专利名称：采用去环流技术的交流电机转子绕组及其联结方法
技术领域：
本发明属于交流电动机转子绕组联结法及结构。
目前的变极感应电动机大多为笼型电机，因为其转子本身没有确定的极数，电机的极数只决定于定子，当定子绕组极数改变时，转子极数可自动随之改变。而普通绕线型电机却不是这样。绕线型电机转子有确定的极数，当定子绕组极数改变时，转子极数不能自动随之改变，而是必须同时改变转子绕组的极数，否则电机将不能工作。
绕线转子绕组的变极，一般可采用与定子绕组变极相仿的办法，这时的转子绕组至少需要6根出线经滑环引出。但是，普通绕线型电机转子上一般只装有三个滑环，若要将6根线全部引出，必须加装三个滑环，这样不但需要变动转子结构，而且会无谓地增加滑环与电刷间的摩擦损耗，同时过多的引出线也会使变极换接装置复杂化。因此，可变极的绕线型电机也最好只用三个滑环。
本发明的目的在于提出一种新型绕线转子绕组线圈及其联结方法，采用这种线圈及联结方法制成的绕线型变极感应电动机只需三个滑环，其中有一种极数下和普通绕线型电动机一样，转子可串入阻抗，另外的极数下则能有高起动转矩及低起动电流或好的运行性能。
本发明的基本结构是电机各部件的机械结构和普通绕线型感应电动机一样，转子上有三个滑环，定子采用变极绕组，但转子绕组线圈采用特殊结构，其在转子槽中采用特殊布置，线圈间采用特殊联结，具体如下。
1.转子绕组线圈构成方式每个转子绕组线圈由两个子线圈构成(如附
图1所示)，其中一个子线圈匝数较多，有n＋m(n＝1，2，3…；m＝0，1，2，…)匝；另一个子线线圈匝数较少，有m匝，每个子线圈都有头、尾两根引出线。转子线圈也可以构成线圈组，这时线圈组内子线圈之间的联结法(如附图2所示)为，多匝子线圈与多匝子线圈串联连接，构成多匝子线圈组；少匝子线圈与少匝子线圈串联连接，构成少匝子线圈组。
2.转子绕组线圈之间的联结方法沿转子圆周相距机械角度为α的两个线圈，(α根据具体电机要求，在设计时确定)，它们之间的联结方法为一个线圈的多匝子线圈与另一个线圈的少匝子线圈相连接，形成一条支路；少匝子线圈则与另一个线圈的多匝子线圈相连接，形成另一条支路，两条支路的支路匝数相同，然后这两条支路再并联连接，形成一个线圈对，线圈对引出线为两根(如附图3所示)。转子相绕组即以此具有两条并联支路的线圈对作为基本单元进行并或串联构成，附图4为每相绕组以线圈对串联连接的三相绕组联结法的一个例子。以上所述的线圈或子线圈，也可以是线圈组或子线圈组。
3.转子绕组线圈在槽中的布置方法每个转子绕组线圈所包含两个子线圈的线圈边在转子槽中的布置方式可以有多种。如线圈采用圆滚包线绕制时，可先并绕两个子线圈的m匝，完成少匝子线圈及多匝子线圈的m匝后，再单独绕多匝子线圈的n匝，往槽中放置时，可将两个子线圈少匝数线圈的m匝放置在底层，而多匝子线圈的n匝放置在上层；也可将两个子线圈分别绕制，在槽中分开放置或混合放置。线圈采用矩形截面导线绕制时，也可采用与以上所述相仿的槽中放置方法。
本发明的基本原理说明如下当定子采用变极绕组，并通过开关装置切换分别可产生极对数为p和q两种极数的旋转磁场时，转子绕组中构成如附图3所示并联支路的两个线圈设计成对p对极而言，其中的感应电动势相位相同，对q对极而言，其中的感应电动势相位相反。这样，如设其中多匝子线圈的感应电动势大小为En＋m，少匝子线圈的感应电动势大小为Em，En＋m≥Em，这样，p对极时，按附图3所示接法的线圈对两条并联支路中的支路合成感应电动势的大小相等，即均为En＋m＋Em，相位相同，线圈对内部无环流，转子绕组中感应电动势产生的电流只能通过滑环与转子外串阻抗形成回路；q对极时，线圈对两条并联支路中的支路合成感应电动势减小，但大小仍相等，即均为En＋m－Em，而相位相反，转子绕组中感应电动势产生的电流不能通过滑环与转子外串阻抗形成回路，而只能在线圈对内部并联支路中闭合流通，形成环绕于线圈对内部的环流。由于定子磁场从p对极变到q对极时，转子支路感应电动势的大小从En＋m＋Em减小到En＋m－Em，相位由相同变到相反，这样q对极时将会产生两个效果1)转子绕组有效匝数减少，每个线圈有效匝数由原来的n＋2m匝减少到n匝，由于转子绕组有效匝数的平方与折算到定子的转子参数成反比，折算到定子的转子电阻这时将显著增大；2)由于两条支路感应电动势的相位相反，两条支路中流过电流的方向也相反，构成转子线圈的两个子线圈中流过的电流方向同样是相反的，如这两个子线圈在转子槽中的相对位置布置得当，可使其产生的漏磁场大部分抵消，因而使转子漏电抗保持不变或者减小。根据感应电动机理论，这两个效果将会增大起动转矩，同时减小起动电流，显著提高q对极时的起动特性。
本发明特别适合用于设计远极比的绕线型变极感应电动机，这时高速通常设计为可通过滑环外串阻抗，以满足拖动位能负载或具有高惯量的生产机械，如铁路翻车机等，频繁起动及一般调速的要求，低速则用以满足位能负载下放和高惯量生产机械的爬行起动及制动到位或准确停车的要求。本发明亦可设计为近极比，这时一种速度可作为普通绕线型感应电动机一样使用，另一种速度则可作为特殊情况下的超重载起动用。由于本发明在两种极数下转子都可以具有较高的阻抗，因此，无论是在高速直接起动还是在低速直接起动，或是高速向低速直接切换运行等工况下，冲击电流均较小。
附图1转子绕组线圈的两个子线圈；附图2转子绕组线圈的两个子线圈组；附图3线圈对；附图4由线圈对串联连接的三相绕组；
权利要求
1.一种采用去环流技术的交流电机转子绕组，其特征在于，每个转子绕组线圈均含有两个匝数不等的两个子线圈，其中一个子线圈匝数较多，有n＋m(n＝1，2，3…；m＝0，1，2，…)匝；另一个子线线圈匝数较少，有m匝，每个子线圈都有头、尾两根引出线；沿转子圆周相距机械角为α的两个绕组线圈连接成线圈对，转子相绕组以线圈对为基本单元并联或串联构成。
2.按照权利要求1所述的转子绕组，其特征在于，所说的线圈对是，一个线圈的多匝子线圈与另一个线圈的少匝子线圈相串联，形成一条支路；少匝子线圈则与另一个线圈的多匝子线圈相串联，形成另一条支路，两条支路的支路串联匝数相同，然后这两条支路再并联连接，形成一个线圈对；线圈对引出线为两根。
3.按照权利要求1所述的转子绕组，其特征在于，所说的转子绕组线圈为线圈组，线圈组的构成为多匝数子线圈串联连接构成多匝数子线圈组，少匝数子线圈串联连接构成少匝数子线圈组。
4.按照权利要求1和3所述的转子绕组，其特征在于，所说的线圈对是，一个线圈的多匝数子线圈组与另一个线圈的少匝数子线圈组相串联，形成一条支路；一个少匝数子线圈组则与另一个线圈的多匝数子线圈组相串联，形成另一条支路，两条支路的支路串联匝数相同，然后这两条支路再并联连接，形成一个线圈对；线圈对引出线为两根。
5.一种交流电机转子绕组的联结方式为每个转子绕组线圈均含有两个匝数不等的两个子线圈，其中一个子线圈匝数较多，有n＋m(n＝1，2，3…；m＝0，1，2，…)匝；另一个子线线圈匝数较少，有m匝，每个子线圈都有头、尾两根引出线；沿转子圆周相距机械角为α的两个绕组线圈连接成线圈对，转子相绕组以线圈对为基本单元并联或串联构成。
6.按照权利要求1所述的转子绕组的联结方式，其特征在于，所说的线圈对是，一个线圈的多匝子线圈与另一个线圈的少匝子线圈相串联，形成一条支路；少匝子线圈则与另一个线圈的多匝子线圈相串联，形成另一条支路，两条支路的支路串联匝数相同，然后这两条支路再并联连接，形成一个线圈对。
7.按照权利要求1所述的转子绕组的联结方式，其特征在于，所说的转子绕组线圈为线圈组，线圈组的构成为多匝数子线圈串联连接构成多匝数子线圈组，少匝数子线圈串联连接构成少匝数子线圈组。
8.按照权利要求5和7所述的转子绕组的联结方式，其特征在于，所说的线圈对是，一个线圈的多匝数子线圈组与另一个线圈的少匝数子线圈组相串联，形成一条支路；一个少匝数子线圈组则与另一个线圈的多匝数子线圈组相串联，形成另一条支路，两条支路的支路串联匝数相同，然后这两条支路再并联连接，形成一个线圈对。
全文摘要
本发明为采用去环流技术的交流电机转子绕组及联结方式，每个绕组线圈有匝数不等的两个子线圈，沿转子圆周为α的两个绕组线圈按多匝子线圈与另一少匝子线圈相串联成一条支路；少匝子线圈与另一多匝子线圈相串联成另一条支路，然后并联连成一个线圈对；相绕组以线圈对为基本单元并或串联构成。本发明所述的电机转子绕组适合用于远极比的绕线型变极电动机，可满足超重载起动、频繁起动、爬行起动及制动到位或准确停车的要求。
文档编号H02K3/28GK1124882SQ9411744
公开日1996年6月19日 申请日期1994年12月12日 优先权日1994年12月12日
发明者王雪帆, 张帮发 申请人:华中理工大学, 长江轮船总公司电机厂