[发明专利]消除“3Y/3Y联结法”环流的交流变极电动机绕组

说明书

本发明属于交流变极多速电动机的定子绕组联结法及结构。

近十年来，随着节能研究的发展，交流电动机变极变速节能受到国内外的高度重视。对火电厂风机、水泵和大型排涝泵站的节能来说，高压大型变极电动机的研制具有重要意义。为了减少昂贵的高压油开关，上述多速电动机换极所需开关数应越少越好，最好只用两台三相单投开关。在此条件下，最合适的变极绕组方案是采用只需两个三相单投开关的3Y/3Y联结法。

所谓3Y/3Y联结法是把整个定子绕组划分为九段D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8和D9，按图1所示联结，即D1、D2、D3三段首端接为一点A，D4、D5、D6三段首端接为一点B，D7、D8、D9三段首端接为一点C;D1、D4、D7三段末端接为一点A′，D2、D5、D8三段末端接为一点B′，D3、D6、D9三段末端接为一点C′;在变前极（其极数为2P₁）运行时，A、B、C三点接电网（开关S2断开、开关S1合闸），在变后极（其极数为2P₂）运行时，A′、B′、C′三点接电网（开关S1断开，开关S2合闸）。

当采用常规的双层、等元件绕组设计上述3Y/3Y联结的变极绕组时，总是出现至少有一种极数的每相三条并联支路（如图1中的D1、D2、D3三段）的基波感应电动势不是同相位、同大小（简称“不对称”），因而发生环流;，严重时则出现两种极数下都是不对称，因而都发生环流。这时环流所走的路径，可举例说明如下：在图1中设开关S2断开、开关S1合闸，因而电动机在2P₁极下运行，其气隙中有2P₁极的基波旋转磁场，它在九段绕组中感应的电动势从上而下依次为E₁、E₂、E₃、E₄、E₅、E₆、E₇、E₈和E₉，其正方向与图中箭头一致，现取闭合回路AD1A′D4BD5B′D2A，则该回路的总电动势E＝E₁-E₄+E₅-E₂，如果该绕组对2P₁极说是对称的，即E₁＝E₂＝E₃，E₄＝E₅＝E₆，E₇＝E₈，则E＝0，因此不发生环流，但如果是不对称，即E₁≠E₂≠E₃，E₄≠E₅≠E₆，E₇≠E₈≠E₉，则E≠0，于是便在回路AD1A′D4BD5B′D2A内发生环流。

上述环流使电动机损耗增加、温升升高，严重时有烧坏电机的危险，因此消耗3Y/3Y联结法中的环流成为当代变极电机研究中的一个具有很大现实意义的课题。

当前，消除上述环流的方法有三种。第一种是采用单Y和3Y串联或并联而构成4Y/3Y、3Y/3Y+Y、3Y+Y/3Y+Y等联结法，如法国专利№.71，06936，德国专利№.2506573，英国专利№.1587-315，和英国专利№.1502-593等。这种方法的一个共同的主要缺点是：有一部分绕组只在一种极数下运行时起作用，而在另一种极数下运行时被丢弃不用，因此显著降低了绕组的利用率。第二种方法是采用槽内嵌三层或四层线圈边的多层绕组，见中国的《电工技术杂志》1983，№.5。该方法的主要缺点是：槽内层数太多，对地主绝缘占去很多空间，因此槽满率很低;其次是这种变极绕组需要四个三相单投开关，这些缺点使得该方法很难应用于高压大型电机中。

第三种方法是德国专利DE-OS2107232，采用合理分配不等匝线圈来克服3Y/3Y联结中的环流。该专利提出一种实现这一目标的绕组设计方法：并联的若干支路中，至少有一个支路是由二个线圈组构成，这二个线圈组的轴线构成的夹角等于2π/（P₁+P₂）弧度的整倍数，它们的有效匝数按下述原则确定，某一支路中某一线圈组的有效匝数与该支路中另一线圈组的轴线和该支路的轴线构成的夹角（用电角表示）的正弦成正比。该专利提出的方法，虽然也能克服某些3Y/3Y联结的环流，但存在下列四个突出的缺点：