CN109888956A - 一种无刷双馈电机转子绕组设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无刷双馈电机转子绕组设计方法，基于复多相绕组原理，能够实现单套转子绕组同时调制出两种不同极对数的磁动势，本发明的技术方案包括一个复合式多相双层转子绕组，转子绕组能够同时调制出p1和p2两种不同极对数的磁动势，其中两种极对数之比p1：p2=1：m，每相绕组各个线圈依次串联连接并自闭合短路，同时依据本发明技术方案的转子绕组线圈匝数和跨距选择较为灵活，谐波含量小，使用性能高，绕组设计方法简单，线圈端部结构较为规整。

Description

一种无刷双馈电机转子绕组设计方法

技术领域

本发明涉及电机技术领域，具体涉及一种无刷双馈电机转子绕组设计方法。

背景技术

交流无刷双馈电机两套定子绕组能同时接工频电网和变频电源，同时具有同步电机和异步电机的运行特点，所需变频器容量小，运行可靠，特别是在较高电压等级的场合，可由变频电源的低压控制高压，节能效果显著。

无刷双馈电机定子上嵌有两套绕组，其中两套不同极对数的绕组不能直接进行能量的传递，这就要求转子能同时调制两种不同极对数的磁场，且两种磁场旋转方向相反。

对于无刷双馈电机转子绕组的设计方法，现有的技术方案中主要采用基于齿谐波原理的绕组设计方法，其衍生方案主要包括：双正弦绕组和复合式多跨距绕组，但是基于齿谐波原理的绕组设计和常规绕组相比，接线方式和设计方法较为复杂，常规的基于线圈不等匝原理设计的双正弦绕组，其每槽不等匝数的线圈设计方法在电机制作过程中存在嵌线工艺较为复杂和绕组系数较低的问题；现有的复合式多跨距绕组技术方案中转子绕组一般设计为多层线圈，具有工艺复杂和线圈散热困难等问题，容易存在线圈端部结构不规范和端部排列不整齐的问题。

发明内容

为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出了一种无刷双馈电机转子绕组设计方法，其具有线圈数目和跨距可灵活选择，设计方法和接线方式简单，使用性能高，谐波含量较小和线圈端部结构规整的特点。

本发明提出的一种无刷双馈电机转子绕组，包括一个复多相双层转子绕组，转子绕组能够同时调制出p1和p2两种不同极对数的磁动势，其中两种极对数之比p1：p2=1：m，在多相转子绕组中每相各槽线圈采用双层叠绕制。

本发明中，绕组线圈数目和分布形式合理，跨距和匝数可灵活选择，谐波含量小，绕组系数较高。

本发明提出的一种无刷双馈电机转子绕组设计方法，包括以下步骤。

S1，将转子基本槽数Z=2m按需要进行适当扩展，扩展后的转子槽数须满足Zr=nZ，其中n为扩展系数且n为正整数。

S2，用2m根对称轴线将扩展后的转子槽数平分为2m个区域，按取一个，空一个的方法取得每相所需槽号，所得每相槽号不重复，符合每个槽号只能取用一次的原则，同时每相的相带宽度均为180°/m。

S3，将上述步骤所获取的每个相带平分为Ⅰ和Ⅱ两部分，分别构成两个对称的m相绕组，两部分绕组在空间上存在90°/m电角度的位移。

S4，将上述步骤获得的每相Ⅰ和Ⅱ两部分绕组依次并联再构成自闭合回路，共m组闭合线圈回路，其中绕组线圈采用等匝等距排布方案。

S5，调整转子槽扩展系数，线圈跨距和每相线圈匝数和，以提高两种主要基波极对数的绕组系数以及降低高次谐波的含量。

附图说明

图1为本发明复多相绕组具体排布示意图。

图2为本发明多相绕组位置示意图。

图3为本发明转子绕组具体连接示意图。

图4为本发明当p1=1，p2=3，Zr=24时绕组排布示意图。

图5为本发明当p1=1，p2=3，Zr=24时转子绕组实际连接图。

图6为本发明当p1=1，p2=5，Zr=40时转子绕组实际连接图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

实施例一，选取一台功率绕组极对数p1=1，p2=3，转子槽数Zr=24的无刷双馈电机为例，依据本发明所述的技术方案，转子可供选用的槽数为Zr=6n，这里取n=4，即转子绕组为复三相绕组。

依据本发明的技术方案，无刷双馈电机转子绕组设计方法的具体步骤示意图分别如图1，图2和图3所示。

依据本发明所述的技术方案，实施例一所述的无刷双馈电机转子绕组设计方法，包括以下步骤。

S1，将转子基本槽数Z=2m=6按需要进行适当扩展，这里取n=4，即扩展后的转子槽数满足Zr=nZ=24。

S2，用2m=6根对称轴线将扩展后的转子槽数平分为6个区域，按取一个，空一个的方法取得每相所需槽号，所得每相槽号不重复，符合每个槽号只能取用一次的原则，同时每相的相带宽度均为60°，绕组具体排布示意图如图4所示。

S3，将上述步骤所获取的每个相带平分为Ⅰ和Ⅱ两部分，即可得到新三相系统的槽号A_Ⅰ，B_Ⅰ，C_Ⅰ和A_Ⅱ，B_Ⅱ，C_Ⅱ，即分别构成两个对称的3相绕组，两部分绕组在空间上存在30°电角度的位移。

S4，将上述步骤获得的每相Ⅰ和Ⅱ两部分绕组依次并联再构成自闭合回路，共m=3组闭合线圈回路，其中绕组线圈采用等匝等距排布方案，转子绕组实际连接图如图5所示。

由图4可见，若沿气隙圆周观察，m相绕组共有2m=6个相带，其中负相带从图4中的负槽号位移180°得到，可见，2m个相带在空间上依次位移60°电角度，而通过2m个相带的电流在时间上也依次位移60°，即单个m相绕组将产生一个p1=1对极的圆形旋转磁场，同理当p2对极为p1的m倍时，即p2=m=3时，单个m相绕组将在空间中产生一个p2=m=3对极的圆形旋转磁场，可见，依据本发明所述的技术方案可以满足无刷双馈电机转子同时调制两种磁动势的需求。

实施例二， 选取一台功率绕组极对数p1=1，p2=m=5，转子槽数Zr=40的无刷双馈电机为例，依据本发明所述技术方案，转子可供选用的槽数为Zr=10n，这里取n=4，用2m=10根对称轴线将p1=1对极40槽的槽号相位图分为10个区域，将获得的每相绕组槽号平分为两半，按照图3所示方法将每相绕组自闭合短路连接，依据本发明技术方案的转子绕组实际连接图如图6所示。

以上所述仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种无刷双馈电机转子绕组，其特征在于，包括一个复多相双层转子绕组，转子绕组能够同时调制出p1和p2两种不同极对数的磁动势，其中两种极对数之比p1：p2=1：m，在多相转子绕组中每相各槽中线圈采用双层叠绕制。

2.根据权利要求1所述的无刷双馈电机而提出的无刷双馈电机转子绕组设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，将转子基本槽数Z=2m按需要进行适当扩展，扩展后的转子槽数满足Zr=nZ，其中n为扩展系数且n为正整数；

S2，用2m根对称轴线将扩展后的转子槽数平分为2m个区域，依次取得每相所需槽号，每相的相带宽度均为180°/m；

S3，将上述步骤所获取的每个相带平分为Ⅰ和Ⅱ两部分，分别构成两个对称的m相绕组，两部分绕组在空间上存在90°/m电角度的位移；

S4，将上述步骤获得每相Ⅰ和Ⅱ两部分绕组依次并联再构成自闭合回路，其中绕组线圈采用等匝等距排布方案；

S5，调整转子槽扩展系数，线圈跨距和每相线圈匝数和，以提高两种主要基波极对数的绕组系数以及降低高次谐波的含量。