CN109936233A - 一种两相对称交流电变单相交流电的交流变相电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种两相交流电变单相交流电的交流电机，包括：设置在交流电机转轴上的转子，设置在转子外侧的第一段定子，第一段定子上设置有第一输入绕组和第一输出绕组，设置在转子外侧的第二段定子，第二段定子上设置有第二输入绕组和第二输出绕组，第一输出绕组与第二输出绕组相连接；第一输入绕组通过电磁耦合连接于第一输出绕组，第二输入绕组通过电磁耦合连接于第二输出绕组；第一输入绕组的轴线超前第二输入绕组的轴线90°电角度，第一输出绕组的轴线滞后第一输入绕组的轴线45°电角度，第二输出绕组的轴线超前第二输入绕组的轴线45°电角度。本发明的交流电机，将两相交流电变为单相交流电，解决了三相不平衡的问题，可靠性高且造价较低。
Description
技术领域
本发明属于电机技术领域，具体涉及一种两相对称交流电变单相交流电的交流变相电机。
背景技术
在全球电力工业中，三相制交流电已占据绝对的统治地位，但因为单相负荷的存在，导致三相负荷还存在不平衡问题。我国电气化铁路采用单相工频交流制式，但三相电流不平衡、谐波、无功问题依然存在，尤其以三相电流不平衡问题最为突出。为解决此问题，在现有技术中，电气化铁路通常采用以下两种方式：1、采用交直交的变流技术路线；2、采用基于对称补偿原理的单三相组合式同相供电装置技术路线。它们虽解决了三相电流不平衡、谐波、无功的问题，但还存在系统复杂，造价高昂、可靠性相对较低的缺点。
发明内容
为了克服上述技术缺陷，在现有三相变两相平衡变压器基础上，本发明提供了两相对称交流电变单相交流电的交流变相电机，通过改变第一输入绕组、第一输出绕组、第二输入绕组和第二输出绕组的空间位置，将两相交流电变为单相交流电，解决了三相不平衡的问题，兼顾谐波和无功问题，结构简单，可靠性高并且造价较低。
为了解决上述问题，本发明按以下技术方案予以实现的：
设置在交流电机单转轴上的两段式转子，并且所述两段式转子上设置有贯通的阻尼绕组；
套设在所述转子一端的第一段定子，所述第一段定子上设置有第一输入绕组和第一输出绕组；
套设在所述转子另一端的第二段定子，所述第二段定子上设置有第二输入绕组和第二输出绕组，所述第一输出绕组与所述第二输出绕组相连接；
所述第一输入绕组通过电磁耦合连接于所述第一输出绕组，所述第二输入绕组通过电磁耦合连接于所述第二输出绕组；
所述第一输入绕组的轴线超前所述第二输入绕组的轴线90°电角度。
与现有技术相比，本发明的交流电机通过改变第一输入绕组、第二输入绕组的空间位置，通过绕组的空间排列，使得超前相滞后45°，滞后相超前45°，从而实现了输出两相绕组的电压相位相同，从而得到单相交流电，结构简单，可靠性高，并且可以直接通过现有的交流电机进行改造，造价低。
作为本发明的进一步改进，所述第一输出绕组的轴线与所述第二输出绕组的轴线必须保持空间上一条直线。
作为本发明的进一步改进，所述第一输出绕组的轴线滞后所述第一输入绕组的轴线45°电角度，所述第二输出绕组的轴线超前所述第二输入绕组的轴线45°电角度。
作为本发明的进一步改进，所述第一输出绕组与所述第二输出绕组串联。
作为本发明的进一步改进，所述第一输出绕组与所述第二输出绕组并联。
作为本发明的进一步改进，所述第一输入绕组和所述第二输入绕组可采用分布式绕组、短距绕组、同心式绕组、正弦绕组中的一种或多种。
作为本发明的进一步改进，所述两段式转子为单轴铁芯，并且所述两段式转子为鼠笼式转子、绕线式转子、永磁式转子、直流励磁式结构的一种。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：
图1本发明整体结构的示意图；
图2本发明局部结构的示意图；
图3本发明局部结构的示意图；
图4本发明局部结构的示意图；
图5本发明局部结构的示意图；
图6本发明实施例一的示意图；
图7本发明实施例一的示意图；
图8本发明实施例一的示意图；
图9本发明实施例一的示意图；
图10本发明实施例一输入电压以及输出电压的波形图；
图11本发明实施例二输入电流以及输出电流的波形图。
标记说明：
1-第一段定子；2-第二段定子；3-转子；4-第一输入绕组；5-第一输出绕组；6-第二输入绕组；7-第二输出绕组,8-阻尼绕组。
100-电机单转轴。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明公开了一种两相交流电变单相交流电的交流电机，如图1-图5所示，包括设置在交流电机单转轴上的两段式转子3，并且两段式转子3上设置有贯通的阻尼绕组8；套设在转子3一端的第一段定子1，第一段定子1上设置有第一输入绕组4和第一输出绕组5；套设在转子3另一端的第二段定子2，第二段定子2上设置有第二输入绕组6和第二输出绕组7，第一输出5绕组与第二输出绕组7相连接；第一输入绕组4通过电磁耦合连接于第一输出绕组5，第二输入绕组5通过电磁耦合连接于第二输出绕组7；第一输入绕组4的轴线超前第二输入绕组6的轴线90°电角度。转子3、第一段定子1和第二段定子2的设置，以及转子上阻尼绕组8的设置请参考现有技术，在此不一一赘述。
通过绕组的空间排列，使得超前相滞后45°，滞后相超前45°，从而实现了输出两相绕组的电压相位相同。同时，由于转子上设置有斜槽结构的阻尼绕组8，用于消除转子3中的2倍频电流及齿谐波，转子3处于同步或接近同步转速的空载旋转状态。同时，也可消除第一段定子1和第二段定子2中的负序磁动势。
在第一输入绕组4和第二输入绕组6输入对称的两相对称电压时，电机内产生旋转磁场，带动转子旋转，此时，第一输出绕组5和第二输出绕组7产生同相位感应电动势。
进一步的，第一输出绕组5的轴线与第二输出绕组7的轴线必须保持空间上一条直线。
按照交流电机的时间、空间统一性原则，当交流电时间相量走过θ电角度，电机的磁场空间矢量就要走过θ空间电角度的原理，输入绕组和输出绕组的轴线夹角α可以在0°至360°之间任意设定。
最优选的，第一输出绕组5的轴线滞后第一输入绕组4的轴线45°电角度，第二输出绕组7的轴线超前第二输入绕组6的轴线45°电角度。采用此种方式布置绕组，方便布线。
优选的，第一输出绕组5与第二输出绕组7可以采用串联，采用串联的方式，则无需考虑两段式转子参数不一样的问题。
优选的，第一输出绕组5与第二输出绕组7还可以采用并联，采用并联的方式，则需要保证两段式转子参数严格一致。
为了能够很好的削弱高次谐波，第一输入绕组4和第二输入绕组6采用分布式绕组、短距绕组、同心式绕组、正弦绕组中的一种或多种，可根据实际需要削弱谐波的次数，具体选择绕组。
进一步的，两段式转子3为单轴铁芯，并且两段式转子3为鼠笼式转子、绕线式转子、永磁式转子、直流励磁式结构的一种。通过直流励磁式转子可调节功率因数。
下面结合具体实施例对本发明作进一步解释。
在本实施例中，选取一台Y2-132S-4异步电动机进行结构改造，即可得到本发明的交流电机，如图1、图6-图9所示，其中，该Y2-132S-4异步电动机的转子为贯通式转子，功率约为5KW，极数为4，并且，该贯通式转子采用28槽普通铸铝转子，定子采用48槽结构，2号定子槽型。第一输入绕组4和第二输入绕组6均采用正弦绕组，绕组系数为0.806，第一输入绕组4在0°的位置，第二输入绕组6在90°的位置，即将第二输入绕组6在相对于第一输入绕组4的位置按逆时针后移6个槽，也就是6*7.5*2＝90°电角度，第一输出绕组5和第二输出绕组7均在45°的位置，即将第一输出绕组5和第二输出绕组7相对于第一输入绕组4的位置按逆时针后移3个槽，也就是3*7.5*2＝45°电角度。如图4-图7所示，图上标数字为线圈匝数，中标数字定子槽号，下标为线圈跨距。
如表1-表2和图10-图11所示，表1为本发明的交流变相电机输入端测试数据，表2为本发明的交流变相电机输出端测试数据，可以看出，当接入的负载为0KW时，第一输入绕组的电压UT和第二输入绕组UM相差89.4°的电角度，第一输出绕组的电流ID1和第一输出绕组的电流ID2相差360°的电角度。
当接入的负载为1KW时，第一输入绕组的电压UT和第二输入绕组UM相差89.5°的电角度，第一输出绕组的电流ID1和第一输出绕组的电流ID2相差359.7°的电角度。
当接入的负载为2KW时，第一输入绕组的电压UT和第二输入绕组UM相差89.6°的电角度，第一输出绕组的电流ID1和第一输出绕组的电流ID2相差359.7°的电角度。
当接入的负载为3KW时，第一输入绕组的电压UT和第二输入绕组UM相差89.5°的电角度，第一输出绕组的电流ID1和第一输出绕组的电流ID2相差359.7°的电角度。
当接入的负载为4KW时，第一输入绕组的电压UT和第二输入绕组UM相差89.7°的电角度，第一输出绕组的电流ID1和第一输出绕组的电流ID2相差359.7°的电角度。
当接入的负载为5KW时，第一输入绕组的电压UT和第二输入绕组UM相差89.5°的电角度，第一输出绕组的电流ID1和第一输出绕组的电流ID2相差359.9°的电角度。
由上述数据得知，本发明的交流电机能实现两相对称交流电变单相交流电的对称变换。
由于制造工艺以及绕组漏阻抗的影响，导致实际测得的电压、电流与理论值稍有偏差，但此偏差在可接受范围以内。
表1
表2
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (7)
1.一种两相对称交流电变单相交流电的交流变相电机，其特征在于，包括：
设置在交流电机单转轴上的两段式转子，并且所述两段式转子上设置有贯通的阻尼绕组；
套设在所述转子一端的第一段定子，所述第一段定子上设置有第一输入绕组和第一输出绕组；
套设在所述转子另一端的第二段定子，所述第二段定子上设置有第二输入绕组和第二输出绕组，所述第一输出绕组与所述第二输出绕组相连接；
所述第一输入绕组通过电磁耦合连接于所述第一输出绕组，所述第二输入绕组通过电磁耦合连接于所述第二输出绕组；
所述第一输入绕组的轴线超前所述第二输入绕组的轴线90°电角度。
2.根据权利要求1所述的交流电机，其特征在于，所述第一输出绕组的轴线与所述第二输出绕组的轴线必须保持空间上一条直线。
3.根据权利要求2所述的交流电机，其特征在于，所述第一输出绕组的轴线滞后所述第一输入绕组的轴线45°电角度，所述第二输出绕组的轴线超前所述第二输入绕组的轴线45°电角度。
4.根据权利要求1所述的交流电机，其特征在于，所述第一输出绕组与所述第二输出绕组串联。
5.根据权利要求1所述的交流电机，其特征在于，所述第一输出绕组与所述第二输出绕组并联。
6.根据权利要求1所述的交流电机，其特征在于，所述第一输入绕组和所述第二输入绕组可采用分布式绕组、短距绕组、同心式绕组、正弦绕组中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的交流电机，其特征在于，所述两段式转子为单轴铁芯，并且所述两段式转子为鼠笼式转子、绕线式转子、永磁式转子、直流励磁式结构的一种。
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