CN1663099A - 电动机绕组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单相或多相交流电动机或同步发电动机，它们具有初级绕组(主绕组)以及去饱和附加绕组。通过一个或多个电容器以与每个相应的主绕组相反的相角和相反的磁场方向来对每个附加绕组供电。在每个所述主绕组和所述附加绕组上使用的导线尺寸的总横截面是预定的尺寸，并且最好按照下述大致比率：用于主绕组的为大致2/3，用于所述附加绕组的为大致1/3，这个电容器值是预定的尺寸。构成方法其特征在于：作为单个步骤在单个操作中一次制作两个绕组。

Description

电动机绕组

技术领域

本发明涉及高效低输入交流电动机、不同(varied)尺寸和不同速度的高输出同步发电动机，并且涉及具体的构成方法。

背景技术

公知，单相交流电动机的使用以较小的尺寸、从分数的马力到大约10马力，其后三相电动机一般用于大的应用场合。

在1984年5月1日授予Cravens L.Wanlass的题目为“控制磁通密度的多相电机”——或是电动机或发电动机——的美国专利第4,446,416A号中，提供了一种具有主绕组和附加控制绕组的定子铁心。通过控制在定子铁心中的磁通密度而在多相电机中优化了所述磁通密度。

主(main)多相定子绕组绕在磁芯上，这个绕组包括多个绕组，每个绕组代表单相。电容器与所述每个绕组连接在串联电路中。

本发明很清楚，在说明书中清楚地描述。

还可以从授予Wen，Hung-Ying的、题目为“单相感应电动机”的、公布日期为1976-09-09的德国专利申请第2508374号了解电动机附加绕组技术。这个专利申请仅仅公开了具有两个起动绕组的单相电动机的感应管理，以便提高起动电容器的电压。它还制作了具有两组起动绕组的单相感应电动机，其具有较好的运行功率因数和改善的起动转距。

发明内容

本发明涉及交流电动机，具体涉及这样的交流电动机，它可以是单相电动机或具有至少三相的多相电动机或具有两个或多个磁极的同步发电动机，它们具有主初级绕组以及去饱和的附加绕组，其中通过至少一个或多个电容器以与每个相应的主绕组相反的相角和相反的磁场方向对每个附加绕组供电，在每个主和附加绕组上使用的导线的总横截面为预定值。这个比率最好可以大致是2/3用于主绕组，大致1/3用于附加绕组。

本发明的优选形式包括用于交流电动机的绕组作业，所述电动机的两个绕组在仅仅一个操作中一次被制作来作为单个步骤。

方便地，本发明包括用于使用一个公式来计算附加绕组电容器的作业(process)，在所述公式中，以微法表示的电容器值与当前在一个作业中由电动机或同步发电动机耗用的实际总的负荷成正比，与线电压的平方成反比，并且受在0.25×10⁶和0.3×10⁶之间的范围内的倍率影响。

有益地，按照本发明的单相电动机包括耦接到主公共点和线电压的第一与第二主电位线(potential)的第一和第二主绕组、耦接到绕组电容器和与所述第一和第二主绕组并联的第一和第二电位线的第一和第二附加绕组，第一和第二附加绕组中的每个产生与第一和第二主绕组中的对应的一个相反方向的磁场。

一个明显的优点是每个第一和第二主绕组具有主导线尺寸，并且第一和第二绕组中的每个具有附加导线尺寸，其中主导线尺寸是附加导线尺寸的大约两倍。

附图说明

现在参照附图仅仅通过示例来说明本发明，其中：

图1描述了一种公知的单相电动机；

图2描述了一种公知的三相△接法电动机；

图3示出了一种公知的三相△接法电动机；

图4示出了一种改进的公知单相电动机；

图5描述了一种电动机的改进的公知△接法；

图6示出了一种电动机的改进的公知星形接法；

图7示出了电动机的公知绕组间隔连接；

图8描述了按照本发明的单相电动机；

图9示出了按照本发明的△接法的三相电动机；

图10示出了按照本发明的星形接法的三相电动机；

图11示出了按照本发明的三相电动机的△相邻磁极上的四个磁极的绕组间隔连接。

具体实施方式

在本发明中，在图1-7中制作了公知设计的电动机技术背景。

图1示出了一种公知的单相电动机，它具有运行绕组(1)、起动绕组(2)和运行(run)电容器(3)。

图1-7的不同公知设计中的相同的附图标号以及在图8-11的本发明的特征中描述的那些标号，提供用于在公知特征和按照本发明的那些发明步骤之间进行比较研究。

在图1中，通过用于电动机结构的导线尺寸的饱和程度(satuation level)解释了公知技术有限的效率。

图2和3示出了传统的三相电动机和绕组示为附图标号(1)、(2和(3))，三相的输入线电压示为(R)、(S)和(T)，并且星形连接的中性点为(O)。

在公知的三相电动机中，结构根据所需要的速度使用特定数量的磁极，和根据转距、马力和电压需要使用内部连接的星形或△接法。

在单相和三相电动机中，一般利用不同标准的通常可获得的绝缘材料来缓和受温度影响的热损耗。

还公知，通过提供与被加到起动绕组电路的离心式开关或断路继电器串联的起动电容器来改进单相电动机。以微法为单位的电容器尺寸的精确计算优化了电动机的效率，增强了起动转距、起动电流和运行温度。

图4是单相电动机的另一种设计，其中示出了运行绕组(1)、起动绕组(2)、起动电容器(3)、离心式开关或断路继电器(4)和运行电容器(5)。

图5示出了三相电动机，提供了附加绕组通过电容器供电和并且与主绕组并联。这个附图表示了△接法。三个主绕组是(1)、(2)和(3)，三个附加绕组是(4)、(5)和(6)。附加绕组电容器是(7)、(8)和(9)，三相线电压连接是(R)、(S)和(T)。

图6表示了星形接法，它具有三个主绕组(1)、(2)和(3)以及三个附加绕组(4)、(5)和(6)。附加绕组电容器(7)、(8)和(9)、三相线电压连接是(R)、(S)和(T)和星形的中性点是用于主绕组(OP)和用于附加绕组(OS)的。

图7描述了绕组间隔连接，并且示出了四磁极的相邻磁极一个△接法(four pole one delta adjacent poles)、三相绕组与主和附加绕组的内部连接。

在线(R)中的连接点对于主绕组被标为(4)，对于附加绕组被标为(7)。线(S)对于主绕组被标为(6)，对于附加绕组被标为(8)。线(T)对于主绕组被标为(5)，对于附加绕组被标为(9)。附加绕组电容器被标为(1)、(2)和(3)。说明在每个主和附加绕组上的相应△连接，存在物理不平衡的图形。△连接(6)相对于△连接(4)和(5)总的来说不均衡。

△连接(8)相对于△连接(7)和(9)总的来说不均衡。这个物理不平衡影响相对于转子的旋转方向(顺时针或逆时针)的两个绕组之间的相角滑动。这种绕组间隔连接影响在一个旋转方向中的节能。

在传统的三相电动机上作业上述技术实现了下述：

将整体铜密度提高大约15％；

将传统的绕组分开为按照1/2的比率的两个独立的绕组；

将传统的绕组转换为相邻磁极连接的重叠的布局(不能使用中间(consequent)磁极类型绕组)；

将传统的绕组的连接转换为关于原始数量电路的△接法；

以微法计算附加绕组电容器额定值；

公式： $C=P\×\frac{{\left(460\right)}^2}{{\left(E\right)}^2}\×1.5$

C是每相的以微法为单位的电容器值‘

P是电动机理论上的额定马力；

1.5是从研究实验得到的倍率；

460是恒定基准电压。

本公式未考虑到在电动机的负荷参数下工作的实际磁场，使我们不能精确地计算最佳的电容器值。因此，即使这些种类的电动机以较好的功率因数运行并且节省一些能量，它们也是较差质量的产品，具有较短的使用寿命，它们可以被改进。

图8描述了按照本发明的单相电动机。其示出主绕组以通过中点(O)分开的两个半部分(1a)和(1b)。附加绕组还示出了通过电容器(6)分开的两个半部分(5a)和(5b)。还被示出起动绕组(2)、起动电容器(3)和离心式开关或断路继电器(4)。按照本发明的单相电动机描述了与主绕组并联的附加绕组。所述半部分的每个彼此具有相反的磁场方向，并且在中性点连接到电容器。主绕组的中性点用于双电压目的。

图9示出了按照本发明的△接法的三相电动机。主绕组是(1)、(2)和(3)，附加绕组是(4)、(5)和(6)。附加绕组电容器是(7)、(8)和(9)，三个主绕组的△连接点是(R)、(S)和(T)。应当注意，按照本发明，输入的线电压连接点是(Ra)、(Sa)和(Ta)。每个附加绕组从与其相应的主绕组不同的相供电，这使得它在相反的磁场饱和，并且具有使得它按预定电容器值可以向这个绕组供电。

图10描述了按照本发明的在星形接法的三相电动机。三个主绕组是(1)、(2)和(3)，三个附加绕组是(4)、(5)和(6)。附加绕组电容器是(7)、(8)和(9)，并且星形连接点是(O)，三个线电压连接是(R)、(S)和(T)。

每个附加绕组以与其相应的主绕组不同的相供电。主绕组(1)的去饱和附加绕组(4)通过电容器(7)连接到主绕组(2)的线(5)。主绕组(7)的去饱和附加绕组(5)通过电容器(8)连接到主绕组(3)的线(T)。

主绕组(3)的去饱和附加绕组(6)通过电容器(9)连接到主绕组(1)的线(R)。这清楚地示出了不同绕组的相反磁场位置。应当注意，按照本发明，具有单星形连接点。

图11表示了按照本发明的用于三相电动机的四磁极的相邻磁极一个△接法的绕组间隔连接。线(R)的连接点是用于主绕组的点(4)和用于附加绕组的点(7)。连接点(6)是用于线T的，连接点(8)是用于附加绕组的。附加绕组电容器是(1)、(2)和(3)。

应当注意，每个主和附加绕组的相应△连接使主绕组的三个△点(4)、(5)和(6)彼此良好地对称和等距离。这种新颖的接法总地纠正了与旋转方向相关联的效率和节能问题。这种创新性的说明提供了四磁极的一个△电路，它纠正了在△接法或星形接法中的在其他速度和多个电路下的旋转问题。

因此，为了转换单相或三相磁极，如在本发明中所述，注意下面的优点：

在铜密度上没有改变；

将传统的绕组分开为按照大致比率1/3和2/3的两个不同的和独立的绕组；

对于原始类型的绕组布局、相邻或中间磁极不要求变化。

按照本发明的两种绕组可以在单个步骤在仅仅一个操作中一次被卷绕和插入。可行的是，计算每相以微法为单位的附加绕组电容器的值。这个值与每相的以安培为单位的实际全负荷电流成正比，并且与以伏特为单位的线电压的平方成反比。然后通过大致在0.25×10⁶和0.3×10⁶之间的倍率来确定值定时(value timing)。在彼此相反的磁场方向和不同的相进行所述两种新颖的相互连接。

因此，按照本发明很有益提高整体效率、功率因数的明显改善、起动电流、运行电流和全负荷电流的显著的降低。

方便地，每个附加绕组通过一个或多个电容器以与每个相应的主绕组相反的相角和相反的磁场方向供电，其中在每个主和附加绕组上使用的导线尺寸的总的横截面是预定的尺寸。

适合地，绕组电容器值的计算过程按照特定的公式，其中以微法为单位的电容值与由电动机耗用的或由同步发电动机产生的以安培为单位的实际全负荷电流成正比，与线电压的平方成反比，并且受大致在0.25×10⁶和0.3×10⁶之间的倍率影响。

应当明白，单相电动机其特征在于：耦接到主公共点和线电压的第一与第二主电位线的第一和第二主绕组，耦接到绕组电容器和与所述第一和第二主绕组并联的第一和第二电位线的第一和第二附加绕组，第一和第二附加绕组中的每个产生与第一和第二主绕组中的对应的一个相反方向的磁场。

优选的是，所述第一和第二主绕组具有主导线尺寸，并且第一和第二附加绕组中的每个具有附加的导线尺寸，其中主导线尺寸是附加导线尺寸的大约2倍。

按照方便的形式，多相电动机包括多个主绕组，它们在具有线电压的三个线连接点以△接法连接，每个主绕组具有主导线尺寸，多个分段(segment)与多个主绕组并联连接。每个分段包括附加绕组和绕组电容器，附加绕组具有附加导线尺寸和与对应的一个主绕组不同的相，并且产生与对应的一个主绕组相反方向的磁场。

Claims (17)

1.一种包括至少单相电动机或具有至少三相的多相电动机的交流电动机或具有两个或多个磁极的同步发电动机，它们具有主初级绕组以及去饱和次极附加绕组，其特征在于，通过一个或多个电容器以与所述每个相应的主绕组相反的相角和相反的磁场方向来对每个附加绕组供电，在每个所述主绕组和所述附加绕组上使用的导线尺寸的总横截面为预定值。

2.按照权利要求1的电动机，其特征在于，在每个所述主绕组和所述附加绕组上使用的导线尺寸的总横截面按照相应比率：用于所述主绕组的为大致2/3，用于所述附加绕组的为大致1/3。

3.按照权利要求1的交流电动机，其特征在于，供电到附加绕组中的每相的电容器的以微法为单位的值与由所述电动机耗用或由同步发电动机产生的以安培为单位的实际全负荷电流成正比，与线电压的平方成反比，并且对应于一个倍率，所述倍率在大约0.25×10⁶和0.3×10⁶之间的范围内。

4.用于交流电动机的绕组作业，其特征在于作为单个步骤在仅仅一个操作中一次制作两个电动机绕组。

5.一种用于应用一个公式计算在权利要求1或4中所述的交流电动机的附加绕组电容器值的作业，其公式中以微法为单位的电容值与由所述电动机耗用或由同步发电动机产生的以安培为单位的实际全负荷电流成正比，与线电压的平方成反比，并且受在大约0.25×10⁶和0.3×10⁶之间的范围内的倍率影响。

6.一种单相电动机，其特征在于：

(a)耦接到主公共点和线电压的第一与第二主电位线的第一和第二主绕组；和

(b)耦接到绕组电容器和与所述第一和第二主绕组并联的第一和第二电位线的第一和第二附加绕组，第一和第二附加绕组中的每个产生与第一和第二主绕组中的对应的一个相反方向的磁场。

7.按照权利要求6的电动机，其特征在于，每个第一和第二主绕组具有主导线尺寸，并且第一和第二绕组中的每个具有预定尺寸的附加导线尺寸。

8.按照权利要求7的电动机，其特征在于主导线尺寸是附加导线尺寸的大约两倍。

9.按照权利要求7的电动机，其特征在于，绕组电容器具有与全负荷电流成正比、与线电压的平方成反比的电容，并且具有一个倍率，所述倍率在大约0.25×10⁶和0.3×10⁶之间。

10.一种多相电动机或同步发电动机，其特征在于：

(a)多个主绕组，在具有线电压的三个连接点以Δ接法连接，每个主绕组具有主导线尺寸；

(b)与多个主绕组并联的多个分段，每个分段包括附加绕组和绕组电容器，附加绕组具有附加导线尺寸和与对应的一个主绕组不同的相，并且产生与对应的一个主绕组相反方向的磁场。

11.按照权利要求10的电动机或同步发电动机，其特征在于，主导线尺寸大约是附加导线尺寸的两倍。

12.按照权利要求10的电动机或同步发电动机，其特征在于，绕组电容器具有与全负荷电流成正比、与线电压的平方成反比的电容，并且具有倍率，其中所述倍率在大约0.25×10⁶和0.3×10⁶之间。

13.一种构成单相电动机或同步发电动机的方法，其特征在于，步骤：

(a)将第一和第二主绕组耦接到主公共点和线电压的第一与第二主电位线；

(b)将第一和第二附加绕组耦接到绕组电容器和与所述第一和第二主绕组并联的第一和第二电位线，第一和第二附加绕组中的每个产生与第一和第二主绕组中的对应的一个相反方向的磁场。

14.按照权利要求13的构成方法，其特征在于，主导线尺寸是附加导线尺寸的大约2倍。

15.一种构成多相电动机或同步发电动机的方法，其特征在于，步骤：

(a)将多个主绕组在具有线电压的三个连接点以Δ接法连接，每个主绕组具有主导线尺寸；

(b)将多个分段与多个主绕组并联，每个分段包括附加绕组和绕组电容器，附加绕组具有附加导线尺寸和与对应的一个主绕组不同的相，并且产生与对应的一个主绕组相反方向的磁场。

16.按照权利要求15的构成方法，其特征在于主导线尺寸是导线尺寸的大约2倍。

17.一种单相或具有至少三相的多相的交流电动机或具有两个或多个磁极的同步发电动机，它们包括主初级绕组以及去饱和附加绕组，其中，通过至少一个或多个电容器来对每个附加绕组供电，其中通过一个或多个电容器以与每个相应的主绕组相反的相角和相反的磁场方向来对每个附加绕组供电。

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