CN1378326A

CN1378326A - 一种交流无刷双馈电机

Info

Publication number: CN1378326A
Application number: CN02115588A
Authority: CN
Inventors: 王雪帆
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2002-03-08
Filing date: 2002-03-08
Publication date: 2002-11-06
Anticipated expiration: 2022-03-08
Also published as: CN1153333C

Abstract

一种交流无刷双馈电机,其定子绕组具有p和q两种不同的极对数,转子绕组为m个m相星形连接并联构成的、变极比为p/q的换相变极绕组,转子绕组有2m个出线端,其中p对极的m个出线端和q对极的m个出线端作反相序连接。上述转子上还可具有另一套为p对极m相绕组;或两套分别为星型连接的p对极m相绕组和q对极m相绕组;或一套转子绕组为m个m相星形连接并联构成的、变极比为p/q的换相变极绕组。本发明是尽可能做到采用单绕组来代替通常双馈调速机组中的两套转子绕组,以达到简化电机结构的目的,它利用了3Y并联接法换相变极绕组的特点,使转子绕组导体得到重复利用,只用一套绕组就可以完全达到两套绕组的效果;该电机体积减小,接线方式灵活。

Description

一种交流无刷双馈电机

技术领域

本发明属于电机技术领域，具体涉及一种交流无刷双馈电机。该电机采用交流绕线型转子替换现有的笼型短路绕组转子，以获得更好的技术性能。

背景技术

交流无刷双馈电机适用于变频调速系统，其特点是运行可靠和所需变频器容量小等。这种电机定子上有两套绕组，一套极对数为p，另一套极对数为q。当电网定子绕组p接通电源，产生磁极对数为p的旋转磁场，转子中感应电流除产生p对极磁场外，还产生q对极磁场，这两种磁场相对转子而言，旋转方向相反，如这时在定子q绕组接变频电源，改变变频电源的频率，就可以改变电机转速。

“无刷双馈变频调速电动机的原理及在发电厂辅机拖运中的应用前景”(《电工技术杂志》，2002年第1期，P7-10)介绍了无刷双馈变频调速电动机的工作原理及现有无刷双馈调速系统存在的一些问题。无刷双馈变频调速电动机要想有较好的性能，关键在于转子。近年来研究的转子结构主要有两种，一种为磁阻转子，另一种为笼型短路绕组转子。由于磁阻转子其铁芯必须制成类似凸极的结构，笼型短路绕组转子其绕组必须制成同心式分布短路绕组，在这些条件的限制下，使得这两种转子只能适用于特定的极数，且其性能指标与常规交流电机转子相比有相当差距，体积也较大等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能克服上述缺陷的交流无刷双馈电机，该电机转子与笼型短路绕组转子相比具有更好的技术性能，体积减小、接线方式灵活。

为实现上述发明目的，本发明的交流无刷双馈电机，其定子绕组具有p和q两种不同的极对数，转子绕组为m(m为大于2的整数)个m相星形连接并联构成的、变极比为p/q的换相变极绕组，转子绕组有2m个出线端，其中p对极的m个出线端和q对极的m个出线端作反相序连接。

上述电机转子上还可具有另一套p对极m相绕组，换相变极绕组的p对极m个出线端和p对极m相绕组串接后再与q对极的m个出线端作反相序连接。

或者在转子上还具有另两套分别为星型连接的p对极m相绕组和q对极m相绕组。换相变极绕组的p对极m个出线端和q对极m相绕组作反相序连接，q对极的m个出线端和p对极m相绕组作反相序连接。

也可以在电机转子上还具有一套转子绕组为m(m为大于2的整数)个m相星形连接并联构成的、变极比为p/q的换相变极绕组，转子绕组有2m个出线端，其中p对极的m个出线端和q对极的m个出线端作反相序连接；两套绕组按一套绕组p对极的m个出线端和另一套绕组q对极的m个出线端作反相序联接顺序连接。

本发明的基本思想来源于由两台转子绕组作反相序串级联接绕线型感应电机构成的双馈调速机组。这种双馈调速机组有好的调速效果，但体积较大，结构也复杂。本发明的想法是尽可能做到采用单绕组来代替双馈调速机组中的两套转子绕组，以达到简化电机结构的目的。为此，本发明对绕线转子绕组的构成提出“来复利用”的构想，利用交流电机变极绕组理论，采用“异极反相序串联”的方法使转子绕组重复利用两次，也即对同一套转子绕组中两种极对数，都既能产生感应电势又能互相作为对方反相序的励磁源，起到双重作用。值得注意的是，与通常的笼形结构转子绕组相比较，本发明转子绕组同时可产生p和q对极这两个旋转方向相反磁势的机理是有所不同的，通常笼形转子绕组的p和q对极磁势是相同导体中流过电流而产生的，而本发明转子绕组则是在原理上可看成是两套不同极对数的三相绕组反相序串联而成，每套绕组导体只产生一种极对数的磁势，因为利用了3Y并联接法换相变极绕组的特点，从而使转子绕组导体得到重复利用，只用一套绕组就可以完全达到两套绕组的效果。

总之，与通常无刷双馈电机中的笼形结构转子绕组相比较，本发明转子绕组有更多的特点。首先，笼形转子绕组因为结构的限制，同时产生的极对数p和q只能是倍极比的关系，而本发明转子绕组的极对数p和q则是可以任意选择的；第二，笼形转子绕组无论是对于极对数p或是q，绕组分布系数都不太高，谐波含量也较高，这直接限制了其应用，而本发明利用换相变极绕组理论，可以使两种极数下的绕组分布系数都得到提高，谐波含量则可降低；第三，笼形转子绕组所产生的极对数p和q的绕组有效匝数比很难加以调整，本发明转子因为采用的是绕线转子绕组，接线方式要灵活得多，极对数p和q绕组有效匝数比可以根据需要任意调整；第四，由于绕线转子绕组接线方式的灵活性，本发明的特性和通常无刷双馈电机相比可以有很大不同。本发明转子绕组能设计成一种极对数p的绕组有效匝数相对另一种极对数q的绕组有效匝数要多，这时转子绕组产生的极对数p将会比极对数q磁势幅值要大得多，这样，当极对数为p的定子绕组接电网电源，本发明可以直接以极对数p运行，而不是像通常无刷双馈电机那样以极对数p+q运行。

附图说明

图1为本发明p/q，3Y/3Y换相变极异极反相序串联接的转子绕组的示意图；

图2为本发明p/q，3Y+Y/3Y换相变极异极反相序串联接的转子绕组的示意图；

图3为本发明p/q，3Y+Y/3Y+Y换相变极异极反相序串联接的转子绕组的示意图；

图4为本发明p/q，3Y+3Y/3Y+3Y换相变极异极反相序串联接的转子绕组示意图；

图5为本发明2/1，24槽，3Y/3Y换相变极异极反相序串联接的转子绕组的示意图；

图6为本发明3/2，36槽，3Y+Y/3Y换相变极异极反相序串联接的转子绕组的示意图；

图7为本发明2/1，36槽，3Y+3Y/3Y+3Y换相变极异极反相序串联接的转子绕组示意图。

具体实施方式

本发明的实质在于电机转子绕组方式不同于现有的交流无刷双馈电机的转子绕组方式，而电机的其它结构部分与现有技术相同，故下面只就电机绕线转子绕组部分对本发明作进一步的说明。

首先以本发明绕线转子绕组的一种基本构成为例说明。本发明转子绕组的基本部分是极对数为p和q的3Y并联接法换相变极绕组，如图1所示，这个3Y并联接法换相变极绕组有分为两组的6个出线端，每组3个出线端，标记为p_a、p_b、p_c和q_a、q_b、q_c，分别对应p对极和q对极，两组出线头之间按反相序关系联接，也即p_a和q_c、p_b和q_b、p_c和q_a分别联接，其工作原理如下。

众所周知，用于定子的极对数为p和q的3Y并联接法换相变极绕组，如果在出线端p_a、p_b、p_c接入三相电源，出线端q_a、q_b、q_c悬空，则呈现p对极；反之，如果在出线端q_a、q_b、q_c接入三相电源，出线端p_a、p_b、p_c悬空，则呈现q对极。本发明是将3Y并联接法换相变极绕组用于转子绕组，并且将出线端p_a、p_b、p_c和q_a、q_b、q_c反相序联接。这样，当定子上放置有极对数分别为p和q的两套三相绕组时，若将极对数为p的定子绕组接电网电源，转子绕组因为出线端p_a、p_b、p_c和q_a、q_b、q_c反相序联接，这时在定子p对极旋转磁场下感应产生的转子电流，除因从出线端p_a、p_b、p_c流出使转子绕组产生p对极旋转磁势外，还因注入到出线端q_a、q_b、q_c使转子绕组产生相对p对极反向旋转的q对极磁势。同样，当极对数为q定子绕组接入变频电源时，转子绕组也既能产生q对极旋转磁势，又能产生反向旋转的p对极旋转磁势。这样，当极对数为p的定子绕组接电网电源，同时在极对数为q的定子绕组接入变频电源，两套定子绕组通过转子相互作用，调节变频电源频率，本发明将可以如同前述无刷双馈电机一样进入变频调速工作态。

图2所示接法绕组是在图1绕组p对极与q对极出线端之间串联了一个p对极的A_p、B_p、C_p三相绕组构成，调节这个串联绕组与3Y并联绕组之间的匝数比，即可做到极对数p比极对数q转子磁势幅值要大。

由于图2所示接法绕组可以做到极对数p比极对数q转子磁势幅值要大，这意味着本发明能直接以极对数p运行，这时候本发明适合的调速范围可以为n＝f₁/(p+q)和n₁＝(f₁/p)之间，在这个范围内，变频器将总是输出功率，而不会有电能通过变频器反馈到电网。显然，在这种情况下，本发明将特别适合风机水泵类负载的调速，因为这类负载往往只需要向下调速，调速范围也不太大。对这种负载，本发明可以选择额定转速为n₁＝(f₁/p)，这时候无需变频器即可如同普通单速标准电机那样正常工作。需要调速时，接入变频器即可进入调速工作态，这时本发明转速为n＝((f₁+f₂)/(p+q))。只要转速不低于n＝f₁/(p+q)，变频器就将总是输出功率，不会有能量返回到电源。

也可以在3Y并联绕组的出线端p_a、p_b、p_c和q_a、q_b、q_c分别反相序串联连接极对数分别为p和q的两套三相绕组，如图3所示，这种接法的一个好处是并联部分绕组可以不局限于3Y接法，也可以为3Y/4Y或其它多星并联接法。

图4所示为本发明转子绕组的另一种接线方案。图4采用的是两套接法相同，变极比为p/q的3Y并联接法换相变极绕组，也按上述“来复利用”的思想，采用一套绕组的p对极的三个出线端与另一套绕组q对极的三个出线端反相序联接，这种接法可能的好处是两套绕组的线圈节距，有效串联匝数，甚至绕组线圈连接方案都可以不同，从而可能提供更多的选择。

图5所示为2p＝4，2q＝2，槽数为24的转子绕组实例。其中，4极为60°相带，2极为120°相带，为减少支路间的环流，线圈采用了两种不同的匝数(图中用上标1和2区分)。

图6所示为2p＝6，2q＝4，槽数为36的转子绕组实例。其中6极为90°相带，3Y+Y接法，4极为60°相带，3Y接法。

图7所示为2p＝4，2q＝2，槽数为36，采用两套3Y并联接法换相变极绕组异极反相序互相串联连接的转子绕组实例。其中，4极和2极均为120°相带，线圈采用了三种不同的匝数(图中用上标1、2、3区分)。

以上举例说明了本发明转子绕组的连接形式，也说明了这种形式的多样性。实际应用中，可根据具体情况，按以上所述基本原理，实现任意槽数和极数转子绕组的连接。

Claims

1.一种交流无刷双馈电机，其定子绕组具有p和q两种不同的极对数，转子绕组为m(m为大于2的整数)个m相星形连接并联构成的、变极比为p/q的换相变极绕组，其特征在于，转子绕组有2m个出线端，其中p对极的m个出线端和q对极的m个出线端作反相序连接。

2.按照权利要求1所述的电机，其特征在于，该电机转子上还具有另一套p对极m相绕组，换相变极绕组的p对极m个出线端和p对极m相绕组串接后再与q对极的m个出线端作反相序连接。

3.按照权利要求1所述的电机，其特征在于，该电机转子上还具有另两套分别为星型连接的p对极m相绕组和q对极m相绕组。换相变极绕组的p对极m个出线端和q对极m相绕组作反相序连接，q对极的m个出线端和p对极m相绕组作反相序连接。

4.按照权利要求1所述的电机，其特征在于，该电机转子上还具有一套转子绕组为m(m为大于2的整数)个m相星形连接并联构成的、变极比为p/q的换相变极绕组，转子绕组有2m个出线端，其中p对极的m个出线端和q对极的m个出线端作反相序连接；两套绕组按一套绕组p对极的m个出线端和另一套绕组q对极的m个出线端作反相序联接顺序连接。