一种高压绕线双频电机的制作方法

本发明涉及电机技术领域，具体涉及一种高压绕线双频电机。

背景技术：

交流双频电机两套定子绕组能同时接工频电网和变频电源，同时具有同步电机和异步电机的运行特点，所需变频器容量小，运行可靠，特别是在较高电压等级的场合，可由变频电源的低压控制高压，节能效果显著。

双频电机具有良好性能的关键在于转子，定子两套不同极对数的绕组不能直接进行能量的传递，这就要求转子能同时调制两种不同极对数的磁场，双频电机转子结构主要有特殊笼型转子，磁阻式转子和绕线式转子，其中特殊笼型转子电机导体利用率低、谐波含量高，整机效率低，且难以通过改变转子结构降低谐波含量，绕线式转子常采用两种绕法，一种是采用传统的变极理论，另一种是采用等匝等距的齿谐波原理，这两种排布方式都存在明显的缺陷，前者导体利用率不高，且回路数较多，容易形成环流，后者会导致电机绕组系数较低，高次齿谐波含量较高，且在实施过程中容易出现转子磁动势不对称的情况，从而引起定子两套绕组电流不对称。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种谐波含量低，导体利用率高的双频电机转子绕组结构。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：包括两套定子绕组和一套转子绕组，其中两套定子绕组分别为主绕组和变频绕组，极对数分别为p1和p2，其特征在于：转子绕组采用复合式多跨距结构，转子为多相绕线式绕组，其中相数m满足m=(p1+p2)/n，其中n为p1和p2的最大公约数，其具体值可根据需求灵活选取，所述的转子总槽数q满足：q=k(p1+p2)，其中k为正整数，每k个相邻的转子槽可以近似认为一个齿，转子绕组的n个齿将分别产生极对数为p1和p2的磁动势，实现变频绕组和主绕组的间接耦合。

所述的转子绕组每层线圈相等，不同层之间线圈数不等，其中每槽不同层匝数之和近似呈正弦规律排布，其排布规律为两端槽号导体少，中间槽号导体多。

所述的多跨距复合式转子绕组的上层边中间槽号和下层边两侧槽号采用空槽设计。

所述的转子绕组共三层，采用三种跨距依次顺接串联的复合式结构。

由上述技术方案可知，本发明依据齿谐波和绕组谐波理论，将现有的转子双层绕组改为三层多跨距复合式绕组，其中每层线圈匝数相等，而每槽线圈总匝数不等，既保证了总导体数的不等分布对谐波磁动势削弱作用，同时也简化了现有正弦绕组下线工艺复杂的问题，提高了转子绕组中p1和p2对极绕组系数，减小谐波磁动势含量，其中转子部分空槽设计降低了绕组中高次谐波含量。

附图说明

为了更清楚的说明本发明的实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的基础上，还可以根据附图获得其他的附图。

图1为本发明当q=36，p1=4，p2=2时转子在p1对极下的槽号相位图。

图2为本发明当q=36，p1=4，p2=2时转子在p2对极下的槽号相位图。

图3为本发明当q=36，p1=4，p2=2时多跨距复合式转子在槽中的分布图。

图4为本发明转子绕组线圈在转子槽中位置分布图。

图5为本发明当q=36，p1=4，p2=2时多跨距复合式转子绕组具体连线图。

图6为本发明当q=36，p1=4，p2=2时现有的转子绕组等匝连接图。

图7为本发明当q=84，p1=2，p2=4时多跨距复合式转子绕组连接图。

图中所示：1为单层双跨距绕组；2为双层等距齿谐波绕组。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

本实施例中选取一台主绕组极对数p1=4，变频绕组极对数p2=2，转子36槽的双频电机为例，这里取n=2，则相数m=(p1+p2)/n=3，q=k(p1+p2)，则k=14，即每14个连续相邻的槽构成一个齿，由上述方案部分槽取空槽，其槽号相位图分布如图1图2所示，如图在p1对极和p2对极下各绕组空间分布依次互差120°，其中在p1对极下相序为a-c-b，在p2对极下相序为a-b-c，两对极磁动势旋转方向相反，满足变极绕组的设计要求。

由图1和图2可以看出，舍掉部分槽号之后，在p1对极下的跨距为120°电角度，在p2对极下的跨距为80°电角度，显然所述转子绕组具有较高的绕组系数，多跨距复合式绕组在槽中的分布如图3所示。

本发明所述的转子绕组结构采用每层匝数相等，每槽多层多跨距线圈设计，每相不同跨距之间依次顺接串联，改进了现有的正弦绕组每槽匝数不等所产生的工艺嵌线难的问题，三层绕组构成的多跨距复合式结构，显然基于现有的正弦绕组无法做到这点，三层绕组在槽中位置如图4所示，绕组实际连接线如图5所示。

为了进一步优化上述技术方案，其中双层的齿谐波绕组置于转子槽底部，单层的多跨距绕组置于转子槽顶部。

为了进一步优化上述技术方案，不同跨距的线圈依次顺接串联，最后组成自闭合回路。

为了进一步优化上述技术方案，双层齿谐波绕组跨距为5，匝数为8，双短距绕组奇数槽匝数为5，跨距为3，偶数槽部分匝数为5，跨距为1，每相不同跨距绕组之间依次顺接串联。

齿谐波绕组中不仅能产生两种极对数的基波磁动势，与此同时其他次谐波含量较高，为减小谐波影响，依据本发明所述技术方案，采用转子多跨距复合式绕组分布方式，依据交流电机绕组理论，采用本发明的转子绕组结构可以达到不等匝线圈的目的，使得气隙磁动势波形趋于正弦，进而降低气隙谐波磁动势含量。

实施例2中选取一台主绕组极对数p1=2，变频绕组极对数p2=4，转子84槽的高压绕线双频电机为例，根据上述理论，取n=1，则相数m=(p1+p2)/n=6，q=k(p1+p2)，则k=14，依据上述理论多跨距复合式转子绕组具体连接方式如图7所示。

为了进一步优化上述技术方案，转子绕组底部双层部分匝数为5，跨距为12，采用双层排布共54个线圈。

为了进一步优化上述技术方案，双短距绕组部分，奇数槽匝数为2，跨距为9，采用单层排布，偶数槽部分匝数为2，跨距为7，采用单层排布，不同跨距之间依次串联，共18个线圈。

下面以转子槽数q=84，p1/p2=2/4为例，分别采用现有的14联等匝方案与本发明所述的多跨距复合式转子绕组进行谐波对比分析，结果如下表所示。

现有的等匝绕组技术方案如图6所示，其中转子线圈共两层，每相由连续的9个槽号构成，每层跨距匝数相等，每相线圈依次串联构成自闭合回路。

由表可以看出现有的14联等匝绕组方案，基波极对数p1=2，p2=4绕组系数较小，基波之外的谐波较大，而本发明设计的多跨距复合式绕组，基波绕组系数较现有绕组方案明显增大，气隙磁密中谐波含量低，显然现有的等匝绕组设计方案无法做到这点，这也是本发明的优势所在。

以上所述仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。