[发明专利]由多段绕组组合成的转子变极绕组

说明书

本发明属于交流变极电动机和谐波起动电动机的转子绕组联结形式和结构。

在传统的交流变极多速绕线型异步电动机中，由于转子上存在滑环和电刷，使其结构复杂，维护困难和降低起动和运行的可靠性。

在发明专利“谐波起动方法及按该方法起动的电动机”（美国专利号4736147;中国专利号85102382.7）提出的谐波起动绕线型异步电动机中，采用的转子绕组方案大多数是由许多包含两段绕组并联构成的小组通过串、并联构成。这种绕组方案存在下列严重缺点：（1）构成并联小组的两段绕组几乎都是空间上相差180°机械角度，因此并联时连接线很长，对大中型电机来说，由于连接线很粗大，且互相交叉，很难布置和紧固，以至在工艺上无法实现;（2）由于每小组并联支路只有二条，其合成电阻较大，随之与小组串联的起动电阻元件要求有较大的电阻值，因此须安装很长的电阻丝，使电阻丝在转子上的布置很困难。由于这些严重缺点，使利用中国专利85102382.7中所述的技术较难在中大型电机中应用。

本发明的目的在于提出一种称为“由多段绕组组合成”的转子变极绕组联结形式，以克服上述变极绕线型异步电动机和谐波起动电动机存在的缺点，使这二种电动机能在社会上得以更好地推广应用。

设谐波起动电动机的运行极对数为P，所取起动谐波的极对数为Q。对有几个转速相应地有几个极对数的多速电动机来说，设P为最主要（一般为功率最大）的极对数，而Q为要求起动特性最好（起动电流小而起动转矩大）但运行时间较短而功率较小的一个极对数。本发明所说的转子变极绕组是将绕组以分段、分组的方式联结，在转子绕组上连接有起动电阻元件，其转子绕组与起动电阻的联结原则为，当电动机在谐波极对数Q条件下运行时，转子中的电流通过起动电阻形成回路，当电动机在运行极对数P条件下运行时，转子中的电流仅通过转子绕组形成回路。其要点是：“多段组合法”，把整个转子绕组划分为Pm₂或Qm₂段（式中m₂＝3，4，5……等整数）或2Qm₂段（式中m₂＝2，3，4……等整数），每一分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，例如每段串联的线圈可以都是空间上依次相邻，也可以是：每段由两小段反接串联构成（这时第一小段的末端与第二小段的末端联接在一起），所说的两小段在空间上隔开一定距离，并且两小段自己则各由若干个空间上依次相邻的线圈串联而成，这Pm₂（或Qm₂，或2Qm₂）个分段绕组对称地分布于转子圆周上，段与段之间等距离。

上述的分段绕组可以联结成若干个“闭合回路”或并联为若干个“并联组”，视分段情况而定，分述如下：

若把转子绕组划分为Pm₂段，则应将这些分段绕组分别串联为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，段与段之间在空间上相距360°/P机械角度，随之对P对极磁场说，各段绕组感应电动势的相位差为P×360°/P＝360°，即同相位，因此每一“闭合回路”内P段绕组的感应电动势直接相加，产生环流于回路内的电流，由于各分段绕组的结构相同，因而其漏阻抗相等，于是，不难证明，上述环流经过每段绕组引起的漏阻抗电压降的大小恰好等于每段绕组的感应电动势，两者互相抵消，因而每段绕组两端处的二个“结点”（即相邻二段联结在一起之处）之间的电压为零。

这就说明，可在“闭合回路”周围相邻两结点之间接上一个电阻值相同的电阻元件，如此构成一个有P个边的电阻多边形。显然，这时电阻多边形上没有电流，从而保证电动机在主要极对数P运行时，转子上没有额外损耗，因而有较高的效率。此外还应看出，这时转子上的m₂个“闭合回路”对P对极磁场说依次位移P×360°/Pm₂＝360°/m₂电角度，构成一个m₂相的对称电路系统，因此转子电流只产生顺序的P对极旋转磁场，而不产生反转的逆序磁场。

对定子产生的Q对极磁场说，每个“闭合回路”内的P个电动势构成一个P相的对称系统，因此其合成结果为零，不在回路内产生环流。这一点可举例说明如下：设P＝4，Q＝3或5，则每个“闭合回路”内有四个电动势，若由Q＝3对极的磁场所感应产生，则四个电动势的相位差为3×360°/4＝270°＝360°-90°，故得其合成结晶为：

同理，若Q＝5，则电动势的相位差为5×360°/4＝360°+90°，同样可得合成电动势为：