專利名稱：：遠(yuǎn)極比變極電動(dòng)機(jī)定子繞組反向法變極方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明是關(guān)于一種遠(yuǎn)極比變極電動(dòng)機(jī)定子繞組反向法變極方法。遠(yuǎn)極比變極電動(dòng)機(jī)定子反向法變極技術(shù)是電機(jī)制造領(lǐng)域的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，主要用于電梯電動(dòng)機(jī)、升降電動(dòng)機(jī)、風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的驅(qū)動(dòng)電機(jī)等遠(yuǎn)極比變極電動(dòng)機(jī)的制造。國內(nèi)目前生產(chǎn)的遠(yuǎn)極比變極電動(dòng)機(jī)，普遍采用“極幅調(diào)制法”或“對(duì)稱軸線法”進(jìn)行變極繞組設(shè)計(jì)(見附件1)。用這種方法設(shè)計(jì)出的變極電機(jī)高速下為120°相帶繞組，低速下為180°相帶繞組，因而基波繞組系數(shù)低，磁勢(shì)諧波大，電機(jī)的制造成本高，運(yùn)行性能與單速電機(jī)相比，相差很大。通過國際聯(lián)機(jī)檢索，檢得有關(guān)變極電機(jī)的論文九篇，專利八項(xiàng)。其中遠(yuǎn)極比變極專利二項(xiàng)，有一項(xiàng)為反向法變極的定子48槽，16/4極電機(jī)繞組變極方案(見附件2)。該項(xiàng)專利提出的繞組復(fù)雜，具有三種不同跨距，二種不同匝數(shù)的線圈，雖然基波繞組系數(shù)及諧波與傳統(tǒng)的變極方案有所改善，但與單速電機(jī)相比差距仍然較大，因此繞組利用率不高，性能仍不夠理想。而且這種方法僅適用于極比為4的變極電機(jī)。本發(fā)明的目的在于提供一種新的反向方法變極繞組的設(shè)計(jì)方法，提高基波繞組系數(shù)，降低磁勢(shì)諧波，從而減少電機(jī)的制造成本，簡化制造工藝，改善運(yùn)行性能。這種方法可適用于任意極比的遠(yuǎn)極比電機(jī)的制造。利用本發(fā)明所提供的技術(shù)設(shè)計(jì)繞組變極方案，關(guān)鍵在于如何選定電機(jī)可用槽數(shù)以及將定子繞組各元件分相和每相元件分組。由電機(jī)原理可知，若高速下的槽距角為α1則低速下的槽距角α2＝Kα1(K為極比，規(guī)定為低速下磁場(chǎng)極對(duì)數(shù)與高速下磁場(chǎng)極對(duì)數(shù)之比，遠(yuǎn)極比電動(dòng)機(jī)的K＞2)。如果要求二種極數(shù)下的繞組均為60°相帶，那么對(duì)于高速下的二相鄰元件，在低速下的磁勢(shì)相位差根據(jù)上述原理必須在m·180°±30°的范圍內(nèi)。這里m為任意自然數(shù)。本文所講角度均為電角度。對(duì)遠(yuǎn)極比電動(dòng)機(jī)，一般取m＝1，則α2必須滿足下式150°≤α2≤210°(1)此時(shí)，其磁場(chǎng)相位關(guān)系如附圖一所示。(a)為高速下兩元件的磁勢(shì)相量圖，(b)為低速下兩元件的磁勢(shì)向量圖。從圖(b)中可看到，若將二元件磁勢(shì)中任意一個(gè)反向，如圖中虛線所示將F2反向，那么二元件磁勢(shì)在低速下的相位差則不大于60°，若α2＝180°，則反向后二元件磁勢(shì)同相位。而要其中一個(gè)元件磁勢(shì)反向，僅需將該元件中的電流反向即可。由條件(1)可求得高速下的槽距角必須滿足條件150°/K≤α1≤(210°)/(K)(2)例如對(duì)32/4極電機(jī)，其極比K＝8，根據(jù)條件(2)，4極時(shí)定子槽距角α1必須滿足下式18.75°≤α1≤26.25°(3)為使4極時(shí)為整數(shù)槽繞組，取α1＝20°，則定子槽數(shù)Z1＝36槽。電機(jī)在二種不同速度下的繞組均為60°相帶繞組。但是當(dāng)極比不夠大時(shí)，根據(jù)條件(2)則要求α1過大，定子槽數(shù)太少，難以滿足實(shí)際電機(jī)設(shè)計(jì)的要求。為此，本發(fā)明提出改變高速下各相元件的劃分法，采用散布繞組或單層繞組，可以獲得滿意的結(jié)果。根據(jù)本發(fā)明，確定高速下各元件相屬時(shí)，同一相帶各元件之間，在定子園周上依次相差ξ個(gè)α1電角度(ξ為≥1的整數(shù))。此時(shí)條件(2)便成為150/(Kξ)≤α1≤210°/Kξ(4)ξ＝1為普通雙層繞組，高速下為60°相帶;ξ＞1為散布繞組，高速下相帶寬不大于120°相帶，每相帶元件數(shù)等于q。例如24/6極電機(jī)，若取ξ＝2，則6極時(shí)定子槽距角只須滿足下式18.75°＜α1≤26.25°(5)同樣，為使6極時(shí)為整數(shù)槽繞組，取α1＝20°，則Z1＝54槽。由條件(4)，可求得其他不同極數(shù)和極比的定子可用槽數(shù)如ξ＝2時(shí)8/2極Z1＝18槽16/4極Z1＝36槽32/8極Z1＝72槽40/10極Z1＝90槽等。當(dāng)ξ與q同為偶數(shù)時(shí)，高速下除了如上面所介紹的采用散布繞組外，還可采用單層繞組，進(jìn)一步提高繞組系數(shù)。即在高速下對(duì)元件分相時(shí)，可根據(jù)相帶最小原則舍去一半槽號(hào)不用(可舍去全部偶數(shù)槽號(hào)或全部奇數(shù)槽號(hào))，通過合理選擇線圈跨距(節(jié)距為奇數(shù))，使同一元件的二元件邊，一個(gè)在選定的槽號(hào)內(nèi)，另一個(gè)在舍去的槽號(hào)內(nèi)。此時(shí)，電機(jī)全部定子槽均得到充分利用，繞組成為等元件的單層繞組。此時(shí)，若ξ＝2，高速下為60°相帶;若ξ＞2，高速下相帶寬不大于120°。每相帶元件數(shù)等于q/2。具體繞組排列方法如下1.根據(jù)(4)式，確定定子槽數(shù);2.畫出二種不同極數(shù)下的槽號(hào)相位圖;3.根據(jù)高速下各元件磁勢(shì)間的相應(yīng)關(guān)系，確定各元件相屬。若采用雙層繞組，則按照同相帶q個(gè)元件，在定子園周上依次相差ξα1電角度的原則，劃分各元件相屬。若與ξ同為偶數(shù)，可考慮采用單層繞組，此時(shí)，按同一相帶(q)/2個(gè)元件，在定子園周上依次相差ξ·α1電角度的原則分相，同時(shí)舍去一半元件號(hào)不用。值得注意的是無論采用雙層繞組，還是單層繞組，在根據(jù)上述原則分相時(shí)，必須使高速下繞組的相帶寬盡可能小。4.根據(jù)已確定的元件相屬，分別在高速和低速槽號(hào)相位圖上畫出每相元件的相位圖形。此時(shí)必須保證低速下的相帶寬不大于60°，二種速度下三相繞組都對(duì)稱，且至少應(yīng)保證高、低速下符號(hào)相同的一組元件與符號(hào)相反的一組元件，在高速下的電勢(shì)大小相等、相位相同。5、畫出相應(yīng)的元件連接電路。高低速下符號(hào)相反的元件組必須在變極時(shí)電流方向改變的支路里，符號(hào)相同的元件組則在電流方向不變的支路里。作為例子，按照上述方法，設(shè)計(jì)了方案Ⅰ、方案Ⅱ、方案Ⅲ三個(gè)變極方案。方案Ⅰ，是Z1＝54槽，24/6極電機(jī)的變極方案。其繞組排列如附圖二和三所示，其具體元件連接電路如附圖四。方案Ⅱ，是Z1＝36槽，16/4極電機(jī)的變極方案，繞組排列如附圖五和附圖六所示，元件連接電路如附圖七。這二個(gè)方案的ξ值均為2，高速下采用的散布繞組。方案Ⅲ，是Z1＝72槽，32/4極電機(jī)的繞組變極方案，其繞組排列如附圖八和附圖九所示，附圖十繪出了相應(yīng)的元件連接電路。這里ξ＝2、q＝6均為偶數(shù)，故采用了舍去全部偶數(shù)槽元件的方法，取節(jié)距為y＝15，全部定子槽均得到充分利用，組成為單層繞組。以上各方案中元件號(hào)，由于1號(hào)槽的位置是任意的，故這些元件號(hào)只具有相對(duì)位置意義。定子繞組出線頭為6個(gè)，轉(zhuǎn)速切換一般只需三個(gè)三相接觸器。附圖一中(a)是高速下相鄰二元件磁勢(shì)的相量圖，(b)是低速下相鄰二元件的磁勢(shì)相量圖，圖中虛線矢量表示將元件2中電流反向后的矢量位置。附圖二，是54槽，24/6極電機(jī)6極繞組排列向位圖。圖中元件符號(hào)之正負(fù)，正者表示該元件的電流由元件的首端進(jìn)，末端出;負(fù)號(hào)則相反，表示該元件的電流由末端進(jìn)，首端出。以后各圖中，元件號(hào)之正、負(fù)含義均與此處相同。附圖三，是定子54槽24/6極電機(jī)24極的繞組排列圖。圖中元件符號(hào)與附圖二中相反者，表示該元件在變極時(shí)電流必須反向。附圖四，是方案Ⅰ的具體元件連接電路。圖中元件之正、負(fù)符號(hào)以高速下為基準(zhǔn)。虛、實(shí)線箭頭，分別表示低速和高速下的電流方向。圖中帶園圈的數(shù)字代表電機(jī)的出線端。以后各元件連接圖中元件的符號(hào)、箭頭以及出線端標(biāo)志均與此處相同。附圖五，是定子36槽，16/4極電機(jī)，4極的繞組排列圖。附圖六，是定子36槽，16/4極電機(jī)，16極的繞組排列圖。附圖七，是方案Ⅱ的具體元件連接電路。附圖八，是定子72槽，32/4極電機(jī)，4極的繞組排列圖。附圖九，是定子72槽，32/4極電機(jī)，32極的繞組排列圖。附圖十，是方案Ⅲ的具體元件連接電路。附圖十一，是電機(jī)的控制電路。圖中數(shù)字1～6，代表電機(jī)的6個(gè)出線頭。圖中所示為2Y/Y電路，即高速下為二路Y連接，低速下為1路Y連接，具體設(shè)計(jì)時(shí)，可以根據(jù)負(fù)載性質(zhì)及極比接成其他形式的電路，如2Y/1△，2△/1△等。從上面所舉的方案，可以看到，利用本發(fā)明所提供的方法，設(shè)計(jì)的變極繞組具有基波繞組系數(shù)高，磁勢(shì)諧波小等突出的優(yōu)點(diǎn)。所舉三個(gè)方案，低速均為60°相帶，基波分布系數(shù)為0.96，諧波含量與普通單速電機(jī)相同。與原來的180°相帶繞組相比，諧波大幅度減小，基波分布系數(shù)明顯提高。方案Ⅰ、Ⅱ，高速下相帶寬100°，基波分布系數(shù)為0.844，由于采用了散布繞組，其諧波不會(huì)大于正規(guī)60°相帶繞組;方案Ⅲ為單層繞組，高速相帶寬60°，基波分布系數(shù)為0.96，其諧波與正規(guī)60°相帶繞組相同。與原來的120°相帶相比，繞組系數(shù)提高，諧波減小。下面列表給出了采用上面所舉方案Ⅰ，設(shè)計(jì)的24/6極15KW電梯電動(dòng)機(jī)與同容量的現(xiàn)有國產(chǎn)電梯電動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)數(shù)據(jù)之對(duì)比。表Ⅰ新舊電機(jī)主要技術(shù)數(shù)據(jù)對(duì)比表</tables>從表中可以看出，采用新的變極方案設(shè)計(jì)的電梯電動(dòng)機(jī)具有如下突出的優(yōu)點(diǎn)1.減小了電機(jī)體積，節(jié)省了原材料，降低了制造成本。電機(jī)定子沖片外徑由原來的440mm(或445mm)減小到327mm，小了三個(gè)機(jī)座號(hào)。2.電機(jī)運(yùn)行性能改善。6極時(shí)效率由83%提高到89%;低速滑差由20%減小到4.6%;電機(jī)定子磁勢(shì)諧波大幅度減少，運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)和噪音將減少。3.簡化了工藝。改銅條轉(zhuǎn)子為鑄鋁轉(zhuǎn)子，工藝簡單，可靠性高，制造成本進(jìn)一步下降。由此可見，采用新變極方案，設(shè)計(jì)遠(yuǎn)極比電機(jī)，不須新材料、新設(shè)備、新工藝，相反，還節(jié)省了材料，簡化了工藝，改善了運(yùn)行性能，降低了一半的制造成本。作為實(shí)例，運(yùn)用前面介紹的方案Ⅰ，在國產(chǎn)Y200L1-6-18.5KW單速電機(jī)基礎(chǔ)上進(jìn)行改型設(shè)計(jì)，制造24/6極15KW電梯電動(dòng)機(jī)。原單速電機(jī)鐵心外徑327mm，定子內(nèi)徑230mm，轉(zhuǎn)子內(nèi)徑75mm，氣隙0.5mm，鐵心長190mm，以及結(jié)構(gòu)型式，防護(hù)等級(jí)均維持不變。僅改變定、轉(zhuǎn)子槽形以及定子繞組結(jié)構(gòu)。每槽導(dǎo)體數(shù)由32改為22，線經(jīng)由1-1.12與1-1.18并繞，改為2-1.7，定轉(zhuǎn)子槽配合由54/44改為54/86。設(shè)計(jì)結(jié)果，電機(jī)各項(xiàng)指標(biāo)均超過電梯電動(dòng)機(jī)的國家標(biāo)準(zhǔn)，性能參見上表1。比現(xiàn)有YTD系列國產(chǎn)電梯電動(dòng)機(jī)減小了三個(gè)機(jī)座號(hào)。而且電機(jī)由開啟式改為封閉式，增強(qiáng)了環(huán)境適應(yīng)能力。由此也說明，將本發(fā)明用于生產(chǎn)，具有生產(chǎn)普通Y系列電機(jī)能力的工廠都可以上馬。電機(jī)可由Y系列電機(jī)派生，通用性好，標(biāo)準(zhǔn)化程度高。權(quán)利要求1.一種遠(yuǎn)極比變極電動(dòng)機(jī)定子繞組反向法變極方法，它在變極時(shí)，元件的相屬不改變，每相有一半元件的電流方向改變，定子繞組具有六個(gè)出線頭，其特征是在設(shè)計(jì)變極方案時(shí)，首先設(shè)定一個(gè)ξ值(ξ≥1的整數(shù))，根據(jù)擬設(shè)計(jì)電機(jī)的二種不同極對(duì)數(shù)及極比，按條件150°/ξK≤α1≤210°/ξK確定定子可用槽數(shù)；然后根據(jù)高速下各元件的相位關(guān)系進(jìn)行分相，分相的原則是同一相帶元件在定子園周上依次相距ξα1電角度，當(dāng)ξ=1時(shí)，為雙層繞組，相帶為60°，ξ＞1時(shí)，為散布繞組，相帶不大于120°，若q與ξ同為偶數(shù)時(shí)，還可舍去全部偶數(shù)(或奇數(shù))槽號(hào)，取節(jié)距為奇數(shù)，構(gòu)成單層繞組，此時(shí)，若ξ=2，其相帶不大于60°，ξ=4，相帶不大于120°；再根據(jù)低速下的相位關(guān)系，將每相元件分成變極時(shí)電流方向改變與不改變的二半，原則是低速下一律取60°相帶。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變極方法，其特征是在采用單層繞組時(shí)，節(jié)距的選擇應(yīng)使所有線圈的二元件邊，一個(gè)在選定的槽號(hào)內(nèi)，另一個(gè)在舍去的槽號(hào)內(nèi)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變極方法，其特征是對(duì)定子54槽，24/6極電機(jī)可采用方案Ⅰ;定子36槽，16/4極電機(jī)可采用方案Ⅱ;定子72槽，32/4極電機(jī)，可采用方案Ⅲ進(jìn)行變極繞組設(shè)計(jì)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變極方法，其特征是在確定各元件的編號(hào)時(shí)，第一槽的位置可任意選定，因此各元件的編號(hào)只具有相對(duì)位置的意義。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變極方法，其特征是低速下極對(duì)數(shù)與高速下的極對(duì)數(shù)之比大于2。全文摘要一種遠(yuǎn)極比變極電動(dòng)機(jī)定子繞組反向法變極方法，能提高繞組系數(shù)，降低磁勢(shì)諧波，特點(diǎn)是根據(jù)150℃/ξK≤α文檔編號(hào)H02K17/14GK1063977SQ9110662公開日1992年8月26日申請(qǐng)日期1991年1月30日優(yōu)先權(quán)日1991年1月30日發(fā)明者羅良才申請(qǐng)人:湖南大學(xué)