈串联，即把第一个线圈的尾端8和第二个线圈的首端38相连，从第一个线圈的首端18和第二个线圈的尾端28引出，可得E2支路的首端e3和尾端e4；
A分别从1,2,20引出，B分别从5,6,24引出，C分别从9,10,28引出，D分别从12,13,14引出，E分别从16,17,18引出，公共点O分别从11,15,19,23,27引出。
本发明从电机内部看是二十相系统，而从电机外部看则是五相系统，此接法的绕组大大减少了谐波成份，不仅降低了噪声、震动、杂散损耗、谐波转矩，还可节省有效材料，有实际的工程应用意义，此电机在通入基波电流时可以同时注入三次谐波电流，注入三次谐波电流后，减小了电机铁磁饱和度，提高了电机铁磁材料利用率与转矩密度。
本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。
Claims (4)
1.一种电源为五相的异步电机绕组，其特征在于：绕组采用正五角星结构排布，定子槽数40，极数4,节距为整距，五角星的顶点为绕组的引出点，共由A,B,C,D,E五个引出点，空间互差72°电度角；每个引出点均包含2条支路，每条支路均以引出点符号+下标1或2命名即10条支路为A1,A2,B1,B2,C1,C2,D1,D2,E1,E2，其中每个引出点的两条支路一端共点，两条支路中下标符号为1的即A1,B1,C1,D1,E1支路另一端互连形成公共点O，不引出；两条支路中下标符号为2的即A2,B2,C2,D2,E2支路另一端分别与空间角度相差144°的引出点相连，即形成AD,BE,CA,DB,EC；
空间排列上，每个引出点下标为1的支路，以公共点0为参考，相邻支路间相差72°电角度；每个引出点下标为2的支路与下标为1的支路以引出点为参考，相差18°电角度；
时间排列上，每个引出点下标为2的支路电流滞后下标为1的支路18°电度角；每个引出点下标为1的支路，依据A1B1C1D1E1支路的顺序，支路电流依次超前72°电度角，即A1支路电流超前B1支路电流72°电角度，B1支路电流超前于C1支路电流72°电角度，C1支路电流超前D1支路电流72°电角度，D1支路电流超前E1支路电流72°电角度。
2.根据权利要求1所述的一种电源为五相的异步电机绕组，其特征在于：A1支路的首端记为a1,尾端记为a2；A2支路的首端记为a3,尾端记为a4；B1支路的首端记为b1,尾端记为b2；B2支路的首端记为b3,尾端记为b4；C1支路的首端记为c1,尾端记为c2；C2支路的首端记为c3,尾端记为c4；D1支路的首端记为d1,尾端记为d2；D2支路的首端记为d3,尾端记为d4；E1支路的首端记为e1,尾端记为e2；E2支路的首端记为e3,尾端记为e4；A1,B1,C1,D1,E1支路的一端a2,b2,c2,d2,e2接成公共点O，不引出；A1,B1,C1,D1,E1支路的另一端a1,b1,c1,d1,e1对外引出，记为A,B,C,D,E，且互差72电角度；A2支路的首端a3与A接在一起，尾端a4与D接在一起；B2支路的首端b3与B接在一起，尾端b4与E接在一起；C2支路的首端c3与C接在一起，尾端c4与A接在一起；D2支路的首端d3与D接在一起，尾端d4与B接在一起；E2支路的首端e3与E接在一起，尾端e4与C接在一起。
3.根据权利要求2所述的一种电源为五相的异步电机绕组，其特征在于：A1支路由2个线圈组成，其中1-31相连，组成第一个线圈；21-11相连，组成第二个线圈，再把两个线圈串联，即把第一个线圈的尾端31和第二个线圈的首端21相连，从第一个线圈的首端1和第二个线圈的尾端11引出，可得A1支路的首端a1和尾端a2；
A2支路由2个线圈组成，其中2-32相连，组成第一个线圈；22-12相连，组成第二个线圈，再把两个线圈串联，即把第一个线圈的尾端32和第二个线圈的首端22相连，从第一个线圈的首端2和第二个线圈的尾端12引出，可得A2支路的首端a3和尾端a4；
B1支路由2个线圈组成，其中5-35相连，组成第一个线圈；25-15相连，组成第二个线圈，再把两个线圈串联，即把第一个线圈的尾端35和第二个线圈的首端25相连，从第一个线圈的首端5和第二个线圈的尾端15引出，可得B1支路的首端b1和尾端b2；
B2支路由2个线圈组成，其中6-36相连，组成第一个线圈；26-16相连，组成第二个线圈，再把两个线圈串联，即把第一个线圈的尾端36和第二个线圈的首端26相连，从第一个线圈的首端6和第二个线圈的尾端16引出，可得B2支路的首端b3和尾端b4；
C1支路由2个线圈组成，其中9-39相连，组成第一个线圈；29-19相连，组成第二个线圈，再把两个线圈串联，即把第一个线圈的尾端39和第二个线圈的首端29相连，从第一个线圈的首端9和第二个线圈的尾端19引出，可得C1支路的首端c1和尾端c2；
C2支路由2个线圈组成，其中10-40相连，组成第一个线圈；30-20相连，组成第二个线圈，再把两个线圈串联，即把第一个线圈的尾端40和第二个线圈的首端30相连，从第一个线圈的首端10和第二个线圈的尾端20引出，可得C2支路的首端c3和尾端c4；
D1支路由2个线圈组成，其中13-3相连，组成第一个线圈；33-23相连，组成第二个线圈，再把两个线圈串联，即把第一个线圈的尾端3和第二个线圈的首端33相连，从第一个线圈的首端13和第二个线圈的尾端23引出，可得D1支路的首端d1和尾端d2；
D2支路由2个线圈组成，其中14-4相连，组成第一个线圈；34-24相连，组成第二个线圈，再把两个线圈串联，即把第一个线圈的尾端4和第二个线圈的首端34相连，从第一个线圈的首端14和第二个线圈的尾端24引出，可得D2支路的首端d3和尾端d4；
E1支路由2个线圈组成，其中17-7相连，组成第一个线圈；37-27相连，组成第二个线圈，再把两个线圈串联，即把第一个线圈的尾端7和第二个线圈的首端37相连，从第一个线圈的首端17和第二个线圈的尾端27引出，可得E1支路的首端e1和尾端e2；
E2支路由2个线圈组成，其中18-8相连，组成第一个线圈；38-28相连，组成第二个线圈，再把两个线圈串联，即把第一个线圈的尾端8和第二个线圈的首端38相连，从第一个线圈的首端18和第二个线圈的尾端28引出，可得E2支路的首端e3和尾端e4。
4.根据权利要求3所述的一种电源为五相的异步电机绕组，其特征在于：A分别从1,2,20引出，B分别从5,6,24引出，C分别从9,10,28引出，D分别从12,13,14引出，E分别从16,17,18引出，公共点O分别从11,15,19,23,27引出。
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