一種單相電容電動機的製作方法
2023-07-11 16:05:21
專利名稱：一種單相電容電動機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種單相電容電動機，在國際專利分類表中，分類屬於HO2K3/28。
背景技術：
為克服傳統的二相繞組單相電容電動機的弊病，現有技術提出過三相繞組單相電容電動機。這樣的單相電容電動機的定子具有星形或三角形之一連接方式的三相繞組及其連接單相電源二極的二個輸入端子和經電容器連接所述單相電源其中一極的第3個輸入端子，可見於《單相異步電動機及其應用(合成電流分析方法)》(孫雲鵬，機械工業出版社1987年北京第1版)。三相繞組的相帶通常為π/3，小於二相繞組的相帶π/2，可提高繞組係數，可消除危害嚴重的三次諧波。但對於唯一的星形或三角形連接的三相繞組，高於三次的諧波未能有效消除，難以進一步改善啟動性能和降低電磁振動噪聲；且當定子尺寸並非很小而需較多槽數時，繞組係數難以進一步提高。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是，提出一種單相電容電動機，其與現有技術相比，可以進一步提高繞組係數和消除高次諧波。
本發明解決所述技術問題的技術方案是，一種單相電容電動機，其定子具有三相繞組及其連接單相電源二極的二個輸入端子和經電容器連接所述單相電源其中一極的第3個輸入端子；其特徵在於所述三相繞組包括星形地接往所述三個輸入端子的星形繞組和三角形地接往所述三個輸入端子的三角形繞組；所述星形繞組的相帶和三角形繞組的相帶在定子槽中二者交替分布，相鄰相帶中心空間電角度間隔π/6；所述相鄰相帶電流時間相角差與相帶中心空間電角度間隔同號，即同為超前或滯後。
該技術方案巧妙地向單相電容電動機引入了在三相電動機中取得明顯效果的星形和三角形混合繞組。唯一的星形或三角形連接的三相繞組為2π/3或π/3相帶。與此相比，星形和三角形混合繞組為π/6相帶，因而可以有更高的繞組係數，尤其是當定子尺寸並非很小應開設較多槽時，可明顯提高繞組係數。繞組係數的提高將直接改善電動機的效率或降低成本。理論和實踐表明，星形和三角形混合繞組在三相電動機中可以完全消除唯一的星形或三角形連接的三相繞組較難克服的5次、7次、17次和19次諧波，可見刊載於《中小型電機》1978年第5期的文章《三相繞組的三角一星串、並聯接法》。對於高次諧波影響比較嚴重的單相電容電動機，在採用三相繞組消除危害嚴重的三次諧波的基礎上，採用星形和三角形混合繞組進一步完全消除5次、7次、17次和19次諧波有十分重要的意義，可進一步改善啟動性能和降低電磁振動噪聲。星形和三角形混合繞組比唯一的星形或三角形連接的三相繞組多一倍電磁參數變量，方便了電磁設計調整，有利於電動機的電磁優化設計，可獲得比傳統的二相繞組單相電容電動機和唯一的星形或三角形連接的三相繞組電動機更好的設計效果，因而改善性能或降低成本。
該技術方案的一個典型設計是，該單相電容電動機的定子為4極24槽和庶極單層繞組，所述星形繞組的線圈邊和三角形繞組的線圈邊各佔12槽，二者逐槽交替分布；所述星形繞組各相的始端連接所述三個輸入端子，所述三角形繞組的各線端子，依相序連接於所述星形繞組對應相的末端。在額定工作點，所述相鄰相帶電流時間相角差與相帶中心空間電角度間隔相等。
該典型設計尤其適合家用電動器具使用的功率為(50～350)W的電動機，繞組結構簡單清晰，嵌線較為容易，因而改善工藝。
該典型設計可進一步設計為，所述星形繞組的始端連接電容器的二相繞組的極相組的匝數和線徑相等；所述三角形繞組中僅其一端與所述星形繞組的二相繞組的末端連接的二相繞組的極相組的匝數和線徑相等，並且該匝數是所述星形繞組的二相繞組的極相組的匝數的1.73倍，該線徑是所述星形繞組的二相繞組的極相組的線徑的0.76倍；所述星形繞組的始端連接電容器的二個輸入端子之一連接單相電源的一極，所述星形繞組的始端不連接電容器的輸入端子連接單相電源的另一極。
該設計適用於洗衣機一類家用電動器具中需要可逆運轉的電動機，可保持電動機在順逆二向運轉中具有相同的性能，且星形繞組和三角形繞組二部分承擔均等的電磁負荷。通常還設計所述星形繞組或三角形繞組中除極相組的匝數和線徑相等的二相繞組之外的第三相繞組的極相組的匝數小於所述二相繞組的極相組的匝數，線徑則大於所述二相繞組的極相組的線徑。該設計可以實現對稱運行。
本發明技術方案及其典型設計將在具體實施方式
中進一步說明。
以下附圖用於說明本發明的具體實施方式
。
圖1是本發明實施例單相電容電動機接線示意圖；
圖2是本發明實施例單相電容電動機繞組展開圖。
具體實施例方式
本發明實施例單相電容電動機接線如圖1所示，繞組分布如圖2所示。它是在現有技術的一種符合國家行業標準JB/T3758要求的180W洗衣機用單相電容運轉電動機的基礎上，對其定子繞組重新嵌線和接線而成。
其沿用現有技術的結構包括——24槽定子鐵心；——連接單相電源中性線N極的引出線A，跨接電容器的二引出線B和C，單相電源相線b極連接引出線B或C；——鼠籠轉子和其它機械機構。
對該單相電容電動機定子繞組按如下重新嵌線和接線如圖1所示，該單相電容電動機定子繞組包括由三相繞組Ay、By、Cy組成的星形繞組部分和由三相繞組Ao、Bo、Co組成的三角形繞組部分。Ay、By、Cy的始端分別連接引出線A、B、C，Ao的始端和Co的末端連接於Ay的末端，Bo的始端和Ao的末端連接於By的末端，Co的始端和Bo的末端連接於Cy的末端。
該單相電容電動機定子繞組按圖2所示繞組展開圖嵌線，仍保持為4極。如圖1所示三相繞組Ay、By、Cy和三相繞組Ao、Bo、Co在定子中以相同的旋轉方向按相同的相序分別依次間隔2π/3空間電角度分布Ay由嵌於第2與第8槽的一極相組和嵌於第14與第20槽的另一極相組按庶極串聯而成，始端於第2槽引出接往引出線A，末端於第20槽引出；By由嵌於第6與第12槽的一極相組和嵌於第18與第24槽的另一極相組按庶極串聯而成，始端於第6槽引出接往引出線B，末端於第24槽引出；Cy由嵌於第10與第16槽的一極相組和嵌於第22與第4槽的另一極相組按庶極串聯而成，始端於第10槽引出接往引出線C，末端於第4槽引出；Ao由嵌於第1與第7槽的一極相組和嵌於第13與第19槽的另一極相組按庶極串聯而成，始端於第1槽引出和末端於第19槽引出；Bo由嵌於第5與第11槽的一極相組和嵌於第17與第23槽的另一極相組按庶極串聯而成，始端於第5槽引出和末端於第23槽引出；Co由嵌於第9與第15槽的一極相組和嵌於第21與第3槽的另一極相組按庶極串聯而成，始端於第9槽引出和末端於第3槽引出。
可以看出，星形繞組部分的線圈邊和三角形繞組部分的線圈邊各佔12槽，二者逐槽交替分布，電角度間隔為1槽，即π/6。例如Ay的始端於第2槽，Ao的始端於第1槽，按照相序A-B-C分布方向，前者滯後於後者1槽，即空間電角度π/6。對稱運行時，三角形電路中的線電流滯後於對應線相電流π/6，即圖1所示電路Ay的電流滯後於Ao的電流π/6。按照類似分析，其它相鄰線圈邊也是同樣的情況。由於相帶減少，產生了比傳統的二相繞組單相電容電動機或唯一的星形或三角形連接的三相繞組電動機更理想的圓形旋轉磁場。
還可以看出，該單相電容電動機繞組各極相組為節距6槽的單一線圈，是全距集中繞組，故繞組係數為1，高於原二相繞組單相電容電動機的繞組係數(0.88)和唯一的星形或三角形連接的三相繞組的繞組係數(0.96)，可有更高的效率，或可縮短鐵心長度，以減低電磁材料成本。
該單相電容電動機仍保持原額定轉差率為0.1。對該額定工作點，可參照《單相異步電動機及其應用(合成電流分析方法)》(孫雲鵬，機械工業出版社1987年北京第1版)第4章對星形或三角形連接的三相繞組電動機電容運行的分析和設計方法或通過實驗，配以適當的電容量和選擇星形繞組部分的各相繞組與三角形繞組部分的各相繞組的匝數和線徑，達至對稱運行，即相鄰槽電流時間相角差為π/6。
設計星形繞組部分產生的磁勢與三角形繞組部分產生的磁勢相等，即Ao、Bo、Co的極相組的匝數分別為Ay、By、Cy的極相組的匝數1.73倍，線徑為後者的0.76倍。這樣可以使星形繞組部分與三角形繞組部分各承受電源電壓或電磁負荷的一半，因而可視同一個六相電動機或星形和三角形二個獨立的三相電動機進行設計。
為滿足洗衣機電動機可逆運行的情況，設計By和Cy二相繞組的極相組的匝數和線徑相同，Ao和Co二相繞組的極相組的匝數和線徑相同。該匝數和線徑可參照三相電動機設計，參見《中小型三相電動機電磁計算程序》(第1機械工業部上海電器科學研究所，1971年)和《微型三相單相電動機電磁設計程序》(廣州電器科學研究所，1982年)。又根據啟動和運行特性的需要，使Ay和Bo的極相組匝數分別比相應的前二相適當減少(20～60)％，線徑相應增大(10～30)％。這樣重新嵌線和接線的電動機大致地仍可配以原有容量的電容器，維持原電動機的性能。本實施例電動機所配電容器仍可為14微法。單相電源相線b極連接引出線B或C實現電動機可逆運行。
本實施例的電動機設計為原額定轉差率下對稱運行。當然，也可以設計在其它工作點對稱運行。例如設計在啟動時對稱運行，可獲得較大的啟動轉矩。
本實施例的電動機為4極。當然，也可以設計為2極。這時，每一極相組的線圈邊為2槽，分布係數因此小於1，但相帶仍為π/6，繞組係數高於同極數唯一的星形或三角形三相繞組。
本實施例的星形繞組部分和三角形繞組部分為串聯。當然，也可以是並聯。但前者有利於減少高次諧波環流。
以上二設計修改可參見《新編電動機繞組修理》第97頁(上海科學技術出版社1995年3月第1版)。
實施例的電動機是異步電動機。當然，也可以是同步電動機。此外，無論是內轉子或外轉子電動機，本發明均適用。
權利要求
1.一種單相電容電動機，其定子具有三相繞組及其連接單相電源二極的二個輸入端子和經電容器連接所述單相電源其中一極的第3個輸入端子；其特徵在於——所述三相繞組包括星形地接往所述三個輸入端子的星形繞組和三角形地接往所述三個輸入端子的三角形繞組；——在定子槽中，所述星形繞組的相帶和三角形繞組的相帶二者交替分布，相鄰相帶中心空間電角度間隔π/6；——所述相鄰相帶中心空間電角度間隔與相帶的電流時間相角差同為超前或同為滯後。
2.按照權利要求1所述單相電容電動機，其特徵在於——所述定子為4極24槽和庶極單層繞組，所述星形繞組的線圈邊和三角形繞組的線圈邊各佔12槽，二者逐槽交替分布；——所述星形繞組各相的始端連接所述三個輸入端子，所述三角形繞組的各線端子，依相序連接於所述星形繞組對應相的末端。——在額定工作點，所述相鄰相帶電流時間相角差與相帶中心空間電角度間隔相等。
3.按照權利要求2所述單相電容電動機，其特徵在於——所述星形繞組的始端連接電容器的二相繞組的極相組的匝數和線徑相等；所述三角形繞組中僅其一端與所述星形繞組的二相繞組的末端連接的二相繞組的極相組的匝數和線徑相等，並且該匝數是所述星形繞組的二相繞組的極相組的匝數的1.73倍，該線徑是所述星形繞組的二相繞組的極相組的線徑的0.76倍；——所述星形繞組的始端連接電容器的二個輸入端子之一連接單相電源的一極，所述星形繞組的始端不連接電容器的輸入端子連接單相電源的另一極。
4.按照權利要求3所述單相電容電動機，其特徵在於所述星形繞組或三角形繞組中除極相組的匝數和線徑相等的二相繞組之外的第三相繞組的極相組的匝數小於所述二相繞組的極相組的匝數，線徑大於所述二相繞組的極相組的線徑。
全文摘要
一種單相電容電動機，其定子具有三相繞組及其連接單相電源二極的二個輸入端子和經電容器連接所述單相電源其中一極的第3個輸入端子；其特徵在於所述三相繞組包括星形地接往所述三個輸入端子的星形繞組和三角形地接往所述三個輸入端子的三角形繞組；所述星形繞組的相帶和三角形繞組的相帶在定子槽中二者交替分布，相鄰相帶中心空間電角度間隔 π/6；所述相鄰相帶電流時間相角差與相帶中心空間電角度間隔同號。其與現有技術相比，可以進一步提高繞組係數和削弱高次諧波，因而改善性能或降低成本，以及改善啟動性能和降低電磁振動噪聲。
文檔編號H02K17/08GK1756043SQ200410051709
公開日2006年4月5日 申請日期2004年9月28日 優先權日2004年9月28日
發明者區長釗, 曾令遠 申請人:金羚電器有限公司