CN2036721U - 无相带磁势谐波的三相异步电机 - Google Patents

Abstract

一种由定子、转子、机座、端盖组成的无相带磁势谐波三相异步电机，该电机的每极下每相绕组分布在2q或2q-1个槽中，每极下属一相的绕组每槽导体数按以下规律配置：

其在运行时不产生相带磁势谐波，降低了电机的附加损耗、振动、噪音，提高了电机的效率。在一定条件下还能节约电机的铜线和矽钢片。

Description

本实用新型属于三相异步电机。

电机中的谐波是产生附加损耗，引起噪音、振动的重要来源。其中由绕组产生的相带磁势谐波占有一定的份量。不同的绕组具有不同的磁势谐波含量。目前的三相异步电机，如《电机原理》的书籍与《电机工程手册》所介绍，采用如下几种绕组：（一）普通单层绕组，它的相带磁势谐波含量较高。（二）双层短距绕组，由于绕圈的短距作用，相带磁势谐波含量较单层绕组少。（三）单双层绕组，它的相带磁势谐波含量与双层短距绕组相当。（四）△－Y混合绕组，它把每极相绕组分成线径不同、匝数按一定比例配置的△接部分与Y接部分。它虽然能在双层短距绕组的基础上再消除或削弱一部分相带磁势谐波，但仍然不能消除所有的相带磁势谐波。另外由于它需要采用两种不同的导线，且实际的极相组数目增加了一倍，各极相组之间的联线增加，因而增加了制造工时，并且不能采用六根引出线，不能接成△接或Y接法，不能采用Y－△起动法，因而不能用于普通系列的三相异步电机（除非更改国家标准）。

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，发展一种新型的三相异步电动机，使其在运行时不产生相带磁势谐波，从而减少电机的附加损耗、振动、噪音，提高电机的效率。在一定条件下还能节约电机的铜线和矽钢片。

本实用新型的目的可以通过以下措施来达到：

本实用新型是由定子、转子、机座、端盖组成的无相带磁势谐波的三相异步电机，其特征是采用非等元件的双层同心式绕组，每极下每相绕组分布在2q或2q－1个槽中。每一极下属于一相的绕组（以下简称极相组）其每槽导体数随槽位置变化的理论规律为：

$\mathrm{N\; (\; X\; )\; =}\frac{\mathrm{cos\; (\; ｜\; x\; ｜\; +}\frac{\pi }{6})}{\cos \frac{\pi }{6}}\mathrm{N\; (o\; )}$

式中N（X）为离极相组中心线距离为X（用电角度表示）的槽中的导线数，N（o）为理论上处于极相组中心线处的槽导体数。每极相组宽度为120°电角度，相邻两极相组中心线距离为60°电角度，三相极相组的安排顺序亦与普通三相绕组一样为A、－C、B、－A、C、－B。每极下一相绕组的具体构成方法又分成以下两种：

（a）A类绕组，每极相组占有（2q－1）槽（q为每极每相槽数），极相组中心线在槽上，设n为槽号，处于中心线上的槽号n＝0，从中心线向两边n＝1，2，3，……直到（q－1）槽。

（b）B类绕组，每极相组占有2q槽，极相组中心线在齿上，从中心线向两边依次有n＝1，2，3，……直到第q槽。

绕组的具体计算：

1.设α为每槽电角度，则

α＝ (60°)/(q)

2.设第n槽至中心线的电角度为α（n），

A类绕组：α（n）＝nα

B类绕组：α（n）＝（n－ 1/2 ）α

3.设N（n）为第n槽属于该相的导线数，Z₁为按普通三相异步电机计算的每槽导线数，则

N（n）＝N（n）％·Z₁取整数。

式中N（n）％可按下式计算：

N（n）％＝ (qCoS〔30°＋α（n）〕)/(ΣN) ，其中

A类：

B类： $\mathrm{\ΣN}=2\underset{n=1}{\overset{q}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{CoS}[30+a\left(n\right)]$

每极每相串联导体数Z_P1

A类：Z_P1＝N（o）＋ N（n）

B类：Z_P1＝2 N（n）

每相串联导体数

Z_φ1＝Z_P1· (p)/(a)

绕组系数计算：

设v次谐波的绕组系数为K_apv，则

A类：

$K_{\mathrm{dpv}}=\frac{N\left(o\right)+2\underset{n=1}{\overset{q-1}{\mathrm{\Σ}}}N\left(n\right)\·\cos \left[a\left(n\right)v\right]}{Z_{\mathrm{pl}}}$

B类： $K_{\mathrm{dpv}}=\frac{2\underset{n=1}{\overset{q}{\mathrm{\Σ}}}N\left(n\right)\·\cos \left[a\left(n\right)v\right]}{Z_{\mathrm{pl}}}$

当v＝1时即基波绕组系数K_ap1。若N（n）的取整误差不大时，A、B类绕组的相带谐波绕组系数近似于零，可不进行计算；而基波绕组系数可如下计算：

A类：K_dp1＝ $\sqrt{3}$ q tg (30°)/(q)

B类：K_dp1＝

q Sin (30°)/(q)

线圈跨距计算：

设第n槽属于该相的线圈跨距为Y（n），则

A类：Y（n）＝3q－2n

B类：Y（n）＝3q－2n＋1

平均跨距Y值可按下式计算：

A类： $Y=\frac{Y\left(o\right)\·N\left(o\right)+2\underset{n=1}{\overset{q-1}{\mathrm{\Σ}}}Y\left(n\right)\·N\left(n\right)}{Z_{\mathrm{pl}}}$

B类： $Y=\frac{2\underset{n=1}{\overset{q-1}{\mathrm{\Σ}}}Y\left(n\right)\·N\left(n\right)}{Z_{\mathrm{pl}}}$

附图的图面说明如下：

图1是极相组每槽导体数N（x）随槽位置x而变化的理论规律。横坐标x为电机气隙圆周的展开以电角度度量；纵坐标为槽导体数，x＝0处为极相组中心线。

图2是三相极相组槽导体数分布的相互关系。横坐标为电机气隙圆周的展开；纵坐标为极相组槽导体数。为清楚起见，图中将三相的槽导体分布分别画在三根横坐标上，它们实际上是重在一起的。

图3是本实用新型A类绕组与B类绕组的区别。图中点划线为极相组中心线。图3a）为A类绕组（以q＝5为例），极相组中心线在槽上，每极相组占有2q－1＝9槽。图3b）为B类绕组（以q＝5为例），极相组中心线在齿上，每极相组有2q个槽。

图4是本实用新型实施例的一相绕组展开图。虚线表示下层，实线表示下层。图中只画出了A相，B相与C相可分别向前及向后推移16槽完全相似地画出。

本实用新型的实施例是将原Y225M－4、45KW三相异步电机的绕组换成本实用新型的B型绕组，而电机的其它结构保持不变。

原Y225M－4、45KW三相异步电机的绕组数如下：

定子槽数Q₁＝48，极数p＝4，每极每相槽数q＝4，每槽导体数Z₁＝20，线圈跨距Y＝11，支路数a＝2，每相串联导体数Z_φ1＝20×4×4／2＝160。每匝线圈用两根φ1.3与两根φ1.4的导线并绕而成。每台电机三相绕组共用铜线26.26kg。

换成本实用新型的B型绕组情况如下：

从极相组中心线标起各槽中属该相的导体算为：

第一槽20×0.8284＝16.57，取17匝、跨距Y＝11；

第二槽20×0.6357＝12.714，取13匝、跨距Y＝9；

第三槽20×0.3996＝7.99，取8匝、跨距Y＝7；

第四槽20×0.1363＝2.726，取3匝、跨距Y＝5。

这样实施本实用新型后，每极下每相槽导体数分布为：

3，8，13，17，17，13，8，3

绕组系数K_ap1＝0.90337，平均跨距Y＝9.146，绕组的支路数仍采用a＝2，每相串联导体数为Z_φ1＝2×（3＋8＋13＋17）×4／2＝164。每匝线圈改用四根φ1.3的导线并绕。每台电机三相绕组共用铜线23.08kg，比原Y225－4型电机节约3.18kg。

本实施例绕组的嵌线顺序如下：

①A相1～4槽及9～12槽下层；

②B相17～20槽及25～28槽下层；

③C相33～36槽及41～45槽下层；

④A相37～40槽及45～48槽下层；

⑤B相5～8槽及13～16槽下层；

⑥C相21～24槽及29～32槽下层；

⑦A相25～28槽及33～36槽上层；

⑧B相41～44槽及1～4槽上层；

⑨C相9～12槽及17～20槽上层；

⑩A相13～16槽及21～24槽上层；

（11）B相29～32槽及37～40槽上层；

（12）C相45～48槽及5～8槽上层。

本实用新型比现有技术具有如下优点：

1.本实用新型能消除所有的相带磁势谐波；

2.本实用新型的基波绕组系数在0.91左右，与一般采用双层绕组的普通系列三相异步电动机的大致相当，可直接代替后者，达到减少附加损耗，提高效率，减少噪音、振动的目的；

3.在实施本实用新型代替普通三相异步电机时，若基本保持效率满足国家标准不变，可根据情况采用较细导线或较短铁芯以节省铜线或矽钢片。

4.本实用新型克服了△－Y混合绕组需要两种导线、线组间联线增多、不能采用六根引出线、不能采用Y－△起动法等缺点。因此，实施本实用新型不需更改相应电机系列的国家标准。

Claims (1)

1. 一种由定子、转子、机座、端盖组成的无相带磁势谐波三相异步电机，其特征是该电机的每极下每相绕组分布在2q或2q-1个槽中，每极下属于一相的每槽导体数按以下规律配置：

   $\mathrm{N\; (\; X\; )\; =}\frac{\mathrm{cos\; (\; ｜\; x\; ｜\; +}\frac{\pi }{6})}{\cos \frac{\pi }{6}}\mathrm{N\; (o\; )}$

   式中N(X)为离极相组中心线距离为X(用电角度表示)的槽中的导线数：N(O)为理论上处于极相组中心线处的槽导体数。

Images