專利名稱：混聯(lián)交流感應電動機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種交流感應電動機。
背景技術：
在交流感應電動機中，每相電流產生的磁勢中存在著諧波磁勢，特別是低級次諧波磁勢，這些諧波磁勢合成一定的諧波旋轉磁勢，對電機的運行產生不良的影響，引起電機溫升提高，噪音增大，效率下降以及功率因數(shù)下降，本發(fā)明針對這一問題提出一種混聯(lián)交流感應電動機，較為理想地解決了上述問題。

發(fā)明內容
設三相感應電動機中任何一相通入單位電流，在電動機的磁路氣隙中產生分布磁勢，由于磁勢的正負半周期旋轉對稱、正半周期或負半周期前半部分和后半部分對稱，因而磁路氣隙中A、B、C三相的單位電流的磁勢可展成下述三角函數(shù)表達式FA＝f1cosα+f3cos3α+f5cos5α+…FB＝f1cos(α-120°)+f3cos3(α-120°)+f5cos5(α-120°)+…Fc＝f1cos(α-240°)+f3cos3(α-240°)+f5cos5(α-240°)+…(1)上述α表示磁路氣隙中點的位置角坐標。
而A、B、C三相電流為IA＝IcosωtIB＝Icos(ωt-120°)IC＝Icos(ωt-240°)(2)近似認為電機磁化過程是線性的，因而磁路氣隙中，各相磁勢是上述(1)、(2)式中對應式之積FA(α，t)＝FAIA＝{f1cosα+f3cos3α+f5cos5α+…}IcosωtFB(α，t)＝FBIB＝{f1cos(α-120°)+f3cos3(α-120°)+f5cos5(α-120°)+…}Icos(ωt-120°)FC(α，t)＝FcIc＝{f1cos(α-240°)+f3cos3(α-240°)+f5cos5(α-240°)+…}Icos(ωt-240°)(3)上式中三相磁勢均沿氣隙徑向，上式三式相加，就是氣隙中總磁勢分布F＝FA(α，t)+FB(α，t)+Fc(α，t)＝＝1.5f1Icos(α-ωt)+1.5f5Icos(5α+ωt)+1.5f7Icos(7α-ωt)+1.5f11Icos(11α+ωt)+1.5f13Icos(13α-ωt)+…++1.5f(6n-5)Icos[(6n-5)α-ωt]+1.5f(6n-1)Icos[(6n-1)α+ωt]+…(4)上式中第一項代表基波旋轉磁勢，它以ω角速度旋轉，第二項、第四項代表5次、11次諧波旋轉磁勢，它們分別以-(1/5)ω、-(1/11)ω角速度旋轉，第三項、第五項代表7次、13次諧波旋轉磁勢，它們分別以(1/7)ω、(1/13)ω速度旋轉，圖1表示了這些計算結果。這些諧波旋轉磁勢旋轉速度和基波旋轉磁勢旋轉角速度ω不同步，甚至反向，因而對電機的運轉起著不良的影響，級次越低的諧波旋轉磁勢影響越顯著，因而在電機設計中盡可能消除5次和7次諧波磁勢?，F(xiàn)有的方法還不能完全消除5次和7次諧波磁勢。本發(fā)明針對這一問題，提出一種混聯(lián)交流感應電動機，很大程度克服了上述缺陷，從而提高了感應電動機的運行效率，降低了溫升，提高了功率因數(shù)。
現(xiàn)在討論六相交流感應電動機的磁場問題。設電動機中任何一相通入單位電流，在電動機的磁路氣隙中產生分布磁勢為F1＝f1cosα+f3cos3α+f5cos5α+…F2＝f1cos(α-30°)+f3cos3(α-30°)+f5cos5(α-30°)+…F3＝f1cos(α-120°)+f3cos3(α-120°)+f5cos5(α-120°)+…F4＝f1cos(α-150°)+f3cos3(α-150°)+f5cos5(α-150°)+…F5＝f1cos(α-240°)+f3cos3(α-240°)+f5cos5(α-240°)+…F6＝f1cos(α-270°)+f3cos3(α-270°)+f5cos5(α-270°)+…(7)六相繞組分別通過的電流為I1=IcosωtI2＝Icos(ωt-30°)I3＝Icos(ωt-120°)I4＝Icos(ωt-150°)I5＝Icos(ωt-240°)I6＝Icos(ωt-270°)(8)作(7)、(8)兩式各對應式之積F1(α，t)＝F1I1＝{f1cosα+f3cos3α+f5cos5α+…}IcosωtF2(α，t)＝F2I2＝{f1os(α-30°)+f3cos3(α-30°)+f5cos5(α-30°)+…}Icos(ωt-30°)F3(α，t)＝F3I3＝{f1cos(α-120°)+f3cos3(α-120°)+f5cos5(α-120°)+…}Icos(ωt-120°)F4(α，t)＝F4I4＝{f1cos(α-150°)+f3cos3(α-150°)+f5cos5(α-150°)+…}Icos(ωt-150°)F5(α，t)＝F5I5＝{f1cos(α-240°)+f3cos3(α-240°)+f5cos5(α-240°)+…}Icos(ωt-240°)F6(α，t)＝F6I6＝{f1cos(α-270°)+f3cos3(α-270°)+f5cos5(α-270°)+…}Icos(ωt-270°)(9)電機氣隙磁場隨空間和時間總分布為(9)式中各式之和F＝F1(α，t)+F2(α，t)+F3(α，t)+F4(α，t)+F5(α，t)+F6(α，t)＝3f1Icos(α-ωt)+3f11Icos(11α+ωt)+3f13Icos(13α-ωt)+…+3f(12n-11)Icos((12n-11)α-ωt)+3f(12n-1)Icos((12n-1)α+ωt)+…(10)(10)式中3fiIcos(α-ωt)是基波旋轉磁勢，它以ω角速度旋轉。其余各項為諧波旋轉磁勢，它們的旋轉角速度都不是ω。圖2表示了這些計算結果。但是，我們注意到這些諧波旋轉磁勢的最小級次是11，與三相感應電機比較，它不存在5、7、17、19、…這些級次的旋轉磁勢，尤其是5次和7次諧波旋轉磁勢。這就使得六相感應電動機性能上優(yōu)于三相感應電動機。
以下討論如何由三相交流電源實現(xiàn)六相驅動問題。
圖3、圖4是三相電源驅動星形負載和三角形負載的兩種連接方式，其中圖3是三相電源輸出端同時連接星形負載和三角形負載。這種方式稱為星形三角形并聯(lián)連接方式。假定這種星形負載和三角形負載各自都是對稱的，即各自的負載完全相同，并且三角形負載中的每個負載和星形負載中的每個負載復阻抗之比是一個常實數(shù)，即在相同的交流電壓下，它們的電流是同相位的。這樣，可以得到，星形負載和三角形負載各自的電流是對稱的，而且從圖5電流相量分析還可以得到 ab超前 a30°， bc超前 b30°， c30°。圖4是三相電源輸出端先連接星形負載的輸入端，星形負載的另一端不共接，而連接一個三角形負載，這種方式稱為星形三角形串聯(lián)連接方式，同樣假定星形負載和三角形負載各自都是對稱的，由圖6電流相量分析同樣可以得到 ab超前 a30°， bc超前 b30°， ca超前 c30°。這樣，上述任何一種連接方式都可以得到兩組對稱分布的三相電流，而這兩組三相電流兩兩相位差30°，如果每個負載作為電機的一相繞組，這些繞組在空間電角度差與它們相位差相同，就會得到一個六相電動機的模型，但情況與前述推導過程不同的是這兩組電流的大小不同，但可以取這兩組繞組的匝數(shù)不同，使各組繞組單獨通過相應的電流時，產生的磁勢大小完全相同，這樣兩組繞組產生的旋轉磁勢就和前述計算結果完全一致。即可以完全消除5次、7次旋轉諧波磁勢。為了準確敘述本發(fā)明的構思和結構，對交流感應電動機的兩相繞組的夾角和幾何夾角定義如下設一個p(p＝1、2、3…)對極交流感應電動機，一相繞組的兩端分別為A、X，另一相繞組的兩端分別為B、Y，若規(guī)定A、B為這兩相繞組各自的輸入端，X、Y為這兩相繞組的輸出端，這兩相繞組都從輸入端到輸出端通以相同方向的電流，若其中一相繞組產生的磁場轉過最小角度α(α≥0)與另一相繞組電流產生的磁場同極性磁極中心位置完全重合，就稱這兩相繞組在A、B為輸入端時夾角為α機械角度或者夾角為pα電角度。對換其中一相繞組的輸入和輸出端，得到兩相繞組夾角為(180°/p)-α或者180°-pα，把α和(180°/p)-α的較小機械角度值或者pα和180°-pα較小電角度值稱為這兩相繞組的幾何夾角。
混聯(lián)交流感應電動機由定子和轉子構成，定子結構如下當其極對數(shù)為p(p＝1、2、3…)時，定子的每相繞組單獨通過電流時，產生沿定子圓周等角度分布的p(p＝1、2、3…)對磁極。它的定子有六相繞組，分為兩個三相繞組。其中一個三相繞組稱為三角形繞組，三角形繞組中任何兩個繞組的夾角為120°電角度，采用三角形連接，即第一相繞組的輸出端和第二相繞組的輸入端連接，第二繞組的輸出端和第三繞組的輸入端連接，第三繞組的輸出端和第一繞組的輸入端連接，這三個連接部分以下稱為連接端。另一個三相繞組稱為星形繞組，它的三個繞組和三角形繞組的三個繞組相間、并是等間隔分布，即星形繞組中的每相繞組都和三角形繞組中兩相繞組幾何夾角分別為30°電角度，而三角形繞組中的每相繞組和星形繞組中的兩相繞組幾何夾角也為30°電角度，把和三角形繞組一個連接端連接的兩相繞組幾何夾角都是30°電角度星形繞組中的繞組，稱為這個連接端對應的繞組。再這樣規(guī)定每相星形繞組的輸入端和輸出端，使得每相星形繞組和與它所對應的三角形繞組連接端所連接輸入端的那相三角形繞組夾角為30°電角度，而和這個連接端連接輸出端那相三角形繞組夾角為150°電角度。星形繞組和三角形繞組采用兩種方式連接(1)串聯(lián)方式，將三角形繞組的每個連接端和其對應的星形繞組輸出端連接，星形繞組中的三相繞組的三個輸入端連接三相交流電源。(2)并聯(lián)方式，將三角形繞組的每個連接端和其對應的星形繞組輸入端連接，并連接到三相交流電源，星形繞組中的三相繞組的三個輸出端連接在一起。
上述混聯(lián)交流感應電動機的定子繞組兩種連接方式還未涉及繞組感應電動勢與施加電壓的平衡關系，事實上對于串聯(lián)連接方式，星形繞組的電流是三角形繞組的電流的 倍為了使這兩個電流產生相等的磁勢，因而三角形繞組的匝數(shù)應是星形繞組的匝數(shù) 倍，同樣，并聯(lián)連接方式，三角形繞組施加電壓是星形繞組施加電壓的 倍，因而三角形繞組的反電勢也應該是星形繞組反電勢的 倍，因此三角形繞組的匝數(shù)還應是星形繞組的匝數(shù) 倍。兩種情況都要求三角形繞組的匝數(shù)應是星形繞組的匝數(shù) 倍。因為線圈的匝數(shù)都是整數(shù)值，匝數(shù)比無法做到嚴格的 倍，實際操作時，取 的近似值。


圖1是三相感應電動機諧波分析圖，圖2是六相感應電動機諧波分析圖，兩圖中表格第一行數(shù)字代表諧波磁勢的級次，第二行符號空格表示這個級次旋轉諧波磁勢不存在，圓圈代表基波旋轉磁勢，方形符號代表這個級次的旋轉諧波磁勢存在但和基波磁勢轉向相反，三角形符號代表這個級次的磁勢存在，且和基波磁勢轉向相同但不同步。圖3是三角形負載和星形負載并聯(lián)方式連接示意圖，圖4是三角形負載和星形負載串聯(lián)方式連接示意圖，圖5、圖6分別是圖3、圖4兩種負載連接方式電流相量分析圖，圖7、圖8是混聯(lián)交流感應電動機定子繞組串聯(lián)方式和并聯(lián)方式示意圖。
具體實施例方式圖7、8是p＝1的混聯(lián)交流感應電動機定子繞組實施方式，其中AA′、BB′、CC′為三角形繞組中的三個繞組，A、B、C為這三個繞組各自的輸入端，A′、B′、C′為這三個繞組各自的輸出端，A連接C′，B連接A′，C連接B′，這三個連接部分AC′、BA′、CB′都是連接端。DD′、EE′、FF′為星形繞組中的三個繞組，這三個繞組分別是AC′、BA′、CB′連接端對應的繞組，規(guī)定D、E、F分別為這三相繞組的輸入端。串聯(lián)連接如圖1所示，D′、E′、F′分別和AC′、BA′、CB′連接端連接，D、E、F三端連接三相交流電源。并聯(lián)連接如圖2所示，D、E、F分別和AC′、BA′、CB′連接端連接再連接三相交流電源，D′、E′、F′三端連接在一起。
從上述分析可以看出，混聯(lián)交流感應電動機不僅可以完全消除5、7、17、19…等級次諧波磁勢造成的旋轉磁勢，并且還可以利用短距繞組和分布繞組方法消除11、13次諧波磁勢造成的旋轉磁勢，而且電機制造結構并不發(fā)生變動，制造成本基本不增加。因而本發(fā)明應用前景極為廣闊。
權利要求
1.一種由定子和轉子構成的混聯(lián)交流感應電動機，當其極對數(shù)為p(p＝1、2、3…)時，定子的每相繞組單獨通過電流時，產生沿定子圓周等角度分布的p(p＝1、2、3…)對磁極，其主要特征在于它的定子有六相繞組，分為兩個三相繞組；其中一個三相繞組稱為三角形繞組，三相繞組中任何兩個繞組的夾角為120°電角度，采用三角形連接，即第一相繞組的輸出端和第二相繞組的輸入端連接，第二繞組的輸出端和第三繞組的輸入端連接，第三繞組的輸出端和第一繞組的輸入端連接，這三個連接部分以下稱為連接端；另一個三相繞組稱為星形繞組，它的三個繞組和三角形繞組的三個繞組相間、并是等間隔分布，即星形繞組中的每相繞組都和三角形繞組中兩相繞組幾何夾角分別為30°電角度，而三角形繞組中的每相繞組和星形繞組中的兩相繞組幾何夾角也為30°電角度，把和三角形繞組一個連接端連接的兩相繞組幾何夾角都是30°電角度星形繞組中的繞組，稱為這個連接端對應的繞組；再這樣規(guī)定每相星形繞組的輸入端和輸出端，使得每相星形繞組和與它所對應的三角形繞組連接端所連接輸入端的那相三角形繞組夾角為30°電角度，而和這個連接端連接輸出端那相三角形繞組夾角為150°電角度；星形繞組和三角形繞組采用兩種方式連接(1)串聯(lián)方式，將三角形繞組的每個連接端和其對應的星形繞組輸出端連接，星形繞組中的三相繞組的三個輸入端連接三相交流電源；(2)并聯(lián)方式，將三角形繞組的每個連接端和其對應的星形繞組輸入端連接，并連接到三相交流電源，星形繞組中的三相繞組的三個輸出端連接在一起。
2.根據(jù)權利1所述的混聯(lián)交流感應電動機，其主要特征在于定子繞組中三角形繞組的匝數(shù)應是星形繞組的匝數(shù) 倍的近似值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型交流感應電動機，這種電動機理論和實踐上完全消除了傳統(tǒng)交流感應電動機5次、7次諧波磁勢形成的諧波旋轉磁勢，降低了電機的損耗和溫升，提高了電機的功率因數(shù)和效率。制造成本基本不增加，是一種極有實用價值和開發(fā)前景的新型換代產品。
文檔編號H02K17/12GK1421982SQ02154669
公開日2003年6月4日 申請日期2002年12月6日 優(yōu)先權日2002年12月6日
發(fā)明者王振民 申請人:王振民