塔机用单绕组三速变极绕组及基于所述绕组的变极控制方法
【专利摘要】塔机用单绕组三速变极绕组及基于所述绕组的变极控制方法，涉及塔机用电机绕组设计【技术领域】。本发明解决了现有塔机用双绕组三速变极电机效率低、热负荷高、起动性能差以及断电时会产生空档滑钩的问题。所述三速变极绕组中的三相绕组，每相绕组中的四套绕组连接成“工”字型双并支路，每条双并支路均有四个接线端。所述变极控制方法为：高速档位时调整为4极，控制三速变极绕组连接成第一功率的下双角形联结的电机绕组结构；中速挡位时调整为8极，控制三速变极绕组连接成第二功率的下双角形联结的电机绕组结构；低速挡位时调整为32极，控制三速变极绕组连接成第三功率的下双星形联结的电机绕组结构。本发明尤其适用于塔机用变极电机。
【专利说明】塔机用单绕组三速变极绕组及基于所述绕组的变极控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及塔机用电机设计【技术领域】，具体涉及到塔用电机的绕组设计【技术领域】。
【背景技术】
[0002]建筑工地使用的塔机电机，其起升机构要求有高、中、低三挡速度。空钩或轻载的快速提升主要用高速档；起货挡主要用中速档，其作用是频繁起降各类重物，连续工作时间长并且升降距离大；调整货物的上下距离，即慢速泊位主要用低速档，工作时间短且升降距离短。由于各档位在起升过程中承担着不同的作用，因此要求高/中档变极需采用恒功率变极，中/低档需采用恒转矩变极。
[0003]现有技术中，塔机用三速变极电机多采用双绕组变极方案，即满足恒功率变极的一套绕组再放入一套低速档的绕组，或者满足恒转矩变极的一套绕组多放入一套高速档的绕组。但是，由于工作时只有一套绕组在运行，大大降低了绕组利用率，而且一个定子槽放入两套绕组，由于体积限制，使得每套绕组的线径都比较小，导致绕组热负荷高、起动性能差等弊病。更为严重的是双绕组变极方案在通过绕组变换改变极数时，需要一个断电的过程，这样就会产生空挡滑钩的危险。
【发明内容】
[0004]为了解决现有塔机用双绕组三速变极电机效率低、热负荷高、起动性能差以及断电时会产生空档滑钩的问题，本发明提供了一种塔机用单绕组三速变极绕组及基于所述绕组的变极控制方法。
[0005]本发明所述的塔机用单绕组三速变极绕组由三相绕组A、B和C组成，每相包括四套绕组，所述四套绕组组成“工”字型双并支路的形式，每个双并支路均有四个接线端，其中A相绕组的四个接线端分别是Al、A2、A3和A4，B相绕组的四个接线端分别是B1、B2、B3和B4，C相绕组的四个接线端分别是Cl、C2、C3和C4，每套绕组由η个线圈串联或并联组成；三相绕组中的双并支路中的一条支路串联连接，即:Α相绕组的接线端Al连接C相绕组的接线端C2，所述C相绕组的接线端C3连接B相绕组的接线端Β4，所述B相绕组的接线端BI连接A相绕组的接线端Α4。
[0006]上述塔机用单绕组三速变极绕组所嵌入的槽数为72槽，变极比为Ρ1/Ρ2 = 4/8，属于恒功率变极。
[0007]上述塔机用单绕组三速变极绕组所嵌入的槽数为72槽，变极比为Ρ2/Ρ3 = 8/32，属于恒转矩变极。
[0008]上述塔机用单绕组三速变极绕组所嵌入的槽数为72槽，每套绕组由6个线圈组成,变极比为Ρ1/Ρ2/Ρ3 = 4/8/32，三相绕组中各段绕组中的每个线圈与所嵌入的槽的对应关系为:[0009]A相绕组的al段绕组的6个线圈依次嵌入的槽为:_24、_28、35、-60、_64、71，
[0010]A相绕组的a2段绕组的6个线圈依次嵌入的槽为:6、10、_17、42、46、-53，
[0011]A相绕组的a3段绕组的6个线圈依次嵌入的槽为:8、-15、_19、44、-51、-55，
[0012]A相绕组的a4段线组的6个线圈依次嵌入的槽为:_26、33、37、_62、69、1，
[0013]B相绕组的bl段线组的6个线圈依次嵌入的槽为:-12、-16、23、-48、-52、59，
[0014]B相绕组的b2段线组的6个线圈依次嵌入的槽为:30、34、-41、66、70、-5，
[0015]B相绕组的b3段线组的6个线圈依次嵌入的槽为:32、-39、-43、68、-3、-7，
[0016]B相绕组的b4段线组的6个线圈依次嵌入的槽为:-14、21、25、-50、57、61，
[0017]C相绕组的Cl段线组的6个线圈依次嵌入的槽为:-36、-40、47、-72、-4、11，
[0018]C相绕组的c2段线组的6个线圈依次嵌入的槽为:18、22、-29、54、58、-65，
[0019]C相绕组的c3段线组的6个线圈依次嵌入的槽为:20、-27、-31、56、-63、-67，
[0020]C相绕组的c4段线组的6个线圈依次嵌入的槽为:-2、9、13、_38、45、49。
[0021]上述数字表示槽的编号，数字前面的符号表示嵌入该槽内的线圈反向连接，例如:A相绕组的al段绕组的6个线圈依次嵌入的槽为:_24、_28、35、-60、-64,71表示:所述6个线圈依次嵌入在第24、28、35、60、64和71个槽内，并且，嵌入在第24、28、60和64个槽内的线圈均反向连接，而嵌入在第35和71个槽内的线圈正向连接。
[0022]基于上述塔机用单绕组三速变极绕组的变极控制方法为:通过控制塔机用单绕组三速变极绕组的连接结构实现变极控制:
[0023]高速档位，调整极数为4，控制塔机用单绕组三速变极绕组连接成第一功率的下双角形联结的电机绕组结构；
[0024]中速挡位，调整极数为8，控制塔机用单绕组三速变极绕组连接成第二功率的下双角形联结的电机绕组结构；
[0025]低速挡位，调整极数为32，控制塔机用单绕组三速变极绕组连接成第三功率的下双星形联结的电机绕组结构。
[0026]所述第一功率的下双角形联结的电机绕组结构为:A相绕组的接线端A3、A4和B相绕组的接线端B1、B2连接在一起作为第一个电源输入端LI ；B相绕组的接线端B3、B4和C相绕组的接线端C1、C2连接在一起作为第二个交流电源输入端L2 ;C相绕组的接线端C3、C4和A相绕组的接线端Al、A2连接在一起作为第三个电源输入端L3。
[0027]所述第二功率的下双角形联结的电机绕组结构为:A相绕组的接线端A2、A4和B相绕组的接线端B1、B3连接在一起作为第一个电源输入端LI ；B相绕组的接线端B2、B4，和C相绕组的接线端C1、C3连接在一起作为第三个交流电源输入端L3 ;(:相绕组的接线端C2、C4和A相绕组的接线端Al、A3连接在一起之后作为第二个交流电源输入端L2。
[0028]所述第三功率的下双星形联结的电机绕组结构为:A相绕组的接线端A2、A3连接后作为第一个交流电源输入端LI ；B相绕组的接线端B2、B3连接在一起后作威第三个交流电源输入端L3 ；C相绕组的接线端C2、C3连接在一起之后作为第二个交流电源信号输入端L2 ；A相绕组的接线端Al、A4和B相绕组的接线端B1、B4和C相绕组的接线端Cl、C4连接在一起。
[0029]本发明特有的定子绕组的排列方式，最终实现远极比单绕组三速变极的效果。本发明使塔机用电机的效率明显得到提高，并且热负荷下降，成本降低，起动性能良好，而且换挡时直接切换挡位，不需要有断电的过程，有效防止空档滑钩的问题，安全得到保障。本发明可广泛适用于需要高、中、低三档速度的电机上，尤其适用于塔机用变极电机上。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1是本发明的三相电机绕组的结构示意图。
[0031]图2、图3和图4是本发明所述的变极控制方法所述的通过继电器控制获得的三种绕组结构，其中:图2是极数为4的第一功率下双角形联结的电机绕组结构，图3是极数为8的中速挡位下双角形联结的电机绕组结构，图4是极数为32的低速挡位下双星形联结的电机绕组结构。
【具体实施方式】
[0032]【具体实施方式】一、参见图1说明本实施方式。本实施方式所述的塔机用单绕组三速变极绕组由三相绕组A、B和C组成，每相包括四套绕组，所述四套绕组组成“工”字型双并支路的形式，每个双并支路均有四个接线端，其中A相绕组的四个接线端分别是Al、A2、A3和A4，B相绕组的四个接线端分别是B1、B2、B3和B4，C相绕组的四个接线端分别是Cl、C2、C3和C4，每套绕组由η个线圈串联或并联组成；三相绕组中的双并支路中的一条支路串联连接，即:Α相绕组的接线端Al连接C相绕组的接线端C2，所述C相绕组的接线端C3连接B相绕组的接线端Β4，所述B相绕组的接线端BI连接A相绕组的接线端Α4。
[0033]所述η为大于3的正整数。
[0034]【具体实施方式】二、本实施方式是对【具体实施方式】一所述的塔机用单绕组三速变极绕组的进一步限定，所述绕组嵌入的槽数为72槽，变极比为Ρ1/Ρ2 = 4/8，为恒功率变极结构。
[0035]【具体实施方式】三、本实施方式是对【具体实施方式】一所述的塔机用单绕组三速变极绕组的进一步限定，所述绕组嵌入的槽数为72槽，变极比为Ρ2/Ρ3 = 8/32，为恒转矩变极。
[0036]【具体实施方式】四、本实施方式是对【具体实施方式】一所述的塔机用单绕组三速变极绕组的进一步限定，所述绕组嵌入的槽数为72槽，所述η = 6，即:每套绕组由6个线圈组成,变极比为Ρ1/Ρ2/Ρ3 = 4/8/32，三相绕组中各段绕组中的每个线圈与所嵌入的槽的对应关系为:
[0037]A相绕组的al段绕组的6个线圈依次嵌入的槽为:_24、_28、35、-60、_64、71，
[0038]A相绕组的a2段绕组的6个线圈依次嵌入的槽为:6、10、_17、42、46、-53，
[0039]A相绕组的a3段绕组的6个线圈依次嵌入的槽为:8、-15、_19、44、-51、-55，
[0040]A相绕组的a4段线组的6个线圈依次嵌入的槽为:_26、33、37、_62、69、1，
[0041]B相绕组的bl段线组的6个线圈依次嵌入的槽为:-12、-16、23、-48、-52、59，
[0042]B相绕组的b2段线组的6个线圈依次嵌入的槽为:30、34、-41、66、70、-5，
[0043]B相绕组的b3段线组的6个线圈依次嵌入的槽为:32、-39、_43、68、-3、_7，
[0044]B相绕组的b4段线组的6个线圈依次嵌入的槽为:-14、21、25、_50、57、61，
[0045]C相绕组的Cl段线组的6个线圈依次嵌入的槽为:-36、-40、47、-72、-4、11，
[0046]C相绕组的c2段线组的6个线圈依次嵌入的槽为:18、22、-29、54、58、_65，
[0047]C相绕组的c3段线组的6个线圈依次嵌入的槽为:20、-27、-31、56、-63、-67，[0048]C相绕组的c4段线组的6个线圈依次嵌入的槽为:-2、9、13、_38、45、49。
[0049]上述数字表示槽的编号，数字前面的符号表示嵌入该槽内的线圈反向连接，例如:A相绕组的al段绕组的6个线圈依次嵌入的槽为:_24、_28、35、-60、-64,71表示:所述6个线圈依次嵌入在第24、28、35、60、64和71个槽内，并且，嵌入在第24、28、60和64个槽内的线圈均反向连接，而嵌入在第35和71个槽内的线圈正向连接。
[0050]【具体实施方式】五、参见图2、3和4说明本实施方式。基于【具体实施方式】一所述的塔机用单绕组三速变极绕组的变极控制方法为:通过控制塔机用单绕组三速变极绕组的连接结构实现变极控制:
[0051]高速档位，调整极数为4，控制塔机用单绕组三速变极绕组连接成第一功率的下双角联接的电机绕组结构；
[0052]中速挡位，调整极数为8，控制塔机用单绕组三速变极绕组连接成第二功率的下双角形联结的电机绕组结构；
[0053]低速挡位，调整极数为32，控制塔机用单绕组三速变极绕组连接成第三功率的下双星形联结的电机绕组结构。
[0054]【具体实施方式】六、本实施方式是对【具体实施方式】五所述的塔机用单绕组三速变极绕组的变极控制方法的进一步限定，所述变极控制方法中所述的第一功率下的下双角形联结的电机绕组结构为参见图2所示:A相绕组的接线端A3、A4和B相绕组的接线端B1、B2连接在一起作为第一个电源输入端LI ；B相绕组的接线端B3、B4和C相绕组的接线端Cl、C2连接在一起作为第二个交流电源输入端L2 ；C相绕组的接线端C3、C4和A相绕组的接线端Al、A2连接在一起作为第三个电源输入端L3。
[0055]【具体实施方式】七、本实施方式是对【具体实施方式】五所述的塔机用单绕组三速变极绕组的变极控制方法的进一步限定，所述变极控制方法中所述的第二功率的下双角形联结的电机绕组结构参见图3所示:A相绕组的接线端A2、A4和B相绕组的接线端B1、B3连接在一起作为第一个电源输入端LI ；B相绕组的接线端B2、B4，和C相绕组的接线端C1、C3连接在一起作为第三个交流电源输入端L3 ；C相绕组的接线端C2、C4和A相绕组的接线端Al、A3连接在一起之后作为第二个交流电源输入端L2。
[0056]【具体实施方式】八、本实施方式是对【具体实施方式】五所述的塔机用单绕组三速变极绕组的变极控制方法的进一步限定，所述变极控制方法中所述的第三功率的下双星形联结的电机绕组结构参见图4所示:A相绕组的接线端A2、A3连接后作为第一个交流电源输入端LI ；B相绕组的接线端B2、B3连接在一起后作威第三个交流电源输入端L3 ；C相绕组的接线端C2、C3连接在一起之后作为第二个交流电源信号输入端L2 ；A相绕组的接线端Al、A4和B相绕组的接线端B1、B4和C相绕组的接线端Cl、C4连接在一起作为第三个交流电源输入端L3。
【权利要求】
1.一种塔机用单绕组三速变极绕组，它由三相绕组A、B和C组成，其特征在于，每相包括四套绕组，所述四套绕组组成“工”字型双并支路的形式，每个双并支路均有四个接线端，其中A相绕组的四个接线端分别是Al、A2、A3和A4，B相绕组的四个接线端分别是B1、B2、B3和B4，C相绕组的四个接线端分别是Cl、C2、C3和C4，每套绕组由η个线圈串联或并联组成；三相绕组中的双并支路中的一条支路串联连接，即:Α相绕组的接线端Al连接C相绕组的接线端C2，所述C相绕组的接线端C3连接B相绕组的接线端Β4，所述B相绕组的接线端BI连接A相绕组的接线端Α4。
2.根据权利要求1所述的一种塔机用单绕组三速变极绕组，其特征在于，所述绕组嵌入的槽数为72槽，变极比为Ρ1/Ρ2 = 4/8，为恒功率变极结构。
3.根据权利要求1所述的一种塔机用单绕组三速变极绕组，其特征在于，所述绕组嵌入的槽数为72槽，变极比为Ρ2/Ρ3 = 8/32，为恒转矩变极。
4.根据权利要求1所述的一种塔机用单绕组三速变极绕组，其特征在于，所述绕组嵌入的槽数为72槽，每套绕组由6个线圈组成，变极比为Ρ1/Ρ2/Ρ3 = 4/8/32，三相绕组中各套绕组中的每个线圈与所嵌入的槽的对应关系为: A相绕组的al段绕组的6个线圈依次嵌入的槽为:_24、-28、35、-60、-64、71， A相绕组的a2段绕组的6个线圈依次嵌入的槽为:6、10、_17、42、46、-53， A相绕组的a3段绕组的6个线圈依次嵌入的槽为:8、-15、_19、44、-51、-55， A相绕组的a4段线组的6个线圈依次嵌入的槽为:_26、33、37、_62、69、1， B相绕组的bl段线组的6个线圈依次嵌入的槽为:_12、_16、23、-48、-52,59, B相绕组的b2段线组的6个线圈依次嵌入的槽为:30、34、_41、66、70、-5， B相绕组的b3段线组的6个线圈依次嵌入的槽为:32、-39、_43、68、-3、-7， B相绕组的b4段线组的6个线圈依次嵌入的槽为:_14、21、25、_50、57、61， C相绕组的Cl段线组的6个线圈依次嵌入的槽为:_36、-40、47、-72、-4、11， C相绕组的c2段线组的6个线圈依次嵌入的槽为:18、22、_29、54、58、-65， C相绕组的c3段线组的6个线圈依次嵌入的槽为:20、-27、_31、56、-63、-67， C相绕组的c4段线组的6个线圈依次嵌入的槽为:_2、9、13、_38、45、49。
5.权利要求1所述的塔机用单绕组三速变极绕组的变极控制方法:其特征在于，所述变极控制方法是通过控制塔机用单绕组三速变极绕组的连接结构实现变极控制: 高速档位，调整极数为4，控制塔机用单绕组三速变极绕组连接成第一功率的下双角联接的电机绕组结构； 中速挡位，调整极数为8，控制塔机用单绕组三速变极绕组连接成第二功率的下双角形联结的电机绕组结构； 低速挡位，调整极数为32，控制塔机用单绕组三速变极绕组连接成第三功率的下双星形联结的电机绕组结构。
6.根据权利要求5所述的一种塔机用单绕组三速变极绕组的变极控制方法，其特征在于，所述第一功率下的下双角形联结的电机绕组结构为:A相绕组的接线端A3、A4和B相绕组的接线端B1、B2连接在一起作为第一个电源输入端LI ；B相绕组的接线端B3、B4和C相绕组的接线端Cl、C2连接在一起作为第二个交流电源输入端L2 ；C相绕组的接线端C3、C4和A相绕组的接线端Al、A2连接在一起作为第三个电源输入端L3。
7.根据权利要求5所述的一种塔机用单绕组三速变极绕组的变极控制方法，其特征在于，所述第二功率的下双角形联结的电机绕组结构为:A相绕组的接线端A2、A4和B相绕组的接线端B1、B3连接在一起作为第一个电源输入端LI ；B相绕组的接线端B2、B4，和C相绕组的接线端C1、C3连接在一起作为第三个交流电源输入端L3 ；C相绕组的接线端C2、C4和A相绕组的接线端Al、A3连接在一起之后作为第二个交流电源输入端L2。
8.根据权利要求5所述的一种塔机用单绕组三速变极绕组的变极控制方法，其特征在于，所述第三功率的下双星形联结的电机绕组结构为:A相绕组的接线端A2、A3连接后作为第一个交流电源输入端LI ；B相绕组的接线端B2、B3连接在一起后作威第三个交流电源输入端L3 ;(:相绕组的接线端C2、C3连接在一起之后作为第二个交流电源信号输入端L2 ;八相绕组的接线端Al、A4和B相绕组的接线端B1、B4和C相绕组的接线端Cl、C4连接在一起作为第三个交流电源 输入端L3。
【文档编号】H02P25/20GK103929030SQ201410181711
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月30日 优先权日:2014年4月30日
【发明者】戈宝军, 杨崑, 文茹馨, 董传友 申请人:哈尔滨理工大学