採用轉子多迴路自閉合對稱結構的繞線型感應電動機的製作方法

2023-05-24 15:57:31

專利名稱：採用轉子多迴路自閉合對稱結構的繞線型感應電動機的製作方法
技術領域：
本發明涉及繞線型感應電動機，進一步是指採用轉子多迴路自閉合對稱結構而具有優良起動性能的無刷繞線式感應電動機。
傳統的繞線型轉子感應電動機的轉子軸上裝有滑環，可通過電刷在轉子電路中串入或切除起動電阻來增大起動轉矩及減小起動電流，做到高效率運行，因而在要求重載起動的場合應用廣泛。但是這種電動機也因存在滑動電觸點而結構複雜、維護不便、可靠性較低，不適應易燃易爆多塵的場合，其應用又受到很大限制。取消所述滑環-電刷系統，對於繞線型感應電動機來說，無論在理論上還是對工程實際都有重要意義，因而長期以來一直成為電機專業廣為研究的課題。例如，第CN85102382號專利文獻記載的技術方案將電動機定子繞組設計成運行極2P和起動極2Q兩種極數；將轉子繞組設為，起動極磁場感應的轉子電流必須經過直接接在轉子繞組上的起動電阻，以改善其起動性能，而運行極磁場感應的轉子電流則不經過該起動電阻，以保證運行性能。按這種方法設計的諧波起動繞線式感應電動機，由於取消了滑環-電刷系統，其上述固有缺陷隨之消除。但這種諧波起動電動機的缺點是，轉子上串入的起動電阻固定不變，不像傳統繞線式電動機那樣在起動過程中被逐級切除，更做不到像頻繁變阻器那樣自動平滑減小，因而無法保證在整個起動過程中都有較高的起動轉矩。
本發明的目的是，設計出採用轉子多迴路自閉合對稱結構的繞線型感應電動機，取消滑環-電刷系統而具有優良的起動性能，從而克服已有技術的上述不足，還使產品應用領域擴大、成本降低。
本發明的技術方案是，所述採用轉子多迴路自閉合對稱結構的繞線型感應電動機包括外殼、定子、轉子，定子繞組有起動極2Q和運行極2P，其設計特點是，轉子波繞組的結構是，將運行極為2P時的轉子三相槽號相位圖中每一列各槽號的繞組元件依次串連成為一個閉合迴路而組成運行極下的多閉合迴路，並將所述閉合迴路以每兩個為一組配對連接而使其成為對起動極2Q時電流也構成通路之結構，所述配對連接是指把相應閉合迴路的繞組元件端部用多根連線對稱連接而形成多個閉合迴路。
以下結合附圖對本發明的結構和設計原理做出進一步說明。
對於一臺轉子槽數Z＝36，極數2P＝4的電動機，其轉子繞組的每極每相槽數q＝Z/6P＝3，可以得出4極時的三相槽號分布如圖1所示。由其可知，三相繞組每相分為兩個半相，這樣圖1中共有6個半相。對於普通波繞組而言，其連接規律是，繞組沿轉子表面繞行q圈，將每個極下屬於同一相正相帶的線圈(例如圖1中的A+)按一定順序串聯而構成相繞組的一半；然後再沿轉子表面繞行q圈，將每個極下屬於同一負相帶的線圈(例如圖1中的A-)按一定順序串聯起來而構成相繞組另一半，如圖2所示。這兩半之間可以串聯，也可以並聯，視所需要的支路數而定。本發明採用多迴路波繞組的連接則與上述連接方法不同。根據本發明所述連接方式，將圖1所示相位圖中每一列連接成一個閉合迴路，這樣18列就有18個閉合迴路，如圖3所示，即沿轉子表面每繞行一圈就構成一個閉合迴路。
比較圖2和圖3所示的接線方式，並對照圖1所示的相位圖，可知這兩種接線對4極而言是等效的，而這時圖3接線的繞組係數還略高於普通接法。但應注意的是，圖3接線對4極而言是閉合短路繞組，轉子電路中不能象普通接法那樣串入附加電阻來改善起動性能，必須選用除4極以外的極數來提高起動性能。圖4為36槽6極槽號相位圖，將圖1所示的4極三相(6個半相)槽號按6極相位重新排列，如圖5所示；可以看出，對4極而言同相位的槽號，對6極而言相位則差180°。參照圖5所示相位，將圖3所示18個閉合迴路按前述每兩個一組配對連接，該配對連接是把相應迴路的繞組元件端部用二根連線對稱連接成多個閉合迴路，使其對6極電流也能構成通路，具體連接如圖6所示。
容易看出，圖6的連接對4極迴路毫無影響，這是因為新增加的連接點對4極迴路而言均為零電位點，故新增加的連接線中不會流過任何4極電流；但對6極而言，按圖6接線，每對新增連接點之間卻存在30°的相位差，因而這時將有電流通過。可以計算出6極轉子繞組係數為COS75°＝0.2588，這表明6極時轉子電勢受到了削弱。另一方面，此時從定子邊看過去，相當於6極轉子電阻增大了1/(COS75°)2＝14.93倍。顯然，若在起動時利用這一特點，即可大大減小起動電流，增大起動轉矩，達到提高起動性能的目的。因此，本發明的轉子繞組接法是沿轉子表面每繞一圈即構成一個閉合迴路；每二個迴路用多根(指兩根或兩根以上的多根，如三根、四根、五根等)連線對稱連接形成多個閉合迴路。對於運行極，該多個閉合迴路均是對稱系統，且迴路連接點之間電位為零；對於起動極，所述多個閉合迴路中每個連接點之間存在電位差，因而有電流通過，它削弱轉子電勢，等效於在起動極下增大轉子電阻，從而達到增大起動力矩、減小起動電流的目的。這就是本發明的設計原理和特點所在。
由以上可知，本發明為一種採用轉子多迴路自閉合對稱結構的繞線型感應電動機，通過建立所述結構，使電動機取消了滑環-電刷系統而具有優良的起動性能，且可靠性好、維護方便、產品成本低，尤其適於高壓大容量感應電動機的改造和新產品開發，在電力、冶金、煤礦、建築、紡織等行業有廣泛的應用前景。


圖1是轉子36槽4極三相(6個半相)槽號相位分布圖；圖2是轉子36槽普通波繞組A相繞組連接方式；圖3是轉子36槽4極多迴路閉合波繞組連接圖；圖4是6極槽號相位圖；圖5是4極3相槽號按6極相位排列圖；圖6是36槽4/6極多迴路閉合波繞組連接圖；圖7是轉子72槽4極三相槽號相位圖；圖8是轉子72槽4極多迴路自閉合波繞組連接圖；圖9是轉子72槽6極三相槽號相位圖；圖10是轉子72槽4/6極多迴路自閉合波繞組連接圖；圖11是定子60槽4/6接線圖；圖12是轉子72槽6極運行4極起動的繞組接線圖；圖13是轉子72槽8運行6極起動的繞組接線圖；圖14是轉子96槽8極運行6極起動的繞組接線圖；圖15是轉子96槽8極運行12極起動的繞組接線圖。
實施例1一臺YR450-4、6KV、630KW之本發明電動機，轉子72槽且2P＝4的三相槽號相位圖如圖7所示，據此組成的起動極多閉合迴路如圖8所示，其起動極2Q＝6時的三相槽號相位圖如圖9所示；由圖9可知，對於4極而言同相位的槽，對6極來說則相位相差180°，按照本發明的前述接法，確定轉子波繞組連接如圖10所示，其相位差為30°，從定子邊看過去相當於6極轉子電阻增大14.93倍，保證了較大的起動力矩和較低的起動電流；利用已有技術之相應定子繞組接法如圖11所示。試驗測試表明，該電動機的起動電流倍數為3.12倍，大大優於籠型電動機6.5倍的標準，滿足GB755-87的標準，起動力矩倍數1.27，效率95.5％，功率因素0.883，溫升68.4℃，切換衝擊電流小於1.2倍額定電流，即相關指標優良，較普通電機均有提高和改善。本實施例中，圖10所示的轉子繞組接法是以2P＝4時的多迴路每兩個為一組配對連接，其為中間相隔一個迴路之兩個迴路配對連接，即按三相槽號相位圖中隔一列配對連接。
實施例2圖12是轉子72槽6極運行、4極起動時繞組端部接線圖，其為每相鄰兩個迴路(即三相槽號相位圖中相鄰兩列)配對連接，也可以是圖中自左至右的一1與3或1與4迴路(即三相槽號相位圖中第1列與第3列、第1列與第4列之迴路)配對連接，餘迴路依次類推。
實施例3圖13是轉子72槽8極運行、6極起動端部接線圖，它除了該圖所示相鄰兩迴路配對連接外，還可以是相同於實施例2的迴路1與3或1與4配對連接。
實施例4圖14為轉子96槽8極運行、6極起動時端部接線圖，其配對連接的兩迴路可以是實施例2所述的諸情形。
實施例5圖15為轉子96槽8極運行、12極起動時的端部接線圖，其配對連接的兩迴路可以是實施例2所述的諸情形。
由上述各實施例及前述結構可知，本發明的運行極2P與起動極2Q的結構設置至少包括2P＝4、6、8、2Q＝2P+a，且2P＝4時，a＝2、4、6；2P＝6、8時，a＝±2、4、6，而滿足本發明之技術方案的其它諸種連接結構，均應屬於本發明範圍。
權利要求
1.一種採用轉子多迴路自閉合對稱結構的繞線型感應電動機，包括外殼、定子、轉子，定子繞組有起動極2Q和運行極2P，其特徵是，轉子波繞組的結構是，將運行極為2P時的轉子三相槽號相位圖中每一列各槽號的繞組元件依次串連成為一個閉合迴路而組成運行極下的多閉合迴路，並將所述閉合迴路以每兩個為一組配對連接而使其成為對起動機2Q時電流也構成通路之結構，所述配對連接是指把相應閉合迴路的繞組元件端部用多根連線對稱連接而形成多個閉合迴路。
2.根據權利要求1所述的採用轉子多迴路自閉合對稱結構的繞線型感應電動機，其特徵是，所述配對連接包括三相槽號相位圖中相鄰兩列、或第1列與第3列、第1列與第4列之迴路配對連接，餘迴路依此類推。
3.根據權利要求1所述的採用轉子多迴路自閉合對稱結構的繞線型感應電動機，其特徵是，所述2P＝4、6、8.2Q＝2P+a，且當2P＝4時，a＝2、4、6；2P＝6、8時，a＝±2、4、6。
4.根據權利要求1所述的採用轉子多迴路自閉合對稱結構的繞線型感應電動機，其特徵是，所述用多根連線是指用二根或二根以上連線。
全文摘要
本發明的繞線式感應電動機的定子繞組有起動極2Q和運行極2P,轉子波繞組結構是將運行極2P下的轉子三相槽號相位圖中每一列槽號的繞組元件依次串接為一個閉合迴路而組成該極下多閉合迴路,並將所述閉合迴路每兩個為一組配對連接構成對起動極2Q下的電流也成通路之結構,所述配對連接是指將相應閉合迴路作端部多根連線的對稱連接。由此取消了傳統的滑環—電刷系統而具有優良的起動性能,結構簡單、成本降低、維護方便、可靠性好。
文檔編號H02K3/28GK1262545SQ99115228
公開日2000年8月9日 申請日期1999年1月22日 優先權日1999年1月22日
發明者賀小華, 王雪帆, 喻文標, 周延齡, 李其忠, 周克利 申請人:湖南省電力試驗研究所