二极异步启动永磁同步电动机定子绕组转让专利
申请号 : CN201510886939.7
文献号 : CN105375728B
文献日 : 2018-01-26
发明人 : 林政安
申请人 : 泰豪科技股份有限公司
摘要 :
本发明公开一种二极异步永磁同步电动机定子绕组，其特点是定子槽数为36槽，极数为二极，相数为3相，定子绕组A、B、C三相对称，互差120°电角度，定子绕组在槽内由3层构成，每一层都是一种单层链式绕组，同一层线圈的节距相同，同一层线圈每个线圈匝数也相同，不同层的线圈节距和匝数都是不相同的，分别有3种节距和3种匝数，每个槽内的总导体数都是相同的。本发明的优点为：三相绕组为三角形接法，这种绕组定子磁势谐波含量小于2%，定子绕组端部短，三角形接法时无反电动势的3次及3的奇数倍次数谐波环流，采用星形——三角形接法启动，启动顺利，工作平稳，永磁体恒磁能力强。
权利要求 :
1.一种二极异步启动永磁同步电动机定子绕组，其特征在于：定子槽数36槽，极数2极，相数3相，定子绕组A、B、C三相对称，互差120°电角度，定子绕组在槽内由3层构成，每一层都是一种单层链式绕组，同一层线圈的节距相同，同一层线圈每个线圈匝数也相同，不同层的线圈节距和匝数都是不相同的，分别有3种节距和3种匝数，每个槽内的总导体数都是相同的，大节距线圈节距为Y1=1-16，中节距线圈节距Y2=1-10，小节距线圈节距Y3=1-4；节距从大到小的线圈匝数比为5：4：1，每相大、中、小节距的线圈都是6圈，每相有18圈，并联支路数a=1，A相绕组为大节距线圈绕组a1x1,中节距线圈绕组a2x2，小节距线圈绕组a3x3这三种节距的绕组相串联，大节距线圈，节距Y1=1-6，共6圈，每圈匝数为5n匝，n=1，2，3……自然数，布置如下：1-16，2-17，3-18；36-21，35-20，34-19，从第1槽和第19槽引出线，线端分别标记为a1，x1，a1x1称为大节距线圈绕组，位于槽口，即第3层；中节距线圈，节距Y2=1-10，共6圈，每圈匝数为4n匝，n=1，2，3……自然数，布置如下：4-13，5-14，6-15，33-24，32-23，31-22；从第
4槽和第22槽引出线，线端分别标记为a2，x2，a2x2称为中节距线圈绕组，位于槽中层，即第2层；小节距线圈，节距Y3=1-4，共6圈，每圈匝数为1n匝，n=1，2，3……自然数，布置如下：7-
10，8-11，9-12，30-27，29-26，28-25；从第7槽和第25槽引出线，线端分别标记为a3，x3，a3x3称为小节距线圈绕组，位于槽底部，即第1层；A、B、C三相绕组对称，互差120°电角度，B相，C相绕组结构与匝数与A相绕组完全相同，三相绕组为三角形接法，这种绕组定子磁势谐波含量小于2%，三角形接法时无反电动势的3次及3的奇数倍次数谐波环流，采用星形——三角形启动。
说明书 :
二极异步启动永磁同步电动机定子绕组
技术领域
[0001] 本发明涉及一种电机交流绕组，尤其是一种二极异步启动永磁同步电动机定子绕组。
背景技术
[0002] 在无需调速场合，节能电机的推广也是很有实际意义的，异步启动永磁同步电动机就此应运而生，但是异步启动永磁同步电动机的鼠笼结构与普通异步机不同，同时转子上还存在永磁体，故启动能力比普通异步机还要差，而且普通异步电动机除小功率电机一般星形接法直接启动外，其余多为星形——三角形启动，而永磁同步电动机则往往只是星形接法，故启动时启动电流倍数更大，尤其是二极异步启动永磁同步电动机启动更难些，为了提高二极异步启动永磁同步电动机启动和牵入性能，在永磁转子结构方面以往有不少优化方案，在此不去涉及，而在定子绕组方面目前存在定子绕组端部长，定子磁势谐波多，反电动势谐波含量高，为了避免三角形接法中反电动势产生环流，只能采用星形接法工作，不能采用星形——三角形方法启动等突出问题，限制了二极异步启动永磁同步电动机作为节能电机的推广，对此，优化二极异步启动永磁同步电动机定子绕组，成为一个重要改进方面。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于针对二极异步启动永磁同步电动机定子绕组进行优化，克服目前这类电机定子绕组只采用星形接法，因而不能采用星形——三角形方法启动；而且定子绕组端部长，定子绕组磁势谐波含量大，反电动势谐波含量大，影响启动性能和永磁体恒磁能力等问题，发明一种新型的二极异步启动永磁同步电动机定子绕组，这种绕组端部短，定子磁势谐波含量小于2.0%，反电势谐波不含3次及3的奇数倍次数的谐波，三角形接法时，三角形内无反电动势环流，可以采用星形——三角形启动方法，限制启动电流倍数，改善启动性能和牵入性能，减少永磁体涡流发热，有效防止永磁体失效退磁。
[0004] 本发明是这样来实现的，一种二极异步启动永磁同步电动机定子绕组，其特征在于：定子槽数36槽，极数2极，相数3相，定子绕组A、B、C三相对称，互差120°电角度，定子绕组在槽内由3层构成，每一层都是一种单层链式绕组，同一层线圈的节距相同，同一层线圈每个线圈匝数也相同，不同层的线圈节距和匝数都是不相同的，分别有3种节距和3种匝数，每个槽内的总导体数都是相同的，大节距线圈节距为Y1=1-16，中节距线圈节距Y2=1-10，小节距线圈节距Y3=1-4；节距从大到小的线圈匝数比为5：4：1，每相大、中、小节距的线圈都是6圈，每相有18圈，并联支路数a=1，A相绕组为大节距线圈绕组a1x1,中节距线圈绕组a2x2，小节距线圈绕组a3x3这三种节距的绕组相串联，大节距线圈，节距Y1=1-6，共6圈，每圈匝数为5n匝，n=1，2，3……自然数，布置如下：1-16，2-17，3-18；36-21，35-20，34-19，从第1槽和第
19槽引出线，线端分别标记为a1，x1，a1x1称为大节距线圈绕组，位于槽口，即第3层；中节距线圈，节距Y2=1-10，共6圈，每圈匝数为4n匝，n=1，2，3……自然数，布置如下：4-13，5-14，6-
15，33-24，32-23，31-22；从第4槽和第22槽引出线，线端分别标记为a2，x2，a2x2称为中节距线圈绕组，位于槽中层，即第2层；小节距线圈，节距Y3=1-4，共6圈，每圈匝数为1n匝，n=1，2，
3……自然数，布置如下：7-10，8-11，9-12，30-27，29-26，28-25；从第7槽和第25槽引出线，线端分别标记为a3，x3，a3x3称为小节距线圈绕组，位于槽底部，即第1层；A、B、C三相绕组对称，互差120°电角度，B相，C相绕组结构与匝数与A相绕组完全相同，三相绕组为三角形接法，这种绕组定子磁势谐波含量小于2%，三角形接法时无反电动势的3次及3的奇数倍次数谐波环流，采用星形——三角形启动。
19槽引出线，线端分别标记为a1，x1，a1x1称为大节距线圈绕组，位于槽口，即第3层；中节距线圈，节距Y2=1-10，共6圈，每圈匝数为4n匝，n=1，2，3……自然数，布置如下：4-13，5-14，6-
15，33-24，32-23，31-22；从第4槽和第22槽引出线，线端分别标记为a2，x2，a2x2称为中节距线圈绕组，位于槽中层，即第2层；小节距线圈，节距Y3=1-4，共6圈，每圈匝数为1n匝，n=1，2，
3……自然数，布置如下：7-10，8-11，9-12，30-27，29-26，28-25；从第7槽和第25槽引出线，线端分别标记为a3，x3，a3x3称为小节距线圈绕组，位于槽底部，即第1层；A、B、C三相绕组对称，互差120°电角度，B相，C相绕组结构与匝数与A相绕组完全相同，三相绕组为三角形接法，这种绕组定子磁势谐波含量小于2%，三角形接法时无反电动势的3次及3的奇数倍次数谐波环流，采用星形——三角形启动。
[0005] 本发明的优点为：并联支路数a=1，避免了永磁电机中磁不对称引起的并联支路数a=2时的环流，小节距线圈先嵌入槽底，中层嵌入中节距线圈，最后嵌入大节距线圈，大节距线圈位于槽口，这样三种单层链式线圈组成的定子绕组端部形成三个立体端面，大大减小了二极电机一般绕组端部很长的缺陷，端部长度缩短20%，同时这种绕组定子磁势波形接近正弦，磁势谐波含量小于2%，而反电动势中也没有3次及3的奇数倍次数的谐波，故三相绕组接成三角形时没有环流，可以采用星形——三角形接法启动，由于磁势正弦性好，不但对永磁体产生涡流小，永磁体磁能力维持好，且使转子鼠笼谐波阻抗小，电流大，启动、牵入同步性能改善，达到发明的目的。
附图说明
[0006] 图1为本发明的定子绕组大节距线圈布置图（A相）。
[0007] 图2为本发明的定子绕组中节距线圈布置图（A相）。
[0008] 图3为本发明的定子绕组小节距线圈布置图（A相）。
[0009] 图4为本发明的定子绕组三角形接法示意图。
具体实施方式
[0010] 为了更清楚起见，结合具体实施例作更详细说明。
[0011] 一种二极异步启动永磁同步电动机定子绕组，电动机定子槽数为36槽，极数为2极，相数为3相，转速为3000转/分，电机功率为55Kw，定子线规为2-Φ1.3，8-1.4并绕，三层迭式，每槽线数10，接法为1Δ，定子铁芯外圆Φ400mm，定子铁芯内圆Φ225mm，定子铁芯长度180mm，定子绕组线圈布置如图1所示，
[0012] 图1 A相绕组大节距线圈，Y1=1-16，共6图，每圈匝数为5匝，布置如下：1-16，2-17，3-18；36-21，35-20，34-19，从第1槽和第19槽引出线，线端分别标记为a1，x1，[0013] 图2 A相绕组中节距线圈，Y2=1-10，共6圈，每圈匝数为4匝，布置如下：4-13，5-14，
6-15，33-24，32-23，31-22；从第4槽和第22槽引出线，线端分别标记为a2，x2，[0014] 图3 A相绕组小节距线圈，Y3=1-4，共6圈，每圈匝数为1匝，布置如下：7-10，8-11，
9-12，30-27，29-26，28-25；从第7槽和第25槽引出线，线端分别标记为a3，x3，小节距线圈下在槽的底部，中节距线圈下在槽的中部，大节距线圈下在槽口，在槽中形成三层迭绕，线圈匝比从大节距到小节距依次为5：4：1，图1、图2、图3只画出了A相绕组线圈的布置，B相，C相绕组线圈布置图省略未画出，三相A、B、C绕组互差120°电角度，形成三相对称结构，故电机
36槽中均为三层，每槽线数都为5+4+1=10，三相绕组的接法如图4所示，并联支路数为1，因为A相绕组有三种线圈组成的绕组a1x1，a2x2，a3x3，所以相应的B相绕组也有三种线圈组成的绕组b1y1，b2y2，b3y3，C相绕组也有三种线圈组成的绕组c1z1，c2z2，c3z3，其中b1y1，b2y2，b3y3，c1z1，c2z2，c3z3线圈布置图省略，未图示画出，故A、B、C三相对称绕组每相并联支路数为1时，如图4所示三角形接法为a1-x1-a2-x2-a3-x3-b1-y1-b2-y2-b3-y3-c1-z1-c2-z2-c3-z3-a1形成三角形接法，从a1z3连接点引出出线端标记A，从b1x3连接点引出出线端标记B，从c1y3连接点引出出线端标记C，启动时，则如同普通鼠笼异步机星形——三角形接法启动。普通节距Y=1-
14双层迭绕绕组系数计算通式为 ，据此可得反电动势3次谐波含量
达6.41%，三角形接法时有很大的环流，故不能采用三角形接法，定子多次磁势谐波含量大于3.5%，而本发明三相绕组，按其在槽内布置情况，其绕组系数的通用计算公式可写为[0015] 据此可分析计算出其3次及3的奇数倍数谐波绕组系数为零，其谐波总含量小于
2%，谐波含量减少43.5%，故这种三层迭绕的定子绕组达到的技术效果是：
6-15，33-24，32-23，31-22；从第4槽和第22槽引出线，线端分别标记为a2，x2，[0014] 图3 A相绕组小节距线圈，Y3=1-4，共6圈，每圈匝数为1匝，布置如下：7-10，8-11，
9-12，30-27，29-26，28-25；从第7槽和第25槽引出线，线端分别标记为a3，x3，小节距线圈下在槽的底部，中节距线圈下在槽的中部，大节距线圈下在槽口，在槽中形成三层迭绕，线圈匝比从大节距到小节距依次为5：4：1，图1、图2、图3只画出了A相绕组线圈的布置，B相，C相绕组线圈布置图省略未画出，三相A、B、C绕组互差120°电角度，形成三相对称结构，故电机
36槽中均为三层，每槽线数都为5+4+1=10，三相绕组的接法如图4所示，并联支路数为1，因为A相绕组有三种线圈组成的绕组a1x1，a2x2，a3x3，所以相应的B相绕组也有三种线圈组成的绕组b1y1，b2y2，b3y3，C相绕组也有三种线圈组成的绕组c1z1，c2z2，c3z3，其中b1y1，b2y2，b3y3，c1z1，c2z2，c3z3线圈布置图省略，未图示画出，故A、B、C三相对称绕组每相并联支路数为1时，如图4所示三角形接法为a1-x1-a2-x2-a3-x3-b1-y1-b2-y2-b3-y3-c1-z1-c2-z2-c3-z3-a1形成三角形接法，从a1z3连接点引出出线端标记A，从b1x3连接点引出出线端标记B，从c1y3连接点引出出线端标记C，启动时，则如同普通鼠笼异步机星形——三角形接法启动。普通节距Y=1-
14双层迭绕绕组系数计算通式为 ，据此可得反电动势3次谐波含量
达6.41%，三角形接法时有很大的环流，故不能采用三角形接法，定子多次磁势谐波含量大于3.5%，而本发明三相绕组，按其在槽内布置情况，其绕组系数的通用计算公式可写为[0015] 据此可分析计算出其3次及3的奇数倍数谐波绕组系数为零，其谐波总含量小于
2%，谐波含量减少43.5%，故这种三层迭绕的定子绕组达到的技术效果是：
[0016] 1.定子绕组端部为立体三端面，比节距为Y=1-14普通常规双层迭绕组端部长度缩短20%；
[0017] 2.定子绕组磁势谐波含量比节距为Y=1-14双层迭绕，减少43.5%，有利温升降低，永磁体涡流减少，恒磁能力提高；
[0018] 3.反电动势3次及3的奇数倍次数谐波绕组系数为零，三相绕组三角形接法，星形——三角形接法启动，启动电流小，启动能力对永磁体去磁效应减小，也使永磁体恒磁能力提高；
[0019] 4.定子磁势正弦性改善，使转子鼠笼谐波阻抗小，电流大，牵入同步性能改善。
[0020] 可见，本发明的三层迭绕定子绕组端部短，谐波含量小，三角形接法无环流，可以采用星形——三角形接法，启动，牵入同步性能大为改善，克服了目前二极异步启动永磁同步电动机采用节距为Y=1-14普通双迭绕组存在的定子绕组端部过长，定子磁势谐波多，反电动势谐波含量高，为了避免三角形接法中反电动势产生环流，只能采用星形接法工作，不能采用星形——三角形方法启动工作和牵入同步性能差，从而限制了二极异步启动永磁同步电动机的推广应用等突出的技术问题，达到了发明的目的。