專利名稱：一種變極起動繞線轉子感應電動機的制作方法
技術領域：
本發明屬于電動機領域，具體涉及一種變極起動繞線轉子感應電動機，是一種采用轉子串級聯接調速原理實現的變極起動無滑環電刷繞線轉子感應電動機。
為做到既限制感應電動機的起動電流同時保證有足夠大的起動轉矩，目前所采用的起動方法主要有1)降壓起動法；2)變頻起動法；3)變極起動法；4)轉子繞組串聯電阻起動法等。這些起動方法中，方法1)需要電抗器或是晶閘管調壓裝置等，雖然可限制起動電流，但同時也降低了起動轉矩；方法2)能做到既有小的起動電流同時保證起動轉矩，但需要有專用的變頻器；方法3)無需其它附加起動設備，因而最為簡單，但不能起動到額定轉速，由起動轉換至工作態時仍可能造成大的電流沖擊；方法4)必須用帶有滑環的繞線型感應電動機，有好的起動性能，也能起動至額定轉速，但由于轉子電路中存在滑動觸點，因而可靠性低。
本發明的一種變極起動繞線轉子感應電動機，包括定子和轉子，定子上布置有三種極數分別為q1、q2、p的三相交流變極繞組，這三種極數滿足關系式p＝q1+q2，起動時，對應極數q1的繞組端接入三相交流電源同時對應極數q2的繞組端接入附加三相電阻器Rst；起動完畢轉入正常工作時，對應極數q1的繞組端從三相電源斷開，對應極數p的繞組端接入三相交流電源；轉子上同樣也布置有三種極數分別為p、q1、q2的多相對稱繞組，極數q1和q2的繞組為反相序串聯連接，極數p的轉子多相繞組則為自短路連接。
上述定子繞組的一種連接方式是采用單繞組3Y/3Y+Y接法的換相變極繞組，其中極數q1對應3Y并聯接法，極數q2對應Y接法，極數p對應3Y+Y并聯接法。上述定子繞組的另一種連接方式是采用單繞組2Y/Δ連接；其中，起動極q1為2Y接法，運行極p為Δ接法，每個相繞組可由n(n＝2，3，…)個線圈并聯后串聯構成，使其在起動時為q2極感應電流提供通路。
上述轉子繞組可為單繞組，按照每兩個線圈在p極磁場中感應電動勢反向，在q1極磁場和q2極磁場中感應電動勢同相的原則，將轉子線圈配成對并聯連接，并將這些線圈對分作兩個部分，一部分為q1極多相繞組，另一部分為q2極多相繞組，兩部分繞組反相序串聯連接。如果極數比q1/q2＝3/1，那么q1和q2繞組分相的相數可以均為兩相或其倍數；如果極數比q1/q2＝2/1，那么q1和q2繞組分相的相數可以均為三相或其倍數。
上述技術方案工作原理可說明如下。
本發明起動時，定子q1極三相繞組接入頻率為f1的三相交流電源產生轉速為nq1＝2×60f1/q1的旋轉磁勢波。這個磁勢波將在極數q1的轉子繞組中感應頻率為fq1的電動勢，由于該轉子繞組和極數q2的三相轉子繞組反相序串聯連接，因此在其中將會流過頻率為fq1的電流，并同時在氣隙圓周中產生與nq1同轉向的q1極轉子旋轉磁勢波和反轉向的q2極轉子旋轉磁勢波。這個q2極的反轉向磁勢波，則將在定子對應的極數q2繞組中感應電勢并通過外串電阻Rst產生電流，依據電機學中轉子串級聯接的調速原理，這時本發明所對應的自然同步轉速n(q1+q2)＝2×60f1/(q1+q2)，調節Rst阻值的大小可改變起動電流或起動轉矩的大小。
由于本發明運行極數為p，因此，只要選取起動極數q1和q2滿足關系式p＝q1+q2，例如可選取p＝6、q1＝4、q2＝2或p＝8、q1＝6、q2＝2等，即可使其同步轉速np＝n(q1+q2)。這也意味著本發明以極數q1起動時，可以直接起動至正常運行時的額定轉速，這時再從起動態切換至額定工作態運行，因為這時轉子機械轉速n與同步轉速np只有很小的轉差，就不會存在切換沖擊電流和沖擊轉矩過大的問題，又因為對應極數p的轉子三相繞組是自短路連接，所以本發明以極數p額定運行時，將會有著高的運行效率。
本發明起動和運行狀態的轉換是通過定子繞組的變極切換進行的，所以轉子上無需安裝滑環，這不但簡化了轉子機械結構，也消除了因此帶來的故障隱患。在起動時能達到額定工作轉速，因而由起動轉換至額定工作狀態時不會產生過大的沖擊電流。
這里特別要指出的是，本發明在
圖1中為說明原理，采用了三套極數不同的三相對稱定、轉子繞組，但在實際應用時，可應用交流電機繞組理論進行單繞組兼容設計，也即只用一套繞組來做到具備前述本發明原理所要求的全部功能。
圖2所示為本發明采用單繞組設計轉子繞組的一種接線方式示意圖。繞組方案的構成是首先按每兩個線圈在p極磁場中感應電動勢反向和在q1極磁場或q2極磁場中感應電動勢同相的原則，將轉子線圈配成對并聯連接，然后將這些線圈對分作兩個部分，一部分設計為q1極多相繞組，另一部分設計為q2極多相繞組，兩部分繞組反相序串聯連接。
圖2中標出了不同極數磁場感應電流的流通路徑。可以看出，p極感應電流Imp(m＝1，2，…，12)在每個線圈對中自成短路，這樣將對應低轉子阻抗，如同普通繞線型轉子繞組那樣有很高的分布系數和運行效率；q1極感應電流則通過q2極多相繞組構成回路，這樣將會在產生q1極轉子旋轉磁動勢的同時，產生旋轉方向相反q2極轉子旋轉磁動勢。
圖3所示為本發明采用單繞組設計定子繞組的一種接線方式示意圖。該繞組采用3Y/3Y+Y并聯的接線方式。從圖3可以看出，三相繞組每相分為4個子繞組(采用下標標記為1p，2p，3p，4p)，其中起動極q1為3Y接法，當接線端Aq1、Bq1、Cq1接入三相電源，產生如圖所示的三相電流IAq1、IBq1、ICq1，這利用了全部繞組線圈的3/4，同時，經轉子繞組作用，剩下1/4 Y接法的繞組線圈(標記為A4p、B4p、C4p)中將產生q2極磁場三相感應電流IAq2、IBq2、ICq2，這個三相電流遇到的阻抗，可以通過將接線端Ap、bp、Cp短接(如圖3中虛線連接)或將子繞組A4p、B4p、C4p端線單獨引出，串入外接阻抗來進行調節；運行極p為4Y接法，當接線端Ap、Bp、Cp接入三相，產生如圖所示的三相電流IAq1、IBq1、ICq1，利用了全部繞組線圈。
圖4所示為本發明采用單繞組設計，定子繞組采用2Y/Δ連接方式的示意圖。圖4中，起動極q1為2Y接法，通過接線端Aq1、Bq1、Cq1接入三相電源，這時經轉子繞組作用而在定子繞組產生q2極磁場感應電流的流通路徑如圖中標記Imq2(m＝1，2，…，12)所示；運行極p為Δ接法，通過接線端Ap、Bp、Cp接入三相電源。
本發明的一個實施例如下。
一臺定子72槽，轉子槽數48的電機，取三種極數分別為p＝8，q1＝6，q2＝2，其中8極為正常運行極，6極和2極為起動極，滿足p＝q1+q2，采用單繞組的設計方案，定、轉子繞組的具體接線方式分別如圖5和圖6所示。
圖5所示為采用3Y/3Y+Y并聯連接方式的定子繞組接線方案。圖5中，從接線端D1、D2、D3接入電源時為6極起動，接線端D4、D5、D6接入電源時為8極正常運行，接線端D7、D8、D9起動時或與接線端D4、D5、D6連接，或接入三相外接電阻或直接短路，以便為2極磁場感應電流提供通路，正常運行時接線端D7、D8、D9也分別與接線端D4、D5、D6并聯連接，這時對8極而言為全部繞組線圈都得到應用的三相正規60°相帶繞組。
圖6所示為轉子繞組接線方案，可以看出，對于正常運行極的8極而言，該繞組為24相，相帶寬30°，繞組分布系數1.0，全部線圈都得到應用，因此其性能指標與正常標準8極繞組相當；對于起動時的6極和2極而言，該繞組均為互差90°電角度的兩相繞組，利用了全部線圈的11/12，其中6極繞組分布系數為0.7234×11/12＝0.6631，當定子6極繞組接入電源在氣隙圓周中產生6極旋轉磁場時，該轉子繞組將感應電動勢并同時產生旋轉方向相反的6極和2極轉子旋轉磁動勢，這一點也正好與前述本發明原理相符。
權利要求
1一種變極起動繞線轉子感應電動機，包括定子和轉子，其特征在于，定子上布置有三種極數分別為q1、q2、p的三相交流變極繞組，這三種極數滿足關系式p＝q1+q2，起動時，對應極數q1的繞組端接入三相交流電源，同時對應極數q2的繞組端接入外串三相電阻器Rst；起動完畢轉入正常工作時，對應極數q1的繞組端從三相電源斷開，對應極數p的繞組端接入三相交流電源；轉子上同樣也布置具有三種極數分別為p、q1、q2的多相對稱繞組，其中，對應極數q1和q2，為m(m＝2，3，…)相繞組，反相序串聯連接；對應極數p，則為自短路連接的n(n＝2，3，…)相繞組。
2根據權利要求1所述的電動機，其特征在于所述定子繞組的一種連接方式是采用單繞組3Y/3Y+Y接法的換相變極繞組，其中極數q1對應3Y并聯接法，極數q2對應Y接法，極數p對應3Y+Y并聯接法。
3根據權利要求1所述的電動機，其特征在于所述定子繞組的一種連接方式是采用單繞組2Y/Δ連接；其中，起動極q1為2Y接法，運行極p為Δ接法，每個相繞組可由i(i＝2，3，…)個線圈并聯后串聯構成，使其在起動時為q2極感應電流提供通路。
4根據權利要求1、2或3所述的電動機，其特征在于所述轉子繞組為單繞組，按照每兩個線圈在p極磁場中感應電動勢反向，在q1極磁場和q2極磁場中感應電動勢同相的原則，將轉子線圈配成對并聯連接構成線圈對，每個線圈對對極數p而言為1相，整個轉子繞組共n相，再將這些線圈對分作兩個部分，一部分聯接為q1極m相繞組，另一部分聯接為q2極m相繞組，兩部分繞組反相序串聯連接。
全文摘要
本發明公開了一種變極起動繞線轉子感應電動機，定子上布置有三種極數分別為q
文檔編號H02P1/26GK1479435SQ03128150
公開日2004年3月3日 申請日期2003年6月13日 優先權日2003年6月13日
發明者王雪帆 申請人:華中科技大學