專(zhuān)利名稱(chēng)：一種三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)及其調(diào)速方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多級(jí)調(diào)速的電力拖動(dòng)(傳動(dòng))技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)及其調(diào)速方法。
背景技術(shù)：
目前，三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)主要有如下五種調(diào)速方法變頻調(diào)速、變極調(diào)速、串級(jí)調(diào)速、電磁滑差離合器調(diào)速和調(diào)壓調(diào)速。變頻調(diào)速雖有良好的調(diào)速平滑性，但它給電網(wǎng)帶來(lái)不容忽視的諧波污染，這種污染已經(jīng)成為一種公害，同時(shí)，諧波對(duì)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)本身也帶來(lái)?yè)p耗增加、效率降低、功率因數(shù)下降等不良影響。變極調(diào)速雖然成本低廉、無(wú)諧波污染，但調(diào)速級(jí)數(shù)太少，使其應(yīng)用受到限制。串級(jí)調(diào)速雖然有良好的性能，但裝置復(fù)雜、成本高昂，難以在中、小容量的三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)中獲得應(yīng)用。電磁滑差離合器調(diào)速雖然成本較串級(jí)調(diào)速低，但效率較低、低速靜差率大、過(guò)載能力小，而且為雙機(jī)組合結(jié)構(gòu)，體積大，成本仍然偏高。調(diào)壓調(diào)速需要附加調(diào)壓裝置(如變壓器、飽和電抗器等)，使成本增加；若調(diào)壓裝置采用電力電子設(shè)備，則還會(huì)帶來(lái)諧波污染及對(duì)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)本身產(chǎn)生影響等危害。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明就是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種成本低、效率高、可靠性高、無(wú)諧波污染、可多級(jí)調(diào)速的三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)及其調(diào)速方法。
本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)含一個(gè)定子和一個(gè)轉(zhuǎn)子，定子上有相軸固定不動(dòng)的定相繞組和相軸可以移動(dòng)的動(dòng)相繞組，轉(zhuǎn)子上最多一套繞組，定相繞組和動(dòng)相繞組各產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，這兩個(gè)有空間相位差的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中產(chǎn)生相應(yīng)的有時(shí)間相位差的兩個(gè)感應(yīng)電勢(shì)，通過(guò)改變動(dòng)相繞組的出線，來(lái)移動(dòng)動(dòng)相繞組的相軸，從而改變兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間的空間相位差，進(jìn)而改變轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中兩個(gè)感應(yīng)電勢(shì)之間的時(shí)間相位差，因而改變轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中的合成感應(yīng)電勢(shì)和電流，從而改變?nèi)喔袘?yīng)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。每改變一次動(dòng)相繞組的出線，就得到一個(gè)新的轉(zhuǎn)速。本發(fā)明的調(diào)速方法可以稱(chēng)為變線移相調(diào)速法，為有級(jí)調(diào)速。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果相對(duì)于變頻調(diào)速、串級(jí)調(diào)速、電磁滑差離合器調(diào)速和調(diào)壓調(diào)速等調(diào)速方式而言，本發(fā)明的變相調(diào)速幾乎可以說(shuō)是“零調(diào)速裝置”，因?yàn)樗鼪](méi)有附加如變壓器、飽和電抗器、電力電子調(diào)壓器、變頻器等電磁或電力電子裝置，它所需要的調(diào)速裝置與變極調(diào)速類(lèi)似，即只需要開(kāi)關(guān)及其控制裝置。這樣一來(lái)，就帶來(lái)成本低、可靠性高、無(wú)諧波污染、無(wú)諧波對(duì)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)本身的影響等優(yōu)勢(shì)和有益效果。相對(duì)于變極調(diào)速而言，雖然同為有級(jí)調(diào)速，但本發(fā)明的調(diào)速級(jí)數(shù)大大增加。本發(fā)明沒(méi)有任何有害效果。


圖1是zt為偶數(shù)時(shí)動(dòng)相繞組的槽號(hào)相位圖；圖2是zt為偶數(shù)時(shí)動(dòng)相繞組的出線圖；圖3是zt為奇數(shù)時(shí)動(dòng)相繞組的槽號(hào)相位圖；圖4是zt為奇數(shù)時(shí)動(dòng)相繞組的出線圖；圖5是定子繞組的出線—電源連接示意圖；圖6是動(dòng)相繞組各出線與電源的連接方案圖；圖7是36槽4極三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)動(dòng)相繞組的槽號(hào)相位圖；圖8是36槽4極三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)動(dòng)相繞組的出線圖；圖9是36槽4極三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)定子繞組的出線—電源連接示意圖；圖10是36槽4極三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)動(dòng)相繞組各出線與電源的連接方案圖；圖11是36槽8極三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)動(dòng)相繞組的槽號(hào)相位圖；圖12是36槽8極三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)動(dòng)相繞組的出線圖；圖13是36槽8極三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)定子繞組的出線-電源連接示意圖；圖14是36槽8極三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)動(dòng)相繞組各出線與電源的連接方案圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
1.定子繞組的結(jié)構(gòu)、相帶、接法和出線根數(shù)(1)定相繞組的結(jié)構(gòu)、相帶、接法和出線根數(shù)定相繞組可以采用雙層迭繞或波繞結(jié)構(gòu)，迭繞時(shí)可以選用短距繞組，也可以采用單層等元件、交叉或同心結(jié)構(gòu)；采用60°相帶；可以接成星形接法(即Y接法)，也可以接成三角形接法(即Δ接法)；每相一根出線，共三根出線。
(2)動(dòng)相繞組的結(jié)構(gòu)、相帶、接法和出線根數(shù)動(dòng)相繞組采用雙層迭繞結(jié)構(gòu)，迭繞時(shí)可以選用短距繞組；采用120°相帶；接成三角形接法(即Δ接法)。動(dòng)相繞組的出線根數(shù)與定子的槽數(shù)和極數(shù)有關(guān)。記三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的槽數(shù)為z，極數(shù)為2p，單元繞組數(shù)為t，單元繞組的槽數(shù)為zt，則t＝GCD(z，p)，GCD(z，p)表示求z和p的最大公約數(shù)(Greatest Common Devisor)。由于動(dòng)相繞組采用雙層結(jié)構(gòu)，故動(dòng)相繞組共有z個(gè)線圈，動(dòng)相繞組的單元繞組共有zt個(gè)線圈。由于動(dòng)相繞組采用120°相帶，故在槽號(hào)相位圖上只考慮正槽號(hào)，而不考慮負(fù)槽號(hào)，否則會(huì)導(dǎo)致槽號(hào)的重復(fù)使用。由于動(dòng)相繞組的單元繞組數(shù)為t，且只考慮正槽號(hào)，故動(dòng)相繞組的最大并聯(lián)支路數(shù)為t，最小并聯(lián)支路數(shù)為1。設(shè)動(dòng)相繞組每相的實(shí)際并聯(lián)支路數(shù)為b(顯然，b∈[1，t]，而且b應(yīng)能整除t)，則t/b是動(dòng)相繞組每相每條支路中具有相同相位的正槽號(hào)的個(gè)數(shù)，記之為g，動(dòng)相繞組每相每條并聯(lián)支路含(t/b)×(zt/3)＝g×(zt/3)個(gè)正槽號(hào)，亦即g×(zt/3)個(gè)線圈。下面分兩種情況來(lái)確定出線根數(shù)。
①zt為偶數(shù)時(shí)的出線根數(shù)當(dāng)zt為偶數(shù)時(shí)畫(huà)出槽號(hào)相位圖如圖1所示。此時(shí)槽號(hào)相位圖含zt列、2t行，其中，上面t行是正槽號(hào)，下面t行是負(fù)槽號(hào)。由于不考慮負(fù)槽號(hào)，故圖1’上對(duì)負(fù)槽號(hào)未加區(qū)別而僅用“-”來(lái)表示它的存在。zt為偶數(shù)時(shí)各并聯(lián)支路的出線情況如圖2所示。圖2是根據(jù)圖1繪制的。為圖面清晰起見(jiàn)，在繪制圖2時(shí)已設(shè)t＝4，b＝2，從而g＝t/b＝2。雖然如此，下面仍以最一般的情形來(lái)介紹圖2的具體繪制方法。
第一步，在圖1第ig+1行中每一個(gè)正槽號(hào)所代表線圈的首端都安排一根出線，這樣一來(lái)，第ig+1行上有zt根出線，每一行上的zt根出線都自左至右依次標(biāo)記為1，2，3，……，zt，i＝0，1，2，3，……，b-1，如圖2所示。第二步，把圖1第j列中第ig+1行、第ig+1行、……、第ig+g行上的g個(gè)正槽號(hào)所代表的g個(gè)線圈按照首尾相連的接法串聯(lián)起來(lái)，j＝1，2，3，……，zt，i＝0，1，2，3，……，b-1，如圖2所示。顯然，如果b＝t，導(dǎo)致g＝1，那么這一步是不必做的，因?yàn)榇藭r(shí)所說(shuō)的“g個(gè)線圈”變成1個(gè)線圈，無(wú)需串聯(lián)。第三步，把圖1第j列第ig+g行的正槽號(hào)所代表線圈的尾端，與第j+1列第ig+1行的正槽號(hào)所代表線圈的首端連起來(lái)，j＝1，2，3，……，zt-1，i＝0，1，2，3，……，b一1，如圖2所示。第四步，把圖2中序號(hào)同為j的b根出線相連，形成一根出線，序號(hào)仍然編為j，j＝1，2，3，……，zt。第五步，把圖1第zt列第g、2g、3g、……、bg行正槽號(hào)所代表的b個(gè)線圈的尾端相連，作為各個(gè)并聯(lián)支路的尾端，之后再與1號(hào)出線相連。至此，動(dòng)相繞組形成一個(gè)由b條并聯(lián)支路組成的回路。由上述過(guò)程可知，動(dòng)相繞組上共有zt根出線。
②zt為奇數(shù)時(shí)的出線根數(shù)當(dāng)zt為奇數(shù)時(shí)畫(huà)出槽號(hào)相位圖如圖3所示。此時(shí)槽號(hào)相位圖含2zt列、t行，其中奇數(shù)列是正槽號(hào)，偶數(shù)列是負(fù)槽號(hào)。由于不考慮負(fù)槽號(hào)，故圖3上對(duì)負(fù)槽號(hào)未加區(qū)別而僅用“-”來(lái)表示它的存在。zt為奇數(shù)時(shí)各并聯(lián)支路的出線情況如圖4所示。圖4是根據(jù)圖3繪制的。為圖面清晰起見(jiàn)，在繪制圖4時(shí)已設(shè)t＝4，b＝2，從而g＝t/b＝2。雖然如此，下面仍以最一般的情形來(lái)介紹圖4的具體繪制方法。
第一步，在圖3第ig+1行中每一個(gè)正槽號(hào)所代表線圈的首端都安排一根出線，這樣一來(lái)，第ig+1行上有zt根出線，每一行上的zt根出線都自左至右依次標(biāo)記為1，2，3，……，zt，i＝0，1，2，3，……，b-1，如圖4所示。第二步，把圖3第j列中第ig+1行、第ig+2行、……、第ig+g行上的g個(gè)正槽號(hào)所代表的g個(gè)線圈按照首尾相連的接法串聯(lián)起來(lái)，j＝1，3，5，……，2zt-1，i＝0，1，2，3，……，b-1，如圖4所示。顯然，如果b＝t，導(dǎo)致g＝1，那么這一步是不必做的，因?yàn)榇藭r(shí)所說(shuō)的“g個(gè)線圈”變成1個(gè)線圈，無(wú)需串聯(lián)。第三步，把圖3第j列第ig+g行的正槽號(hào)所代表線圈的尾端與第j+2列第ig+1行的正槽號(hào)所代表線圈的首端連起來(lái)，j＝1，3，5，……，2zt-3，i＝0，1，2，3，……，b-1，如圖4所示。第四步，把圖4中序號(hào)同為j的b根出線相連，形成一根出線，序號(hào)仍然編為j，j＝1，2，3，……，zt。第五步，把圖3第2zt-1列第g、2g、3g、……、bg行正槽號(hào)所代表的b個(gè)線圈的尾端相連，作為各個(gè)并聯(lián)支路的尾端，之后再與1號(hào)出線相連。至此，動(dòng)相繞組形成一個(gè)由b條并聯(lián)支路組成的回路。由上述過(guò)程可知，動(dòng)相繞組上共有zt根出線。
由上可知，無(wú)論zt是奇數(shù)還是偶數(shù)，動(dòng)相繞組上都有zt根出線。
2.連接方案由1中(2)已知?jiǎng)酉嗬@組上有zt根出線。A、B、和C三相上各有zt/3根。A相繞組上的zt/3根出線的序號(hào)依次標(biāo)記為1，2，……，zt/3；B相繞組上的zt/3根出線的序號(hào)依次標(biāo)記為1+zt/3，2+zt/3，……，2zt/3；C相繞組上的zt/3根出線的序號(hào)依次標(biāo)記為1+zt/3，2+zt/3，……，zt。把這zt根出線分為zt/3組，每組3根出線，組1出線號(hào)1，zt/3+1，2zt/3+1；組2出線號(hào)2，zt/3+2，2zt/3+2；組3出線號(hào)3，zt/3+3，2zt/3+3，……；組zt/3出線號(hào)zt/3，2zt/3，zt。z槽2p極三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)定子繞組的出線與電源連接示意圖如圖5所示。圖5中，n就是動(dòng)相繞組的出線組數(shù)，它等于zt/3。每一組出線與三相電源都取三種連接方案(具體取法是設(shè)某一組中的三根出線分別標(biāo)記為1，2和3，電源的三相分別標(biāo)記為U、V和W，則取該組出線與電源的三種連結(jié)方案為1接U，2接V，3接W；3接U，1接V，2接W；2接U，3接V，1接W。另外的三種連接方案不取)，故動(dòng)相繞組與電源之間一共取3×zt/3＝zt種連接方案，各連接方案序號(hào)記為1，2，3，……，zt，詳細(xì)情況如圖6所示。
3.調(diào)速方法調(diào)速是通過(guò)改接動(dòng)相繞組的出線來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這里對(duì)動(dòng)相繞組出線的改接包括兩種情形第一種是換組，是指將動(dòng)相繞組連接電源的某一組出線換成動(dòng)相繞組的另一組出線；第二種是換相，是指保持動(dòng)相繞組連接電源的某組出線不變，但改變?cè)摻M中每一根出線的相屬。動(dòng)相繞組各出線與電源的連接方案如圖6所示。
4.理論調(diào)速級(jí)數(shù)不考慮負(fù)載因素的影響所得到的調(diào)速級(jí)數(shù)稱(chēng)為理論調(diào)速級(jí)數(shù)。
在調(diào)速時(shí)，定相繞組各相相軸的位置是固定的，動(dòng)相繞組各相相軸的位置是變動(dòng)的。定子兩繞組對(duì)應(yīng)相的相軸之間有空間相位差(討論定子兩繞組對(duì)應(yīng)相的相軸之間的空間相位差時(shí)，可以固定考察三相中的任意一相)，而且，這個(gè)空間相位差因動(dòng)相繞組與電源連接的不同而異。記α為槽號(hào)相位圖上的格距電角，當(dāng)zt為偶數(shù)時(shí)，α＝360°/zt；當(dāng)zt為奇數(shù)時(shí)，α＝360°/(2zt)；記β為動(dòng)相繞組任一相之相軸與定相繞組對(duì)應(yīng)相之相軸之間的空間相位差。設(shè)當(dāng)動(dòng)相繞組采用連接方案1時(shí)，β＝0°，即對(duì)應(yīng)相的相軸同相位，下面分zt為偶數(shù)和奇數(shù)兩種情況進(jìn)行說(shuō)明。
(1)zt為偶數(shù)時(shí)的理論調(diào)速級(jí)數(shù)當(dāng)zt為偶數(shù)且動(dòng)相繞組采用連接方案k時(shí)，β＝(k-1)×α，k＝1，2，……，zt。k＝1時(shí)，β＝0°；k＝2時(shí)，β＝α；k＝3時(shí)，β＝2α；……；k＝zt-1時(shí)，β＝360°-2α，相當(dāng)于-2α；k＝zt時(shí)，β＝360°-α，相當(dāng)于-α。
可見(jiàn)，當(dāng)k從1變到zt時(shí)，定相和動(dòng)相兩繞組對(duì)應(yīng)相的相軸之間的空間相位差從0°變到α，逐漸增加，直到360°-α。由于相距α和相距360°-α對(duì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的影響是一樣的(360°-α相當(dāng)于-α，因?yàn)橛绊戅D(zhuǎn)子中感應(yīng)電勢(shì)，從而最終影響轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的，是定相和動(dòng)相兩繞組對(duì)應(yīng)相相軸之間空間相位差的大小，與誰(shuí)超前誰(shuí)滯后沒(méi)有關(guān)系)，故k＝2等效于k＝zt，k＝3等效于k＝zt-1，……。一般地，有k＝s等效于k＝zt-s+2，s＝2，3，4，……，zt/2，即這一過(guò)程一直持續(xù)到k＝zt/2等效于k＝zt/2+2，此時(shí)，一共有zt/2+1種不同的情況(分別是k＝1，2，3，……，zt/2，zt/2+1)，即三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)具有zt/2+1種不同的轉(zhuǎn)速。
(2)zt為奇數(shù)時(shí)的理論調(diào)速級(jí)數(shù)當(dāng)zt為奇數(shù)且動(dòng)相繞組采用連接方案k時(shí)，β＝(k-1)×(2α)，k＝1，2，……，zt。k＝1時(shí)，β＝0°；k＝2時(shí)，β＝2α；k＝3時(shí)，β＝4α；……；k＝zt-1時(shí)，β＝360°-4α，相當(dāng)于-4α；k＝zt時(shí)，β＝360°-2α，相當(dāng)于-2α。
可見(jiàn)，當(dāng)k從1變到zt時(shí)，定相和動(dòng)相兩繞組對(duì)應(yīng)相的相軸之間的空間相位差從0°變到2α，逐漸增加，直到360°-2α。由于相距2α和相距360°-2α對(duì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的影響是一樣的(360°-2α相當(dāng)于-2α，因?yàn)橛绊戅D(zhuǎn)子中感應(yīng)電勢(shì)，從而最終影響轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的，是定相和動(dòng)相兩繞組對(duì)應(yīng)相相軸之間空間相位差的大小，與誰(shuí)超前誰(shuí)滯后沒(méi)有關(guān)系)，故k＝2等效于k＝zt，k＝3等效于k＝zt-1，……。一般地，有k＝s等效于k＝zt-s+2，s＝2，3，4，……，(zt+1)/2，即這一過(guò)程一直持續(xù)到k＝(zt+1)/2等效于k＝(zt+3)/2，此時(shí)，一共有(zt+1)/2種不同的情況(分別是k＝1，2，3，……，(zt+1)/2)，即三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)具有(zt+1)/2種不同的轉(zhuǎn)速。
由上分析可見(jiàn)，zt種連接方案并非每一種都對(duì)應(yīng)著不同的速度，其所對(duì)應(yīng)的調(diào)速級(jí)數(shù)等于zt/2+1(當(dāng)zt為偶數(shù)時(shí))或(zt+1)/2(當(dāng)zt為奇數(shù)時(shí))，如果引用記號(hào)[x]表示小于或等于x的最大整數(shù)(x為任意實(shí)數(shù))，則上述兩種情形可統(tǒng)一為[zt/2]+1，即無(wú)論zt是奇數(shù)還是偶數(shù)，調(diào)速級(jí)數(shù)皆為[zt/2]+1。
5.實(shí)際調(diào)速級(jí)數(shù)本發(fā)明的實(shí)際調(diào)速級(jí)數(shù)與負(fù)載的種類(lèi)有關(guān)。對(duì)于風(fēng)機(jī)類(lèi)負(fù)載而言，實(shí)際調(diào)速級(jí)數(shù)可望達(dá)到理論調(diào)速級(jí)數(shù)，即等于動(dòng)相繞組之單元繞組槽數(shù)的一半加1(當(dāng)單元繞組槽數(shù)為偶數(shù)時(shí))或單元繞組槽數(shù)加1的一半(當(dāng)單元繞組槽數(shù)為奇數(shù)時(shí))。譬如，三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)定子為36槽2極，其動(dòng)相繞組之單元繞組槽數(shù)為18槽，則調(diào)速級(jí)數(shù)為19級(jí)；又譬如，三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)定子為36槽8極，其動(dòng)相繞組之單元繞組槽數(shù)為9槽，則調(diào)速級(jí)數(shù)為5級(jí)。對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩類(lèi)負(fù)載而言，實(shí)際調(diào)速級(jí)數(shù)將比理論調(diào)速級(jí)數(shù)略少。
6.轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子可以為籠型轉(zhuǎn)子、繞線型轉(zhuǎn)子、實(shí)心轉(zhuǎn)子。如為籠型或繞線型轉(zhuǎn)子，則轉(zhuǎn)子上繞組的套數(shù)為一套；如為實(shí)心轉(zhuǎn)子，則轉(zhuǎn)子上沒(méi)有繞組。轉(zhuǎn)子可以采用內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，也可以采用外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。
7.出線開(kāi)關(guān)及其控制三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)出線與電源之間的開(kāi)關(guān)可以是帶觸點(diǎn)式開(kāi)關(guān)，如接觸器；也可以是電力電子器件，如固態(tài)繼電器；還可以是光電器件，如光控繼電器。三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)出線與電源之間的開(kāi)關(guān)可以通過(guò)可編程序控制器、單片機(jī)、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)等來(lái)進(jìn)行控制。
下面分兩種情形(動(dòng)相繞組的單元繞組槽數(shù)zt為偶數(shù)和奇數(shù))給出本發(fā)明的兩個(gè)實(shí)施例。
實(shí)施例一zt為偶數(shù)時(shí)的實(shí)施例(以定子36槽4極三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)為例)1.定子繞組的結(jié)構(gòu)、相帶、接法和出線根數(shù)(1)定相繞組的結(jié)構(gòu)、相帶、接法和出線根數(shù)定相繞組采用雙層迭繞結(jié)構(gòu)，節(jié)距取y1＝8槽距，采用60°相帶，三角形接法(即Δ接法)，每相一根出線，共三根出線。定相繞組的具體設(shè)計(jì)與普通的單速三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的定子繞組設(shè)計(jì)無(wú)異，此略。
(2)動(dòng)相繞組的結(jié)構(gòu)、相帶、接法和出線根數(shù)動(dòng)相繞組采用雙層迭繞結(jié)構(gòu)，節(jié)距取y1＝8槽距，采用120°相帶，三角形接法(即Δ接法)。槽數(shù)z＝36槽，極數(shù)2p＝4極，單元繞組數(shù)t＝GCD(z，p)＝GCD(36，2)＝2。單元繞組槽數(shù)zt＝z/t＝36/2＝18。動(dòng)相繞組共有36個(gè)線圈，動(dòng)相繞組的單元繞組共有18個(gè)線圈。取并聯(lián)支路數(shù)b＝2，因此g＝t/b＝2/2＝1。動(dòng)相繞組每相每條并聯(lián)支路含(t/b)×(zt/3)＝g×(zt/3)＝1×(18/3)＝6個(gè)正槽號(hào)，亦即6個(gè)線圈。畫(huà)出36槽4極三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)動(dòng)相繞組的槽號(hào)相位圖，如圖7所示。畫(huà)出36槽4極三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)動(dòng)相繞組的出線圖，如圖8所示。注意，圖8中，并聯(lián)支路數(shù)b＝2，每相每條支路有相同相位的正槽號(hào)的個(gè)數(shù)g＝t/b＝2/2＝1。
2.連接方案由1中的(2)已知?jiǎng)酉嗬@組上有zt＝18根出線。A、B、和C三相上各有6根。A相繞組上的6根出線的序號(hào)依次標(biāo)記為1，2，3，4，5，6；B相繞組上的6根出線的序號(hào)依次標(biāo)記為7，8，9，10，11，12；C相繞組上的6根出線的序號(hào)依次標(biāo)記為13，14，15，16，17，18。把這18根出線分為6組，每組3根出線，組1出線號(hào)1，7，13；組2出線號(hào)2，8，14；組3出線號(hào)3，9，15；組4出線號(hào)4，10，16；組5出線號(hào)5，11，17；組6出線號(hào)6，12，18。36槽4極三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)定子繞組出線與三相電源的連接示意圖如圖9所示。圖9中，動(dòng)相繞組的出線組數(shù)為6。動(dòng)相繞組每一組出線與三相電源都可取三種連接方案，故動(dòng)相繞組與電源之間的連接方案一共有3×zt/3＝zt＝18種連接方案，各連接方案序號(hào)記為1，2，3，……，18，詳細(xì)情況如圖10所示。
3.調(diào)速方法采用換組和換相兩種方法來(lái)改接動(dòng)相繞組出線與電源的連接，即可實(shí)現(xiàn)調(diào)速。各種連接方案見(jiàn)圖10。
4.理論調(diào)速級(jí)數(shù)槽號(hào)相位圖上的格距電角α＝360°/zt＝360°/18＝20°。設(shè)當(dāng)動(dòng)相繞組采用連接方案1時(shí)，動(dòng)相繞組任一相之相軸與定相繞組對(duì)應(yīng)相之相軸之間的空間相位差β＝0°，即對(duì)應(yīng)相的相軸同相位，則當(dāng)動(dòng)相繞組采用連接方案k時(shí)，β＝(k-1)×α＝(k-1)×20°，k＝1，2，……，18。k＝1時(shí)，β＝0°；k＝2時(shí)，β＝20°；k＝3時(shí)，β＝40°；……；k＝zt-1＝18-1＝17時(shí)，β＝360°-40°，相當(dāng)于-40°；k＝zt＝18時(shí)，β＝360°-20°，相當(dāng)于-20°。
可見(jiàn)，當(dāng)k從1變到18時(shí)，定相和動(dòng)相兩部分相軸之間的夾角從0°變到20°，逐漸增加，直到360°-20°。k＝2等效于k＝18，k＝3等效于k＝17，……，這一過(guò)程一直持續(xù)到k＝zt/2＝18/2＝9等效于k＝zt/2+2＝18/2+2＝11，此時(shí)，一共有10種不同的情況(分別是k＝1，2，3，……，9，10)，即三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)具有10種不同的轉(zhuǎn)速。
如上所述，即可較好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
實(shí)施例二zt為奇數(shù)時(shí)的實(shí)施例(以定子36槽8極三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)為例)1.定子繞組的結(jié)構(gòu)、相帶、接法和出線根數(shù)(1)定相繞組的結(jié)構(gòu)、相帶、接法和出線根數(shù)定相繞組采用雙層迭繞結(jié)構(gòu)，節(jié)距取y1＝4槽距，采用60°相帶，三角形接法(即Δ接法)，每相一根出線，共三根出線。定相繞組的具體設(shè)計(jì)與普通的單速三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的定子繞組設(shè)計(jì)無(wú)異，此略。
(2)動(dòng)相繞組的結(jié)構(gòu)、相帶、接法和出線根數(shù)動(dòng)相繞組采用雙層迭繞結(jié)構(gòu)，節(jié)距取y1＝4槽距，采用120°相帶，三角形接法(即Δ接法)。槽數(shù)z＝36槽，極數(shù)2p＝8極，單元繞組數(shù)t＝GCD(z，p)＝GCD(36，4)＝4。單元繞組槽數(shù)zt＝z/t＝36/4＝9。動(dòng)相繞組共有36個(gè)線圈，動(dòng)相繞組的單元繞組共有9個(gè)線圈。取并聯(lián)支路數(shù)b＝2，因此g＝t/b＝4/2＝2。動(dòng)相繞組每相每條并聯(lián)支路含(t/b)×(zt/3)＝g×(zt/3)＝2×(9/3)＝6個(gè)正槽號(hào)，亦即6個(gè)線圈。畫(huà)出36槽8極三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)動(dòng)相繞組的槽號(hào)相位圖，如圖11所示。畫(huà)出36槽8極三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)動(dòng)相繞組的出線圖，如圖12所示。注意，圖12中，并聯(lián)支路數(shù)b＝2，每相每條支路有相同相位的正槽號(hào)的個(gè)數(shù)g＝t/b＝4/2＝2。
2.連接方案由1中的(2)已知?jiǎng)酉嗬@組上有zt＝9根出線。A、B、和C三相上各有3根。A相繞組上的3根出線的序號(hào)依次標(biāo)記為1，2，3，；B相繞組上的3根出線的序號(hào)依次標(biāo)記為4，5，6；C相繞組上的3根出線的序號(hào)依次標(biāo)記為7，8，9。把這9根出線分為3組，每組3根出線，組1出線號(hào)1，4，7；組2出線號(hào)2，5，8；組3出線號(hào)3，6，9。36槽8極三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)定子繞組出線與三相電源的連接示意圖如圖13所示。圖13中，動(dòng)相繞組的出線組數(shù)為3。每一組出線與三相電源都可取三種連接方案，故動(dòng)相繞組與電源之間的連接方案一共有3×zt/3＝zt＝9種連接方案，各連接方案序號(hào)記為1，2，3，4，5，6，7，8，9，詳細(xì)情況如圖14所示。
3.調(diào)速方法采用換組和換相兩種方法來(lái)改接動(dòng)相繞組出線與電源的連接，即可實(shí)現(xiàn)調(diào)速。各種連接方案見(jiàn)圖14。
4.理論調(diào)速級(jí)數(shù)槽號(hào)相位圖上的格距電角α＝360°/(2zt)＝360°/(2×9)＝20°。設(shè)當(dāng)動(dòng)相繞組采用連接方案1時(shí)，動(dòng)相繞組任一相之相軸與定相繞組對(duì)應(yīng)相之相軸之間的空間相位差β＝0°，即對(duì)應(yīng)相的相軸同相位，則當(dāng)動(dòng)相繞組采用連接方案k時(shí)，β＝(k-1)×(2α)＝(k-1)×40°，k＝1，2，……，9。k＝1時(shí)，β＝0°；k＝2時(shí)，β＝40°；k＝3時(shí)，β＝80°；……；k＝zt-1＝9-1＝8時(shí)，β＝360°-80°，相當(dāng)于-80°；k＝zt＝9時(shí)，β＝360°-40°，相當(dāng)于-40°。
可見(jiàn)，當(dāng)k從1變到9時(shí)，定相和動(dòng)相兩部分相軸之間的夾角從0°變到40°，逐漸增加，直到360°-40°。k＝2等效于k＝9，k＝3等效于k＝8，k＝4等效于k＝7，k＝5等效于k＝6，此時(shí)，一共有5種不同的情況(分別是k＝1，2，3，4，5)，即三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)具有5種不同的轉(zhuǎn)速。
如上所述，即可較好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，含一個(gè)定子和一個(gè)轉(zhuǎn)子，其特征是，定子上有相軸固定不動(dòng)的定相繞組和相軸可以移動(dòng)的動(dòng)相繞組。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，其特征是，定子的定相繞組為單層或雙層結(jié)構(gòu)，定子的動(dòng)相繞組為雙層結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，其特征是，定子的定相繞組采用60°相帶，可以接成星形接法或三角形接法；定子的動(dòng)相繞組采用120°相帶，接成三角形接法。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，其特征是，定子的定相繞組每相一根出線，共三根出線；定子的動(dòng)相繞組的出線根數(shù)等于動(dòng)相繞組的單元繞組槽數(shù)zt，這zt根出線，以3根為一組，分為n組。
5.一種三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法，其特征是，通過(guò)改變定子的動(dòng)相繞組與三相電源的連接，來(lái)移動(dòng)動(dòng)相繞組的相軸，從而改變?nèi)喔袘?yīng)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法，其特征是，改變定子的動(dòng)相繞組與三相電源的連接可以通過(guò)換組來(lái)實(shí)現(xiàn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法，其特征是，改變定子的動(dòng)相繞組與三相電源的連接還可以通過(guò)換相來(lái)實(shí)現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明是一種三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)及其調(diào)速方法,可以稱(chēng)為變線移相調(diào)速法。三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)含一個(gè)定子和一個(gè)轉(zhuǎn)子,定子上有相軸固定不動(dòng)的定相繞組和相軸可以移動(dòng)的動(dòng)相繞組,定相繞組和動(dòng)相繞組各產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),這兩個(gè)有空間相位差的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中產(chǎn)生相應(yīng)的有時(shí)間相位差的兩個(gè)感應(yīng)電勢(shì),通過(guò)改變動(dòng)相繞組的出線,來(lái)移動(dòng)動(dòng)相繞組的相軸,從而改變兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間的空間相位差,進(jìn)而改變轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中兩個(gè)感應(yīng)電勢(shì)之間的時(shí)間相位差,因而改變轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中的合成感應(yīng)電勢(shì)和電流,從而改變?nèi)喔袘?yīng)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。本發(fā)明成本低、效率高、無(wú)諧波污染,可以實(shí)現(xiàn)多級(jí)調(diào)速。
文檔編號(hào)H02K17/12GK1367567SQ0211491
公開(kāi)日2002年9月4日 申請(qǐng)日期2002年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月1日
發(fā)明者程小華 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)