双谐波起动和调速的交流电动机定子绕组制造技术

本发明专利技术提出一种双谐波起动或调速的新方法及其定子绕组联结。本发明专利技术的特点是起动或调速时不丢弃绕组或只丢弃较少的部分绕组，从而保证有较大的起动转矩，其次是起动电流特别小，没有超速危险，操作和控制方便，可以实现电机出线只有三根，若配置双向晶闸管，则只需一个接至电源的开关，和常规电动机一样简单。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于交流电动机的起动和调速方法，及按该方法起动或调速的交流电动机定子绕组的联结法及结构。1988年先后获得美国和中国专利技术专利权的谐波起动电动机（美国专利4736147;中国专利85102382.7）于1989年上半年试制成功，投入工业运行，由于它表现出来的优越起动特性和运行性能，受到现场工人和技术人员的高度评价。在试制这种新型电动机的过程中，发现有下列问题值得作进一步研究：（1）已制成的几台谐波起动电动机都是单谐波起动，电动机引出线为六根，需要二个三相开关，起动时合上一个开关，起动完毕把它断开，再合上另一个开关而进入正常运行;这样，当电动机离电源很远时，与传统电动机比较增加的三根电缆须花费很大投资，很不经济;同时如此一合、一拉、又一合的操作过程使开关的控制线路较为复杂，因此可靠性也较差。（2）已制成的谐波起动电动机的起动电流为2-2.5倍额定电流，如何采用新方案以进一步把起动电流降至1.5-2倍，从而更充分发挥谐波起动的优越性，是一个值得研究的问题。（3）单谐波起动时，若用少极数作为起动谐波，由于谐波的同步转速远高于基波的同步转速，因此空载或轻载起动而又未及时从起动工况转变为运行工况时，将发生严重超速现象，危及电机安全。显然，解决上述问题，将对谐波起动电动机的推广产生重大的促进作用。采用一个谐波和一个基波联合起动的双谐波起动，能解决上述三个问题，在前述专利的说明书中曾提出一些双谐波起动方案，把定子-->绕组平分为二半，起动时将其一半投入电网，起动完毕时再把另一半也投入电网。但试验表明，这些方案的起动转矩不大，不能满足要求，其原因在于起动时只有一半绕组被利用，而另一半被丢弃而未起作用。本专利技术的目的在于提出一种新的双谐波起动方法，起动时绕组全部被利用或只丢弃较少的部分绕组（例如三分之一及其以下），因此能达到既解决了前述的三个问题，又能保证具有相当大的起动转矩。本专利技术提出的双谐波起动方法如下：正常运行时采用3Y或Y+3Y联结的定子绕组，起动时将3Y部分每相三条并联支路中的一条支路通过开关而断开，使得整个三相绕组变为△或Y+△联结，同时产生一个2P极的基波旋转磁场和一个很强的2Q极谐波旋转磁场，依靠这二个磁场来实现双谐波起动。这时，若正常运行为3Y联结，则起动时丢弃的绕组占全部绕组的三分之一;若为Y+3Y联结，则小于三分之一。上述双谐波起动的定子绕组有很多种设计方法，只要能满足下列二个基本要求便可应用：（1）正常运行的3Y或Y+3Y联结应保证3Y部分不产生环流，此时2P极的基波最强，其他谐波分量很少，并且相带较窄，一般采用60°相带，使得有较大的绕组分布系数;（2）起动时产生大小不相上下的2P极基波磁场和同转向的2Q极谐波磁场，其他谐波含量很少，不影响起动。下面举出一个比较普遍适用的设计方法。以正常运行时采用3Y联结为例说明如下：首先把定子绕组设计成从2P极变为2Q极的3Y/3Y联结无环流变极绕组，具体进行设计时可参考专利号为35103682.1的中国专利技术专利“消除3Y/3Y联结法环流的交流变极电动机绕组”，如此把定子绕组划分为九段，每段串联的槽号数相同;按图1a）联接为2P极运行;按图1b）联接为2Q极单谐波起动;而按图1C）联-->接便是2P极和2Q极同时存在的双谐波起动，此时①、⑤、⑨三段被丢弃不用，整个绕组形成一个△联接法;在三相开关S2断开的情况下把开关S1合闸便起动，等转速上升到接近额定值时再把开关S2合闸，便进入正常运行工况。图1a）和图1b）都各为三相对称系统，即三相磁势分别对2P极说和对2Q极说都是在空间上互差120°电角度。观察图1c）可见△联结中，每相为两段槽号反接串联，从180°-120°＝60°，可见其合成磁势大小应为每段磁势大小的2Cos30°＝倍，此情况无论对2P极说或对2Q极说都是一样。由此可用图1c）所示绕组的磁势必定同时存在很强的2P极波和2Q极波，符合双谐波起动的二个基本要求。上述联结法起动时丢弃了三分之一的绕组未利用。若把图1c）的联结法改为图2的联结法，即接电网的三根馈电线分别与电机每相三条并联支路中的一条支路固定地联结在一起，而另外二条支路先联结在一起再通过一个单相开关与前述的一条支路并联，于是三相的上述开关构成一个三相开关S2，正常运行时S2闭合，构成3Y联结，而起动时S2断开，构成Y+△联结法，这时整个绕组都被利用，未丢弃任何绕组。起动过程未变，即在开关S2断开时，把开关S1合闸便起动，而起动完毕时再把开关S2合闸，便进入运行工况。同理，若正常运行时为Y+3Y联结法，则起动时改为Y+△联结法，如图3（丢弃少于全绕组的三分之一的部分绕组）和图4（不丢弃任何绕组）所示;这时2Q极谐波被加强，而2P极基波则基本不变。若用三只双向晶闸管来代替前述各种双谐波起动中的三相开关S2，依靠控制上述晶闸管的触发电路，使晶闸管在起动时截止（断-->开），而在正常运行时导通，从而实现从起动工况到正常运行工况的转换，则可省掉一个三相开关，这时只需一个三相开关用以投入电网。如果更进一步，把上述晶闸管及其触发电路一起装于电动机的机座上或电动机旁边的小配电板上，并且利用延时继电器或转速反馈来控制其触发电路，从而达到从起动到运行的自动转换，则电动机只有三根引出线和只需一个接至电源的三相开关，只须合闸一次便能自动完成双谐波起动的全过程，和常规电动机一样地简单、方便。图5至图8画出此时的定子绕组联结图，其中图5对应于正常为3Y联结且起动时丢弃三分之一绕组的情况，图6对应于正常为3Y联结但起动时不丢绕组的情况，图7和图8则分别对应于正常为Y+3Y联结且起动时丢和不丢绕组两情况。本专利技术提出的双谐波起动方法与其他谐波起动方法比较，存在下列优点：1、起动时不丢掉绕组或只丢掉三分之一及其以下的绕组，因此绕组被充分或较充分利用，能产生较大起动转矩，满足实际需要。2、起动时在开关S2断开情况下把S1合闸，起动完毕时开关S1不动，再合闸开关S2，便从起动工况转入运行工况，实现不断电转换，因此开关控制线路简单，操作方便，有较高的可靠性。3、在电动机离电源配电板很远时，可把开关S2装于电动机机座上，或装于电动机旁边的小配电板上，这时电动机只需三根馈电电缆接至电源，因而显著节省投资，具有较高经济性。4、与采用少极数作为起动谐波的单谐波起动比较，没有发生超速的危险。这是因为用基波和极数较少的一个谐波联合起动时，当转速超过基波的同步转速时，基波产生的转矩为负值，因此转速不可能超过很多，保证了机组安全起动。-->5、双谐波起动时，电网电压须分配给基波和谐波，使它们分别受到较低的电压，因此起动电流远小于单谐波起动，能充分发挥谐波起动的优越性。6、若用三只双向晶闸管代替开关S2，并把晶闸管及其触发电路皆装于电动机机座上，再利用延时继电器或转速反馈来控制其触发电路，则可达到电动机只有三根引出线，只需一个接至电源的三相开关，将它合闸，电动机便起动，而于起动完毕时自动转入正常运行工况，因此电动机的安装和起动操作变得非常简单、方便。以下利用附图和实施例对本专利技术所说的双谐波起动方法及定子绕组联结法作进一步的说明。图1：双谐波起动定子绕组的设计过程，其中a）为正常运行2P极时的联结法，b）为用2Q极作起动谐波时的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用一个谐波和一个基波联合起动或调速的三相交流电动机定子绕组，其特征在于正常运行时为２Ｐ极的３Ｙ或Ｙ＋３Ｙ联结绕组，而起动或调速时将３Ｙ部分每相三条并联支路中的一条支路断开，使得整个三相绕组变为△或Ｙ＋△联结，同时产生２Ｐ极的基波旋转磁场和一个很强的２Ｑ极谐波旋转磁场，依靠这二个磁场来实现双谐波起动或调速。

【技术特征摘要】
1、一种利用一个谐波和一个基波联合起动或调速的三相交流电动机定子绕组，其特征在于正常运行时为2P极的3Y或Y+3Y联结绕组，而起动或调速时将3Y部分每相三条并联支路中的一条支路断开，使得整个三相绕组变为△或Y+△联结，同时产生2P极的基波旋转磁场和一个很强的2Q极谐波旋转磁场，依靠这二个磁场来实现双谐波起动或调速。2、按照权利要求1所述起动或调速方法设计的定子绕组，其特征在于，每相并联三条支路中有一条支路串联了一个双向晶闸管，而依靠控制上述晶闸管的触发电路，使晶闸管在起动或调速时截止（断开），而在正常运行时导通，从而实现从起动或调速工况到正常运行工况的转换，省掉了一个三相开关，这时电动机只需一个接至电源的三相开关。3、按照权利要求2所述方法设计的定子绕组，其特征在于，所说的三个双向晶闸管及其触发电路皆装于电动机的机座上或电动机旁边的小配电板上，并且利用延时继电器或转速反馈来控制其触发电路，从而实现从起动到运行的自动转换，这时电动机只需三根引出线和一个接至电源的三相开关。4、一种利用一个谐波和一个基波联合起动或调速的三相交流电动机定子绕组，其特征在于正常运行时为...

【专利技术属性】
技术研发人员：许实章，
申请(专利权)人：华中理工大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]