CN113691047A - 一种转子端部分段连接的变极起动永磁同步电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种转子端部分段连接的变极起动永磁同步电机，包含定子和转子，所述转子上布置有笼型转子绕组，所述转子中每个转子槽中插入一根导条，在铁心两端的槽口处，用均匀分段后的端环将所有导条的两端连接起来，每个端环所连接的导条的数量相同，且端环所连接的导条之间相互绝缘。本发明相对于普通笼型转子绕组，该方案能够使采用普通导电材料的笼型转子具有高阻抗的性能，通过对分段数目的调整，可灵活控制阻抗的大小。

Description

一种转子端部分段连接的变极起动永磁同步电机
技术领域
本发明涉及电机技术领域，具体涉及一种转子端部分段连接的变极起动永磁同步电机。
背景技术
永磁同步电机具有结构简单紧凑、运行可靠、能量密度高等优点，在国防军工、航空航天、医疗器械、家用电器等行业具有良好的应用前景。
现有的永磁同步电动机，根据电机的本体结构可分为四类，即为永磁直流电动机、异步起动永磁同步电动机、永磁无刷直流电动机、调速永磁同步电动机。定子上有多相绕组，转子上安装永磁体是这四类电动机共同点。异步起动永磁同步电动机是可以实现自启动的永磁同步电动机，其兼并有异步电动机起动转矩大与永磁电动机运行稳定的优点。按转子结构可分为笼型绕组电动机和绕线型绕组电动机。它在起动工况时，定子旋转磁场与转子绕组相互作用产生的电磁转矩实现快速起动。在运行工况时，由于转子以同步速度旋转，转子绕组不再工作。异步起动永磁同步电动机结构具有简单紧凑、能量密度高等优点，在纺织、油田等行业已被广泛应用。
为了使永磁同步电机在长期运行时可以保持稳定的电气性能，电机内永磁体的磁性能必须保持长期稳定。而对于异步起动永磁同步电动机，在起动工况时存在过大的起动电流，而过大的起动电流会对电网和负载造成很大冲击，以及永磁体的不可逆退磁。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种定子绕组采用变极起动连接方式，同时改变笼型转子绕组两端的端环的一种变极起动永磁同步电动机。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种转子端部分段连接的变极起动永磁同步电机，包含定子和转子2，所述转子上布置有笼型转子绕组，所述转子中每个转子槽中插入一根导条，在铁心两端的槽口处，用均匀分段后的端环将所有导条的两端连接起来，每个端环所连接的导条的数量相同，且端环所连接的导条之间相互绝缘。
所述笼型转子支路电流满足以下公式：
Figure BDA0003206824250000021
其中，Ik为支路电流，Ek为支路感应电势，Va为a点点位，Z为每根导条漏阻抗。
所述转子(2)总导条数N2被等分为m个部分，每个部分含N2/m根导条；n 根导条(3)沿转子圆周顺序相邻，两端分别由连接片短接，相邻两导条(3) 感应电势的相位差为a。
所述定子绕组(4)按60°相带划分每相槽号，每相绕组按照变极起动方式进行连接。
由以上技术方案可知，本发明提供了一种转子端部分段连接的变极起动永磁同步电机，在起动时，由于转子端部的分段连接，转子支路合成电势幅值削弱，同时每根导条的漏阻抗相等，则支路电路减小，从定子边看，这些效应实际上可等效为转子电阻的增加。通过将鼠笼转子端部进行分段，来对分段数目的调整，可灵活控制阻抗的大小。这种方案结构简单，同时生产、维修成本低，有着广阔的工业应用前景。
附图说明
图1为本发明当定子槽数Zs＝36槽、转子槽数Zr＝24槽时，转子端部分段连接的变极起动永磁同步电机定、转子结构图；
图2为本发明变极起动定子绕组连接方式；
图3为本发明当定子槽数Zs＝36，定子极绕组4极时，定子绕组三相槽号相位表；
图4为本发明当槽数定子槽数Zs＝36，定子极数2/4时，变前极和变后极的连接法；
图5为本发明笼型转子端部分段连接的平面展开图；
图6为本发明转子一段绕组的等效电路图；
图7为本发明忽略端部漏阻抗的等效电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图1所示，包括定子1和转子2，定子1上布置有两套相互独立的功率绕组Pp和控制绕组Pc，转子2中间部位设置有连接中环1，中环1左右两侧分别设置一套倾斜的转子导条3，中环2两侧的转子导条3沿中环2呈对称设置，且相邻转子导条3之间具有等距的齿槽距。本实施例的转子导条2由多个沿中环2周向分布的回型部构成，每个回型部包括多个依次由内至外相互框住的斜框。
每组转子绕组为一根铜条。
如图1-7所示，本实施例一选取一台定子为极比2p/2q＝2/4的变极绕组、定子槽数Zs＝36、转子槽数Zr＝24的变极起动永磁同步电动机为例，其结构如图 1所示。取其起动极对数p＝1，运行极对数q＝2。
图2为定子绕组4连接方式，由于变极起动永磁同步电机工作环境对起动转矩要求高，所以定子绕组一般采用Y型连接方式。为满足这一特点，本实例变极起动方式定子绕组采用Y/Y形式，这种连接方式保证了电机在高电压起动时的稳定性。如图2所示，当U1，V1，W1接入电网，D1，D2，D3悬空时，定子绕组4为4极，当D1，D2，D3接入电网，U1，V1，W1悬空时，定子绕组4 为2极。电机起动时仅D1，D2，D3接入电网，在电机转速达到同步速附近时，切换为4极状态。
定子槽数Zs＝36，极对数2p/2q＝2/4时，定子绕组槽号相位图如图3所示。36槽数按正规60°相带分布时有6个等相带，每个等相带占有3个槽号，每相有2个正相带和2个负相带。三个方框表示A、B、C三相所占槽号，三个方框内的负槽号实际就是正槽号中未被利用(即未被框住)的三个区域内的槽号位移180°再加上负号。这样分配三相槽号，不可能发生同一号码的槽号被用两次的现象。三个方框的槽号分别代表三相磁势的相位，从图中可见三相磁势大小相等而在空间相位上互差120°。因此三相对称。按照图3给出的三相所占槽号，为了便于记住接线时各段号码的关系，采用下述特殊编号法：A1、 A2、A3、A4；B1、B2、B3、B4；C1、C2、C3、C4。如图4所示，同时给出变前极和变后极连接法。在起动时，变前极(2极)绕组接入，这时端部分段连接笼型转子将呈现高阻抗，因此会有高的起动电流和起动转矩，运行时，变后极(4极)接入，转子将呈现正常的低阻抗，电机具有较高的效率。
图5为转子24槽端部分段连接的展开图。假定24根导条被分成m个部分，每个部分含n＝24/m根导条。n根导条沿转子圆周顺序相邻，两端分别由连接片短接，相邻两根导条感应电势的相位差为a，其等效电路图如图6所示。图 6中，E为导条感应电势，Ee为端部漏阻抗，Es为导条漏阻抗，为便于分析，忽略端部漏阻抗，并假定每个导条漏阻抗相等且为Z，得到如图6的忽略等效电路图。对忽略端部漏阻抗时的等效电路进行分析，以b点为参考点，可以求得a点点位
Va＝(E1+E2+…+En)/n (1)
因转子导条沿转子圆周均匀分布，故式(1)中支路感应电势(E1，E2，…，En) 幅值相等，均为E，而相位依次相差一个电角度a，于是式(1)可写为
Va＝knE∠((n-1)a/2) (2)
式中，kn＝sin(na/2)/(nsin(a/2)) (3)
则第k条支路的电流
Ik＝(Ek-Va)/Z (4)
从式(4)可以看出，采用分段端部连接的笼型转子与普通笼型转子相比较，支路电流Ik不在于支路电势Ek成正比，而是与支路电势和节点a的点位之差 Ek-Va成正比。因为所有支路电势幅值相等，而Va的相位位于E1和En之间，而Va≠0，相量差Ek-Va的幅值就不会在相等，支路合成电势幅值受到削弱，支路电流相位分散，各转子导体平均电流密度不相等，从定子边看，这些效应实际上可以等效为转子阻抗的增加。
本发明将笼型转子端环进行分段，在电机起动时提高转子折算至定子边的电阻，从而能够减小定子侧起动电流。这种电机结构在仅改变笼型转子绕组端部方式的情况下边可以增大电机起动转矩同时减少起动电流，可以有效减少起动电流对永磁体5的冲击。本发明具有综合成本低、运行可靠、工作寿命长的特点，本发明通过改变笼型转子绕组端环就能够降低变极起动永磁同步电机起动电流、增大起动转矩，同时具有结构简单，维护成本低的特点。
以上所述的实例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的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种转子端部分段连接的变极起动永磁同步电机，包含定子(1)和转子2(2)，其特征在于：所述转子(2)上布置有笼型转子绕组，所述转子(2)中每个转子槽中插入一根导条(3)，在铁心两端的槽口处，用均匀分段后的端环将所有导条(3)的两端连接起来，每个端环所连接的导条(3)的数量相同，且端环所连接的导条(3)之间相互绝缘。
2.根据权利要求1所述的转子端部分段连接的变极起动永磁同步电机，其特征在于：所述笼型转子支路电流满足以下公式：
Figure FDA0003206824240000011
其中，Ik为支路电流，Ek为支路感应电势，Va为a点点位，Z为每根导条漏阻抗。
3.根据权利要求1所述的转子端部分段连接的变极起动永磁同步电机，其特征在于：所述转子(2)总导条数N2被等分为m个部分，每个部分含N2/m根导条；n根导条(3)沿转子圆周顺序相邻，两端分别由连接片短接，相邻两导条(3)感应电势的相位差为a。
4.根据权利要求1所述转子端部分段连接的变极起动永磁同步电机，其特征在于：所述定子绕组(4)按60°相带划分每相槽号，每相绕组按照变极起动方式进行连接。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1237027A (zh) * 1998-04-27 1999-12-01 黑龙江省电力公司 转子端部分段连接的笼型感应电动机
JP2003134773A (ja) * 2001-10-16 2003-05-09 Hitachi Ltd 自己始動式同期電動機及びこれを用いた圧縮機
CN210629218U (zh) * 2019-09-17 2020-05-26 大连金石泵业有限公司 一种具有分段式导条端部的笼型转子拓扑结构及电机
CN112332628A (zh) * 2020-11-12 2021-02-05 合肥工业大学 一种谐波起动永磁同步电机

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1237027A (zh) * 1998-04-27 1999-12-01 黑龙江省电力公司 转子端部分段连接的笼型感应电动机
JP2003134773A (ja) * 2001-10-16 2003-05-09 Hitachi Ltd 自己始動式同期電動機及びこれを用いた圧縮機
CN210629218U (zh) * 2019-09-17 2020-05-26 大连金石泵业有限公司 一种具有分段式导条端部的笼型转子拓扑结构及电机
CN112332628A (zh) * 2020-11-12 2021-02-05 合肥工业大学 一种谐波起动永磁同步电机

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