CN1103212A

CN1103212A - 交流电动机的改进

Info

Publication number: CN1103212A
Application number: CN 94111578
Authority: CN
Inventors: 林哲民
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-10-28
Filing date: 1994-10-28
Publication date: 1995-05-31

Abstract

本发明公开了一种交流电动机的改进，它由支承保护部分的前、后端盖，工作部分的转子支承在两端轴承中，定子和定子绕组装在转子铁芯外，并着重对定子绕组加以改进，采用三端点三绕组正弦绕组或四端点多相交流绕组，采用这种绕组结构的电动机可减少原材料消耗和提高电动机效率，并扩大电动机使用功能，即可作三相交流电动机用的单相异步电动机，电压四边形为正方形的二相交流电机，有多种运行方式的单相交流电动机等。

Description

本发明涉及交流电动机的结构改进。

交流电动机，特别是单相交流异步电动机，由于使用方便，只要有单相交流电源就能使用，故广泛应用于各种小型机械，如空气压缩机、水泵、家用电器中的洗衣机、电冰箱、空调器之中。单相交流异步电动机较常用的有电容起动、分相起动、电容运转三种。目前的单相交流异步电动机的共同特点是：①都采用三个接线端点的，电压三角形为直角三角形的，二个绕组的二相交流绕组作电动的定子绕组;②主绕组采用单相正弦绕组;③主绕组和副绕组断然分开。由于目前单相交流异步电动机使用的是二相绕组，它的相带宽，绕组系数小，高次空间谐波磁势的成份多，幅值大。当它们使用单相正弦绕组时又会使绕组系数进一步下降而且绕组在定子槽中各槽的导体分布很不均匀，有的槽很挤有的槽很松，因此目前的单相交流异步电动机的材料消耗多，效率低。

本发明的目的在于避免现有技术的缺陷而提供一种扩大电动机功能、减少原材料消耗并提高效率的交流电动机的改进。

本发明通过如下方案实现：它包括支承保护部分的前、后端盖固定一体，工作部分的转子支承在两端轴承中，定子及定子绕组装在转子铁芯外，其特殊之处是所述的定子绕组是三端点三绕组正弦绕组，其电压三角形为任意三角形;或四端点多相交流绕组，其电压四边形为任意四边形。

本发明与公知技术相比，由于采用上述两种方案的定子绕组，可使单相交流异步电动机扩大使用功能，减少原材料消耗和提高电动机效率。

附图说明。

图1为本发明的结构示意图。

图2为定子冲片结构图。

图3为三端点三绕组正弦绕组接线原理图。

图4为三绕组电容运转单相异步电动机接线图。

图5为改进后分相起动单相异步电动机的接线原理图。

图6为四端点多相交流绕组接线原理图。

图7为可作三相交流异步电动机运行的电容运转三相交流异步电动机在三相交流电源运行时的接线图。

图8是四端点多相交流绕组在单相交流电源中的接线图。

按上述附图实施例再作进一步详细描述。

交流电动机的改进（见图1）包括支承保护部分和工作部分。

支承保护部分包括前、后端盖（1）、（3）以螺钉紧固一体，工作部分的转子（8）支承在两端轴承（7）中，转子为锌铝的鼠笼转子，转子上装有调整垫圈（6），定子（4）及定子绕组（2）装在转子铁芯（5）外，定子（4）冲片（见图2）采用截角正方形结构，定子槽在对角线方向截面积大于四边方向定子槽的截面积，充分利用硅钢片材料。定子绕组（2）为三端点三绕组正弦绕组或四端点多相交流绕组，绕组的电压多边形分别为任意三角形或任意四边形，绕组的相数大于或等于3，绕组的个数大于或等于3。

三端点三绕组正弦绕组的电压三角形为任意三角形。四端点多相交流绕组则有四个接线端子与外界联系，其电压四边形为任意四边形，相数是3、4、6等，绕组的数目是3-11。

利用上述定子绕组结构的单相交流异步电动机可以扩大功能，如三端点三绕组正弦绕组作定子绕组的，电压三角形是等腰三角形的分相起动单相交流同步电动机;定子绕组是三绕组正弦绕组的，采用截角正方形且对角线方向槽截面积较大的定子冲片的洗衣机电动机;采用四端点交流绕组作定子绕组的交流异步电动机;轻载运行、负载运行和起动运行中有二种及二种以上的运行状态（接线方式）的电容运转单相交流异步电动机;电压多边形为正方形的二相交流异步电动机;可作三相交流异步电动机用的电容运转单相交流异步电动机等等。

三绕组正弦绕组也可用于改进电容运行单相交流异步电动机，以XD-250型洗衣机电动机为例加以说明，其接线原理图如图3所示，K为洗衣机的定时开关，C-电容器，其容量为16μf，AX、BY、CZ为定子绕组。其相带分布如表1所示：

注：绕组AX·BY的线规φ0.56mm，绕组CZ的线规φ0.67mm。表中数字代表匝数。

其特点是：①绕组系数高，运行时各次谐波磁势较小，除产生基本磁势和齿谐波磁势外，其他附加成份的磁势很小，故电动机运行性能好;②各槽的槽满率虽仍不均匀，但槽满率较高的槽分布在互相垂直的四个方向上，采用图2的定子冲片时，可以节省硅钢片15%以上。

以XD-250洗衣机电动机为例加以说明。

为了适应多种运行方式，可采用顶角为45°的等腰三角形作电压三角形，且用三绕组正弦绕组作定子绕组。此时它的接线图如图4所示。

图4中的电压三角形ABC为等腰三角形，顶角∠ACB为45°，AC、BC为等腰边，C为移相电容器容量32μf与接线图相对应的相带分布表为表2

注：绕组AX、BY的线规格φ0.67mm，绕组CZ的导线规格φ0.59mm。表中数字代表匝数。

与现有技术相比，绕组系数较高，达0.89，绕组在槽中的分布均匀且绕组是一正弦绕组，运行时除齿谐波外，其他空间谐波磁势的幅值都非常小。

绕组运行方式如下：

1.负载正转运行，AC二端接电源，BC二端接移相电容器。

2.负载反转运行，BC接电源，AC接移相电容器。

3.负载正转运行，BC接电源，AB接移相电容器。

4.负载反转运行，AC接电源，AB接移相电容器。

当然，按用户的需要还可增加运行方式，如要进一步降低空载损耗，可在AX·BY绕组上适当抽头，空载运行时可把移相电容器C接在这二个绕组的抽头的点上。如要提高起动力矩，可以把三绕组交流绕组作二绕组来运行，即起动时AB二端接电源，C相绕组即CZ绕组与电容器串联后接电源，此时可提高起动力矩1.8倍以上。如果还要进一步提高起动力矩，可将原来的CZ绕组做成二个同样的绕组并联运行，起动时，将它们串联起来再与移相电容器串联后接电源，则可提高起动力矩三倍以上。

图5为改进后分相起动单相异步电动机的接线图，A1X1、A2X2为组成主绕组的二个绕组，BY为副绕组，它的一端接在二个主绕组的中点上，K为起动开关。

改进后的电压三角形是等腰三角形，电动机启动时，主绕组会产生一些与副绕组产生的磁势方向一致的磁势，主绕组的一部分也作为一个电阻器的作用，采用这种绕组可以节省副绕组的用铜量，改进后的分相起动单相交流异步电动机也可作电容起动单相交流异步电动机用。

为了比较，我们以BO₂8024型分相起动单相交流异步电动机为例进行说明，其相带分布如表3所示：

注：主绕组A1X1、A2X2的导线规格φ0.85mm，副绕组BY的导线规格φ0.67mm。表中数字代表匝数。

按上表的绕组主绕组的用铜量不变，但副绕组的用铜量可减少37%，改进后的电动机是可作电容起动单相交流异步电动机用的。

因此，三端点三绕组正弦绕组的电压三角形为任意三角形。当电压三角形是正三角形时，它就是三相交流正弦绕组，当电压三角形不是正三角形时，它的三个相绕组亦不会相同的。运行时三个相绕组接成Y形。它所产生的磁势除基本磁势和与基本磁势伴生的齿谐波磁势外，其他成分的磁势的幅值很小。工程上一般认为某一种成分的磁势的幅值小于基本磁势幅值4%就认为是很小的了。

采用四端点多相交流绕组的电压四边形是任意四边形，它的绕组数目在3-11之间，相数可以是3、4、6，接线图如图6的（a）、（b）、（c）、（d）：

（a）为三绕组三相四端点交流绕组。

（b）为四绕组三相四端点交流绕组。

（c）为八绕组四相四端点交流绕组。

（d）为五绕组三相四端点交流绕组。

四端点多相交流绕组的优点是它的电压四边形是任意的，可按设计者的要求进行改变，而且它的相带狭，绕组系数大，绕组在各槽分布均匀，即使采用单层绕组，运行时各次空间谐波的磁势与基波磁势都是比较小的，如果采用双层绕组，它的各次空间谐波磁势就更小了。

仍以XD-250型洗衣机电动机为例，电压多边形式为正方形的四端点交流绕组的一种相带分布如表4所示。

注：表中第一项为绕组代号，第二项为首末端代号，数字为匝数，绕组AE·HD·BF·CG的导线规格φ0.56mm，绕组EF·GH·FH·EG的导线规格φ0.47mm。其接线图为图6（c）。

四端点多相交流绕组的电压四边形可按设计者的要求改变，但其中以平行四边形及梯形较常用。利用四端点多相交流绕组，我们可以设计成可作三相交流异步电动机用的电容运转单相交流异步电动机。一般三相交流电源的额定电压为380伏，单相交流电源的额定电压为220伏或380伏。

下面提供一种能够在三种电源下都能运行的交流异步电动机。这种电动机在三相交流电源下运行时的接线图如图7所示。

图7中CZ相绕组由二个相绕组C1Z1和C2Z2串联而成;AX相绕组也由二个相绕组A1X1和A2X2串联组成。这二相串联后的绕组与BY相绕组除空间上互相错开120°电角度外其余完全一样，C1Z1绕组的匝数与A1X1绕组的匝数一样;C2Z2绕组的匝数与A2X2绕组的匝数一样，A1X1绕组的匝数大于A2X2绕组的匝数或者二者相等，这个匝比根据电动机的额定数据决定。当电动机作三相交流异步电动机运行时，其功率因数在0.866附近时可取这一匝比为1，即这时绕组A1X1的匝数和绕组A2X2的匝数相等。

在单相交流电源运行时，它们的接线图如图8所示。

图8中，（a）为单相交流电源额定电压为220伏时的绕组接线图，（b）为单相交流电源额定电压为380伏时的绕组接线图。二种绕组都是四端点多相交流绕组，其电压四边形都是梯形，当C1Z1绕组的匝数和C2Z2绕组的匝数相等时，电压多边形演化为矩形。图8中二种绕组运行状况类似，今以图8（a）的绕组为例如以说明。

电压四边形为梯形时。正转运行A1X2二端接电源，A1B二端接相移电容器。反转运行时BY接电源，X2Y接移相电容器。正转起动时A1X2接电源，BY接移相电容器;反转起动时BY接电源，A1X2接移相电容器。正转轻载运行时BY接电源，BX2接移相电容器。反转轻载运行时A1X2接电源，BX2接移相电容器。

当电压四边形演化成矩形时最好用二个同样规格的电容器C1C2作移相电容器，它的运行方式如下。

1.负载运行时，A1X2接电源，C1C2分别接在A1B二端和YX2二端;反转时只要把电源改接在BY二端即可。

2.正转起动时，A1X2接电源，将C1C2并联后接BY二端。反转起动时，只要把接移相电容器的端点和接电源的端点对换一下即成。这种接法可使起动力矩提高一倍以上。

3.正转轻载运行，A1X2接电源，C1C2串联后接在BY二端，反转轻载运行时BY接电源，C1C2串联后接A1X2二端。

关于扩大运行方式：电容运转单相交流异步电动机是利用移相元件电容器，使电动机在接近圆形磁场下工作。目前的电容运转单相交流异步电动机的运行方式太少，因此电动机空载损耗大，起动力矩小。如果我们采用多种运行方式即采用多种接线方式以适应电动机在轻载、负载和起动等运行情况，就可节省能源。扩大运行方式的方法有：

1.采用矩形作四端点交流绕组的电压四边形。这时电动机就会有多种运行方式。这一点已经说明过了。

2.采用等腰三角形，三端点交流绕组的电压三角形。这时也会有许多运行方式如一个等腰边接电源，另一个等腰边接移相电容器。或一个等腰边接电源，底边接移相电容器等。

3.增加绕组抽头，电容运转单相交流异步电动机，往往空载损耗太大，其原因是流过电容器的电流太大，这时如果绕组有适当的抽头，使电容器所接的头子改变一下，使通过电容器的电流减少就可达到减少空载损耗的目的。

4.绕组串并联运行，电容运转单相交流异步电动机往往起动力矩大小，如果把与移相电容器串接的绕组，在正常运行时由二个同相的绕组并联起来运行，在起动时将二个绕组串联起来就可大幅度地提高起动力矩。

因此，可以使电容运转单相交流异步电动机有多种运行方式，以适应电动机在轻载、负载和起动等状况下工作。

四端点交流绕组有四个端点与外界联系，其电压四边形为任意四边形，它有3～11个绕组，相数为3、4、6。

四端点交流绕组由于相数多，相带窄，它的绕组系数大，绕组分布均匀，附加磁势幅值小。这种绕组作电容运转单相交流异步电动机定子绕组，其中某个绕组与相移元件电容器串联时，该绕组和电容器的位置可以对换，这种对换有时可以简化电动机的接线方式。

本发明提出的二种交流绕组也可用于单相交流同步电动机和二相交流电动机中。

Claims

1、一种交流电动机的改进，包括支承保护部分的前、后端盖(1)、(3)固定一体，工作部分的转子(8)支承在两端轴承(7)中，定子(4)及定子绕组(2)装在转子铁芯(5)外，其特征在于所述的定子绕组(2)为三端点三绕组正弦绕组，电压三角形为任意三角形。

2、如权利要求1所述的交流电动机的改进，其特征在于所述的定子绕组（2）为四端点多相交流绕组，电压四边形为任意四边形。

3、如权利要求1或2所述的交流电动机的改进，其特征在于定子绕组（2）的相数大于或等于3。

4、如权利要求1或2所述的交流电动机的改进，其特征在于定子绕组（2）的个数大于或等于3。