异步电动机转子绕组的叠联结加法制造技术

本发明专利技术提出一种交流电机转子绕组的叠加法联结，在原转子绕组上叠加一套与原来一样但匝数不同的绕组，通过并联或反接串联与原转子绕组联结在一起。这种新型转子绕组用于谐波起动电动机时，转子上不焊接起动电阻元件，因而简化结构和提高运行可靠性；用于同步电动机时，转子上不装置阻尼笼，从而实现了同步电动机的自行起动；用于同步发电机时，可调节瞬变参数，提高发电机运行的动态稳定性和动态过载能力。（*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机的转子绕组的结构和联结法，用以解决电动机的起动和调速问题，以及提高同步发电机的动态稳定性和过载能力。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(美国专利号4736147;中国专利号85102382·7)，于1989年上半年试制成功，投入工业应用。在试制这种新型电动机过程中，看到在转子上焊接起动电阻Rst是制造中的关键工艺，稍不注意，则运行时容易脱焊而发生事故，因此能否取消起动电阻Rst。而达到转子电路上无滑环、无电刷、无触点和无电阻元件？是一个很有实用意义的问题。长期以来，公认同步电动机自己不能起动，而不得不借助于装置阻尼笼来实现异步起动。是否能实现同步电动机也能自己起动？从而取消笨重的阻尼笼，是同步电动机发展史上的一个重大革命。对同步发电机，如何降低其瞬变电抗x′d以提高其运行时的动态稳定性和过载能力？一直是一个重大课题。本专利技术的目的在于提出一种称为“叠加法”的转子绕组联结法，以达到完满地解决上面提出的三个问题，从而制造出转子上无电阻元件的谐波起动绕线型异步电动机，以及无阻尼笼的凸极和稳极的能自行起动的同步电动机，和动态稳定性很高、动态过载能力很强的同步发电机。本专利技术提出的“叠加法”的原理如下对异步电动机说，先按常规联结法把转子绕组连接成一个对称多相绕组;对同步电动机说把其励磁绕组按磁极集中(凸极式电机)或分布(隐极式电机)联结;把上述所有绕组统称为“原绕组”;然后，在“原绕组”上叠加一套分布情况和联结方式与“原绕组”完全一样，但其每个线圈的匝数与“原绕组”的不同，嵌于“原绕组”所嵌槽中的“叠加绕组”。这时每个槽里都嵌有“原绕组”和“叠加绕组”的线圈边。把“叠加绕组”和“原绕组”并联连接或反接串联连接，以达到起动时每槽中的“原绕组”电流和“叠加绕组”电流反相位，因而它们产生的漏磁场部分地互相抵消，相应地每相绕组的有效匝数减少，其结果使折算到定子的转子电阻显著变大，使起动电流减小而起动转矩增大，改进了起动性能。下面就异步电动机和同步电动机分别论述具体的绕组联结法。对谐波起动的绕线型异步电动机，作为“原绕组”的转子绕组，按已申请中国专利技术专利的“转子变极绕组联结的多段组合法”(申请号88106495·5)联结，有下述六种不同联结法，现与叠加法一起论述如下1.多个“闭合回路”法把转子绕组划分为Pm2段，其中P为基波极对数，m2＝3、4、5……等整数，每段绕组串联的线圈数及其空间分布情况和联结方式都相同，并且所说Pm2段绕组对称地分布于转子圆周上，把全部Pm2段绕组分别串联为m2个“闭合回路”，每个“闭合回路”串联空间上对称分布的P段绕组，上述绕组称为“原绕组”，其每段绕组称为“原绕组段”。在上述的每个“原绕组段”上再叠加一个所占槽号和联结法与“原绕组段”的完全一样，但其每个线圈的匝数与“原绕组段”的不同，嵌于“原绕组段”所嵌槽中，且其首、末端标志和“原绕组段”的一样的“叠加绕组段”。“叠加绕组段”每个线圈的匝数可在1匝、2匝、……一直到比“原绕组段”的少1匝的范围内按获得最佳的起动性能选取。这时每一槽内都存在“原绕组段”导体和“叠加绕组段”导体。为提高起动转矩和起动过程中的最大转矩，应把“叠加绕组段”导体放于靠近槽底的地方，并且应把每一“叠加绕组段”导体与一“原绕组段”导体紧紧地并排在一起，对扁铜线导体则应左、右放置，切忌上下重叠，以减少每相的漏电抗，提高起动转矩。把每一“叠加绕组段”与被其叠加的“原绕组段”并联，即二者的首端联结在一起，而末端也联结在一起。这时，对起动谐波磁场说。每个“闭合回路”内的合成电动势为零，因而没有电流，但在每个“叠加绕组段”与被其叠加的“原绕组段”构成的小闭合回路内，由于上述两种绕组段的匝数不同，它们的感应电动势沿小闭合回路内不能互相抵消，因而产生环流，使槽内的“原绕组段”导体和“叠加绕组段”导体中流着大小相等而方向相反的电流，随之该小闭合回路的有效匝数减少，达到显著提高折算到定子的转子电阻，从而提高电动机的起动性能。这时每个“绕组段”(包括“原绕组段”和与其并联的“叠加绕组段”)构成一相，整个转子绕组由对称分布的Pm2相绕组构成。当电动机正常运行时，由基波磁场感应于任一“闭合回路”中每个绕组段(由“原绕组段”和“叠加绕组段”并联构成)的电动势都是同相位、同大小，因而在“闭合回路”内产生环流，使电动机正常运行。此时两种绕组段的电流分配原则是各绕组段的电流与其电动势成正比，而与其等效漏阻抗成反比，由于电动势与匝数成正比，等效漏阻抗也可近似地看成与匝数成正比，因此“原绕组段”电流和“叠加绕组段”电流实际上相等，槽内两种导体电流实际上同大小、同方向，这说明在正常运行时，两种绕组段都发挥了正常作用，和常规电动机一样。以上从结构和原理上说明如何应用叠加法来制成转子上无电阻元件的谐波起动绕线型异步电动机。2.按基波排列的多支路星形联结在上述绕组中，若把m2个“闭合回路”都断开而成为m2条支路，每条支路沿同一圆周方向标志其首、末端，把所有去路的首端联结在一起，剩下的末端也联结在一起，便构成有m2条并联支路的星形联结，随而可制成转子上无电阻元件的谐波起动的星形联结绕组。3.定子用基波、转子上安装开关的联结法在前述两种联结法中，存在一个共同点，即在起动时借助于起动谐波来达到方法1中每个“闭合回路”内合成电动势为零因而没有环流，而方法2中则使星形联结每条支路中的合成电动势为零因而沿支路没有电流通过。根据这一点，可在每个“闭合回路”内或m2条并联支路中的每条支路都装置一个离心式开关或一个双向晶闸管之类的无触点开关，在电动机起动过程中上述开关都处于断开状况，因此电路被切断而不通，当起动完毕时借助离心力使离心式开关闭合，或借助延时继电器或转速反馈来控制晶闸管的触发电路，使晶闸管导通，如此使电动机从起动工况进入正常运行工况。在此情况下，仅仅用基波磁场就能顺利起动。4.由多“并联组”构成的多“闭合回路”联结法把转子绕组划分为Qm2段，其中Q为起动谐波极对数，m2＝3、4、5……等整数，每段绕组串联的线圈数及其空间分布情况和联结方式都相同，并且所说Qm2段绕组对称地分布于转子圆周上。把全部Qm2段绕组分别并联为m2个“并联组”，每个“并联组”由空间上对称分布的Q段绕组并联。上述绕组称为“原绕组”，其每个并联组称为“原并联组”。在上述的每个“原并联组”上再叠加一个所占槽号和联结法与“原并绕组”的完全一样，但其每个线圈的匝数与“原并联组”的不同，嵌于“原并联组”所嵌槽中，且其首、末端标志和“原并联组”的一样的“叠加并联组”，把每个“叠加并联组”与被其叠加的“原并联组”反接串联，即把“原并联组”的末端和“叠加并联组”的末端接在一起，而“叠加并联组”的首端则直接或通过一个电阻元件之后与“原并联组”的首端接在一起，如此构成一个包含m2个“闭合回路”的转子绕组，对起动谐波磁场说是一个m2相的对称系统，显然，这种转子绕组可以不接起动电阻元件，但若需要也可连接电阻值很低的起动电阻元件。在上述联结中，由于“原并联组”与“叠加并联组”是反接串联，因此当用谐波起动时，每一槽内“原并联组”的导体电流和“叠加并联组”的导体电流必定同大小而反方向，因此每相有效匝数减少和漏电抗变小，从而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种把转子绕组划分为Ｐｍ↓［２］段，其中Ｐ为基波极对数，ｍ↓［２］＝３、４、５……等整数，每段绕组串联的线圈数及其空间分布情况和联结方式都相同，并且所说Ｐｍ↓［２］段绕组对称地分布于转子圆周上，将全部Ｐｍ↓［２］段绕组分别串联为ｍ↓［２］个“闭合回路”，每个“闭合回路”串联空间上对称分布的Ｐ段绕组的绕线型异步电动机转子绕组，其特征在于，在每个“原绕组段”上再叠加一个所占槽号和联结法与“原绕组段”完全一样，但其每个线圈的匝数与“原绕组段”的不同，嵌于“原绕组段”所嵌槽中，且其首、末端标志和“原绕组段”的一样的“叠加绕组段”，将每一“叠加绕组段”与被其叠加的“原绕组段”并联，即二者的首端联结在一起，而末端也联结在一起，如此完成一种转子上无电阻元件的谐波起动或调速的绕线型异步电动机的转子绕组。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：许实章，王雪帆，
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]