CN1976179A - 一种三相绕线转子感应电动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三相绕线转子感应电动机，其定子上布置有三角形三相定子绕组，其顶点上的出线端为在正常运行时连接到三相电源出线端；每相绕组中的线圈为串联连接，每相绕组的线圈上设有中间抽头，分别将线圈分为两个部分，中间抽头作为另外三个出线端，在起动时连接到电源出线端，开关装置切换不同的电源出线端，转换起动和正常运行两种工作状态；转子上布置有由复合线圈为基本单元构成的多相对称绕组；复合线圈由位于同一转子槽中的两个匝数不同的子线圈并联联结构成。本发明起动和运行状态的转换是采用开关装置通过定子边绕组不同出线端之间的切换进行的，转子上无需安装滑环，这不但简化了转子机械结构，也消除了因此带来的故障隐患。

Description

一种三相绕线转子感应电动机

技术领域

本发明属于电动机领域，具体涉及一种定子绕组采用三角变三角联结法起动的三相绕线转子感应电动机，是一种利用定子绕组起动时产生较强磁动势谐波的原理来实现无滑环电刷的绕线转子感应电动机。

背景技术

普通三相感应电动机能够自起动，但如不采取任何措施直接投入电网起动，起动电流往往很大(额定电流的5～7倍)，而起动转矩并不太大，在许多场合应用需要限制起动电流，同时又要保证有足够大的起动转矩。

为做到既限制感应电动机的起动电流同时保证有足够大的起动转矩，目前所采用的起动方法主要有：1)降压起动法；2)变频起动法；3)变极起动法；4)转子绕组串联电阻起动法；5)谐波起动法等。这些起动方法中，方法1)需要电抗器或是晶闸管调压装置等，虽然可限制起动电流，但同时也降低了起动转矩；方法2)能做到既有小的起动电流同时保证起动转矩，但需要有专用的变频器；方法3)无需其它附加起动设备，因而最为简单，但不能起动到额定转速，由起动转换至工作态时仍可能造成大的电流冲击；方法4)必须用带有滑环的绕线型感应电动机，有好的起动性能，也能起动至额定转速，但由于转子电路中存在着容易出故障的滑动触点，且必须串入起动电阻才能顺利起动，导致转子结构复杂，可靠性低，维护困难，并使实际运行时的效率降低；方法5)采用谐波起动法的绕线转子电动机也具有转子回路中无滑环电刷的特点，但过去只是在一些中小型电机上得到了一些应用，主要原因是这种电机存在线圈制造工艺复杂、运行性能指标及可靠性较低等问题，而解决这些问题的关键还主要在于采用适宜的定子绕组接线方式。

关于谐波起动电机的定子绕组接线方式，按谐波起动法原理要求，定子绕组必须设计成具有可用开关转换的，起动时含有较强磁动势谐波，运行时谐波自行消除的两种工作状态。目前所采用满足上述要求的定子绕组接线方式主要为部分绕组的起动方式，例如Y/YY、Δ/3Y、或大小双星并联接法等，这些接线方式均有6个出线端，起动时将一部分绕组接入三相电源，而另一部分绕组丢弃，由此来产生起动所需的定子磁动势谐波，起动过程完成后，再将丢弃的那一部分绕组并联接入三相电源，转入正常工作状态，这种方法由于起动时只有一部分绕组接入电源，所以又称“部分绕组起动法”。

部分绕组起动法的主要优点是可以不断电地由起动状态转换为正常工作状态，但也存在以下两个问题：一是正常运行时两部分绕组必须通过两根三相外接电缆连接两个主接触器并联到电源工作，这种与常规电机不一样的运行控制方式实际中发现可靠性较低，原因是当其中一个接触器发生诸如接触不良、缺相等故障时，如未及时发现就往往会导致电机损坏，并且如果这两根外接电缆阻抗不能很好地匹配的话，也会引起两部分绕组间的环流，从而降低电动机运行的整体效率并可能由此引起故障；另外，这两个部分绕组的线圈匝数或是导线截面往往不同，线圈节距的选择受到限制，使得制作工艺复杂，电机运行性能也因此会受到影响。

发明内容

为解决上述存在的问题，本发明提供了一种三相绕线转子感应电动机，该电动机具有高起动转矩，因而能够做到满载起动，并有着高的运行效率和可靠性。

本发明提供的一种三相绕线转子感应电动机，包括定子和转子，其特征在于：定子上布置有一套接线方式为三角形的三相定子绕组，三角形顶点上的三个出线端为在正常运行时连接到三相电源出线端；每相绕组中的线圈为串联连接，每相绕组的线圈上设有中间抽头，分别将线圈分为两个部分，三个中间抽头作为另外三个出线端，在起动时连接到三相电源出线端，开关装置用于切换不同的电源出线端，转换起动和正常运行两种工作状态；转子上布置有由复合线圈为基本单元构成的多相对称绕组；所述复合线圈由位于同一转子槽中的两个匝数不同的子线圈并联联结构成。

本发明是一种定子绕组采用三角形接法的无滑环电刷三相绕线转子感应电动机，起动时利用了全部线圈。本发明起动和运行状态的转换是采用开关装置通过定子边绕组不同出线端之间的切换进行的，转子上无需安装滑环，这不但简化了转子机械结构，也消除了因此带来的故障隐患。若适当选取谐波的极对数，例如选取谐波极对数少于基波极对数，则本发明也可能做到在起动时达到额定工作转速，因而由起动转换至正常额定运行状时将不会产生过大的冲击电流。

附图说明

图1为本发明定子绕组构成原理示意图，相绕组抽头在中间位置；

图2为本发明定子绕组构成原理示意图；相绕组抽头在非中间位置；

图3为本发明转子复合线圈导体槽中布置方式原理示意图；

图4为本发明转子绕组复合线圈连接示意图；

图5为本发明定子72槽，极对数p＝4，三相Δ/Δ联接绕组接线示意图；

图6为本发明转子96槽复合线圈绕组接线示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明定子上放置了一套极对数为p，接线方式为三角形的三相定子绕组，共有六个出线端，其中三个为在正常运行时连接到三相电源的出线端D₁、D₂、D₃，另外三个分别是每相绕组的中间抽头，为在起动时连接到三相电源出线端D₄、D₅、D₆，这时三相绕组同时具备极对数p和极对数q。采用开关装置切换不同的出线端来进行起动和正常运行两种工作状态的转换。每相绕组中的线圈为串联连接，其中每相绕组的中间抽头D₄、D₅、D₆把每相绕组的线圈分为两个部分，三相绕组共分为六个部分，如图1所示，分别记为A_I、A_II、B_I、B_II、C_I、C_II。每相绕组中两个部分线圈的串联连接顺序与分配比例，也即中间抽头的位置，可以根据电机起动特性所要求该绕组产生的p对极与q对极磁动势相对幅值而加以改变，如图2所示。

本发明转子绕组则设计成：对应于三相定子绕组起动状态，转子自动等效呈现高阻抗，这时既可降低起动电流又可提高起动转矩；对应于三相定子绕组运行状态，转子等效呈现低阻抗，这时将有着高的运行效率。

如上所述，本发明对应于起动和正常运行两种工作状态，转子分别呈现不同的阻抗值，实现这一点的关键则需要采用如下所述特殊设计的转子绕组线圈--“复合线圈”。

图3所示的转子槽中共布置有N₂根导体，分作N₂₁与N₂₂两个部分。其中N₂₂内部通以相反电流的导体成对出现，所产生的槽磁势相互抵消，也即使转子总漏抗受到削弱，这部分导体称作“无感导体”，其在转子电路中将只起到纯电阻的作用。这N₂根导体构成线圈时的具体连接为，N₂₁与N₂₂/2相串联，形成一个匝数为N₂₁+N₂₂/2的多匝子线圈，剩下的导体则形成一个匝数为N₂₂/2的少匝子线圈，这两个匝数不同的子线圈并联联结，就构成一个“复合线圈”，如图4所示。

从图4可以看出，这种由两个匝数不同的子线圈构成的“复合线圈”，当其a、b两端不连接时，内部也能自成闭路。因线圈感应电势与匝数成正比，两个匝数不同的子线圈在气隙磁场中将分别感应电势E₂₁+E₂₂/2和E₂₂/2，按图1b所示参考方向，沿内部闭合回路，线匝N₂₂所含两组导体产生的电势相互抵消，而线匝N₂₁所产生的电势不能抵消，因而在回路中引起电流I_C。该电流对这两个同槽布置的子线圈来说，流过方向正好相反，于是，由线匝N₂₂所产生的磁势也相互抵消，整个复合线圈只有线匝N₂₁能产生有效磁势。这时如令K_ρ＝N₂/N₂₁，并设转子槽导体数为N₂时的常规接法绕线电机折算至定子边的转子电阻为r₂′＝r0，则采用无感绕组或复合线圈时折算至定子边的转子电阻为将增大为 $r_2^{\′}=K_{\mathrm{\ρ}}^2{r}_0.$

值得注意的是，上述转子电阻的折算值增大的同时，由于“无感”的作用，转子漏抗则可能不会增大，可以证明，这时也等效于转子导体电阻率从ρ增大到了K_ρ ²ρ，这也表明，过去为达到提高转子电阻目的而不得不采用的各种高电阻率导电材料，若采用上述“无感”原理，就可以只用一种导电材料，而调整其对应K_ρ值来同样达到。

上述技术方案工作原理可说明如下。

本发明如图1或图2所示可以看出，定子三相绕组出线端D₁、D₂、D₃连接到三相电源时，三相绕组中每相绕组分别由两部分构成，即A_I+A_II、B_I+B_II、C_I+C_II，为极对数为p的三相正规60°相带绕组，只产生极对数为p的基波旋转磁动势；而定子三相绕组的中间抽头出线端D₄、D₅、D₆连接到三相电源时，如图1或图2所示可以看出，三相绕组中每相绕组的构成分别变为A_II+B_I、B_II+C_I、C_II+A_I，也即现在的相绕组是由原来不同相的两部分线圈顺向串联而成的，这时除产生极对数为p的基波外，还产生极对数为q(q≠p)的与基波磁动势同转向的谐波旋转磁动势。于是，当本发明起动时，定子三相绕组的中间抽头出线端D₄、D₅、D₆连接到三相电源，转子绕组对应于定子绕组产生的q极对数谐波磁动势自动等效呈现为高阻抗，这时既可降低起动电流又可提高起动转矩，当起动过程完毕，通过开关装置将三相电源由定子三相绕组中间抽头出线端D₄、D₅、D₆换接到出线端D₁、D₂、D₃，这时的定子三相绕组为极对数p的正规60°相带绕组，只产生极对数p的基波磁动势，而q对极谐波磁动势消除，本发明转入运行状态，转子等效呈现为低阻抗，这时有着高的运行效率。这里要注意的是，调节每相绕组两个部分线圈的串联连接顺序与分配比例，也即中间抽头的位置，可以改变谐波含量，因而起动特性也会随之改变，但是，因为正常运行时定子三相绕组通过出线端D₁、D₂、D₃接入三相电源，定子三相绕组对应的是极对数为p的正规60°相带绕组，所以这时不会对正常运行有任何影响。

本发明的一个实施例如下。

一台定子72槽，转子96槽的电机，正常运行极对数为p＝4，并取谐波起动极对数为q＝3，其中定子三相绕组为前述三角形接法绕组，而其转子绕组采用前述复合线圈构成，定子绕组具体接线方式如图5所示，转子绕组具体接线方式如图6所示。从5可以看出，对应于出线端D₁、D₂、D₃，三相定子绕组为8极正规60°相带绕组；对应于出线端D₄、D₅、D₆，三相定子绕组除产生8极基波旋转磁动势外，另外还产生了6极谐波旋转磁动势。从图6则可以看出，对于起动时的6极而言，该转子绕组为复合线圈特性，对定子可以呈现较高电阻，因而可以有着良好的起动特性，但对于8极，该绕组为等效于24相，相带宽15°，绕组分布系数1.0，其性能指标与正常标准8极绕组相当，对定子呈现低电阻，这时将有着好的运行性能。

Claims (1)

1一种三相绕线转子感应电动机，包括定子和转子，其特征在于：

定子上布置有一套接线方式为三角形的三相定子绕组，三角形顶点上的三个出线端(D1、D2、D3)为在正常运行时连接到三相电源出线端；每相绕组中的线圈为串联连接，每相绕组的线圈上设有中间抽头(D4、D5、D6)，分别将线圈分为两个部分，三个中间抽头(D4、D5、D6)作为另外三个出线端，在起动时连接到三相电源出线端，开关装置用于切换不同的电源出线端，转换起动和正常运行两种工作状态；

转子上布置有由复合线圈为基本单元构成的多相对称绕组；所述复合线圈由位于同一转子槽中的两个匝数不同的子线圈并联联结构成。

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