專利名稱:三相變極多速電動機的制作方法
本實用新型涉及一種三相變極多速電動機。
由于變極多速電動機能節(jié)省中間變速機構(gòu)，已廣泛應(yīng)用于各個部門。我國已有JD、JD02、YD系列多速電動機。國外瑞士BBC、西德西門子(Siemens)、美國西屋(Westinghouse)等公司也都有變極多速電動機的專用系列，但不能進行4／10極變速。
眾所周知，倍極比多速電動機設(shè)計、制造較為簡便，非倍極比多速電動機較為復(fù)雜，而含10極的非倍極比多速電動機設(shè)計和制造就更為困難。例如美國西屋公司近年提供的電機產(chǎn)品資料列出980個規(guī)格的多速電動機，無論單繞組或雙繞組電動機中尚無含10極的多速電動機。雖然蘇聯(lián)專利754581《ТРexφAЭнАЯ ПОЛЮСОПЕРЕКЛЮЧАМАЯ ОВМОТКА1981年》列有10／14極48槽變極繞組排列方案及磁勢波形圖，但各極波形畸變率明顯較大，即各極基波繞組系數(shù)較低，而高次諧波含量都較大。
試用目前國內(nèi)多速電動機設(shè)計遵循的成熟可靠的“反向法”、“換相法”、“對稱軸線法”排列繞組方案，選用JS127－4為母型電機，定子槽數(shù)為60，采用上述方法設(shè)計雖能獲得三相對稱繞組，但作出三相合成磁勢曲線觀察，其結(jié)果為10極下波形畸變率太大。分析如下(1)采用“反向法”(即不改變線圈的相屬，僅在每相內(nèi)部改變所屬線圈的連接方向)變極，僅4極波形正常，但10極磁勢次諧波(對10極為1／5次諧波)振幅大，且各高次諧波含量也大。故繞組雖為簡單雙層迭繞的常規(guī)線圈，只6根出線，卻無實用價值。(2)采用“換相法”(即變極時打破相的界限，把各線圈重新組合和分相)變極也僅能保證4極波形正常，而10極個別對極磁勢振幅太低，且引出線增為15根，不擬實施。
本實用新型的任務(wù)是提供一種4／10極繞組多速電動機。該電動機各轉(zhuǎn)速下起動、運行平穩(wěn)，效率高，功率因數(shù)、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和堵轉(zhuǎn)電流倍數(shù)等各項性能達到對應(yīng)單速電動機標(biāo)準(zhǔn)，節(jié)能顯著。
現(xiàn)結(jié)合下列附圖對本實用新型詳細闡述。
附圖的簡要說明圖1是三相4／10極60槽四層迭繞組展開圖；圖2是60槽4／10極電動機繞組端線連接圖；圖3是電動機變極接線原理圖；圖4是電動機變速換接控制線路原理圖。
一、變極繞組方案今采用一種稱為“同時反向換相法”排列變極繞組，取分裂線圈、四層迭繞組的結(jié)構(gòu)。
1、四層繞組為了簡化工藝，將電路的每槽四層分裂線圈先簡化為常規(guī)雙層迭繞組，也即把常規(guī)雙迭繞組的一個整線圈分裂成兩個電路獨立的大、小分線圈。大線圈匝數(shù)一般為小線圈匝數(shù)的2倍。在基本極(低速)時，大、小線圈分屬不同的相。在予制成型線圈時，大、小線圈間先予墊相間絕緣再迭合成一個整線圈。
硬繞組成型線圈予制分裂線圈相間絕緣采用邊繞邊包工藝為在梭形模上先繞大線圈，繞至最末匝起始時用聚酯薄膜帶三分之二迭包銅線，邊繞邊包至終，根據(jù)出線頭設(shè)計長度剪斷，用白紗帶扎好折向內(nèi)側(cè)。接著在大線圈上繞小線圈。起始匝就邊繞邊三分之二迭包聚酯薄膜帶，繞完第一匝后，后續(xù)匝終止加包絕緣層，只繞銅線至完工。然后合制成大、小綜合成型線圈為一整體。對于500伏以下低壓線圈也可采用高壓絕緣導(dǎo)線代用，既省去上述予制層間絕緣工藝，還提高槽滿率和電機效率。對于3000伏以上的高壓電機，則用耐壓等級更高的絕緣導(dǎo)線代用。
這樣把電路的四層迭繞組簡化為外形結(jié)構(gòu)上的等效雙層迭繞。區(qū)別在于現(xiàn)每個線圈，如圖1示有4個出線頭，常規(guī)雙迭繞組每線圈只有2個出線頭。嵌線方法跟熟知的常規(guī)雙迭繞組一樣，也只在等效上、下層線圈邊間墊上層間絕緣即可。
2、三相60槽4／10極變極繞組排列。如圖1所示。圖中阿拉伯?dāng)?shù)字1、2……60代表鐵芯槽號和線圈號，編號的原則是線圈和線圈的上層邊所在的槽編為同一號碼，每槽中4根線代表四層線圈邊，實、虛線分別為等效雙層繞組的上、下邊，而上、下層邊線粗(實、虛)線與細(實、虛)線分別代表大、小分線圈。圖1中1號與31號大線圈端線也加粗作示例，線圈節(jié)距y＝1～18。相鄰線圈間及極相組線圈間的連線繪在繞組端部一側(cè)。如此構(gòu)成三相迭繞組，標(biāo)號1U、1V、1W……等分別代表18個出線端標(biāo)志。以10極為基本極分相，標(biāo)U、V、W相。
60槽四層迭繞組實質(zhì)為由120槽等效單層(實為雙層)迭繞組兩槽合并為一槽成為等效雙層(實為四層)60槽迭繞組。根據(jù)以10極為基本極采用“同時反向換相法”變換為變后極4極設(shè)計組合極相組、出線根數(shù)，再把上述120個大、小分線圈連接起來，主要是下述端部連接線的作用。
3、繞組端部結(jié)構(gòu)從圖1示繞組展開圖看出繁復(fù)的槽繞組實質(zhì)為1號線圈順槽號的重復(fù)?？梢娗毒€同于常規(guī)電機的雙迭繞組。本實用新型的特征在于各線圈之間的接線及端部結(jié)構(gòu)不同(1)常規(guī)60槽雙迭繞組10極為每兩個線圈為一極相組，4極為每五個線圈為一極相組。而本變極繞組一般為4個、三個(少數(shù)為二個、單個)分裂線圈為一極相組，各組內(nèi)線圈鄰槽連接；(2)常規(guī)繞組極相組線圈連接一般為每對極相似重復(fù)，而本變極繞組因各極相組線圈數(shù)不等，故極相組間的連接一般無重復(fù)的部分。故端部連接按如下說明進行。
圖2列出線圈連接順序與繞組端部接線圈。各阿拉伯?dāng)?shù)字右上方標(biāo)“2”或“1”分別代表同一線圈號的大、小分線圈。60槽四層繞組共有120個分線圈，大、小分線圈各為60個，即各占一半。號碼上方帶“－”(如
461)代表反接(從尾端即線圈下層邊出線接入)。號碼上不帶“－”(如11)表示順接(從首端即線圈上層邊出線接入)。極相組間連線(如61－161，102－211)即按此規(guī)定逐根相連，并從相應(yīng)點接出18根引出線。相鄰線圈(極相組內(nèi)毗鄰如11、22、32、41)各線圈引線連接與常規(guī)電機一樣為首尾相接。
可見本實用新型實施中可不理圖1，而徑行按圖2計算各線圈引出線長度和進行繞組端部連接最為簡捷。而嵌線同于常規(guī)雙迭繞組。
二、變極調(diào)速原理電動機出線端(及其相連接的線圈號，從圖1、圖2中都可查到)在10極和4極時標(biāo)志分相如表1所示。
由于每相分成兩半(從圖2可看出)，每半稱為半相繞組，通過18根引出線，每相的兩個半相繞組可以采用串聯(lián)、并聯(lián)或改變電流相屬，即電動機通過改變?nèi)嗬@組連接方式來實現(xiàn)變極。當(dāng)每相半相繞組都串聯(lián)成一條電路，三相接成1－Δ時(如圖3，a)，A，B，C三相電流分別從接線端1U，1V，1W流入，則定子三相繞組磁勢形成10極旋轉(zhuǎn)磁場；當(dāng)每相半相繞組并聯(lián)，即其中有一半繞組反向，并且每相只保留1／3繞組相屬不變，其余2／3繞組又各均換屬其他兩相，即采取同時反向換相法，三相接成6－Y時(如圖3，b)，1U、1V、1W、5U、5V、5W、6U、6V、6W結(jié)成Y接中性點，A，B，C三相電流分別從2U、2V、2W，3U、3V、3W，4U、4V、4W流入，定子三相繞組變換為4極旋轉(zhuǎn)磁場。當(dāng)電源頻率f＝50赫茲，分別按這樣兩種接法帶動轉(zhuǎn)子以近600轉(zhuǎn)／分或1500轉(zhuǎn)／分而旋轉(zhuǎn)。
三、機械件結(jié)構(gòu)為了盡量減少工裝模具費用和加快制造進度，本電動機的構(gòu)件盡量選用常規(guī)電動機的通用件如機座、端蓋、軸承蓋，定、轉(zhuǎn)子鐵芯和沖片，轉(zhuǎn)軸，擋風(fēng)板及標(biāo)準(zhǔn)件等。
但由于分裂繞組結(jié)構(gòu)及變極電機極相組間連接線較多，線圈跨距增大導(dǎo)致繞組端伸加長，故整機繞組接線端一端尺寸加長較多，原型電機該裝配部位空間裕度小，采取鐵芯往非出線端偏心的結(jié)構(gòu)，機座、轉(zhuǎn)軸與鐵芯配合部分的加工尺寸及擋風(fēng)圈長度尺寸亦作相應(yīng)設(shè)計更改。
選擇最佳原型電機作基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)件，如定子鐵芯端部空間裕度大，則免去鐵芯偏移等措移，使設(shè)計圖紙和加工更為簡化。
須重新設(shè)計18個出線端的接線板和接線盒等。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點1、本實用新型的變極繞組方案具有各極下磁勢基波幅值高，高次諧波幅值低和無次諧波的突出優(yōu)點，磁勢波形接近于正弦形。4極為常規(guī)60°相帶繞組，磁勢波形與正常的單速4極電動機一樣。10極相帶總寬為120°，由于大線圈集中于相帶中心附近，故繞組分布系數(shù)實介于60°和120°相帶之間，諧波含量比常規(guī)60°相帶單速電動機還低，攻破了含10極的變極電動機磁勢波形畸變率大的技術(shù)難關(guān)。各極下基波和各高次諧波繞組系數(shù)列于表2。表中Kdν、KPν、KWν分別為ν＝1.5…23次諧波的分布系數(shù)、短距系數(shù)和繞組系數(shù)。同時列出單速電動機JS127－4(節(jié)距y＝1～13，每極每相槽數(shù)q＝5)，JS127－10(y＝1～8，q＝2)的對應(yīng)分布、短距和繞組系數(shù)。
由表列數(shù)據(jù)可見，4極基波繞組系數(shù)由于短距系數(shù)增大而增大2.81％，諧波繞組系數(shù)比較如下原常規(guī)電機無5次諧波，對較危險的7次諧波，現(xiàn)電機卻下降近6倍，各有得失。總的磁勢波形與常規(guī)4極單速單速電機相同。10極基波繞組系數(shù)下降9.8％，但5.7次諧波下降4.1倍。故10極磁勢波形更接近正弦形，優(yōu)于常規(guī)10極單速電機。這是本實用新型最突出的優(yōu)點。
2、單繞組雙速電動機4極采用6條支路，功率達260千瓦，單位體積及重量的功率與各項性能指標(biāo)達到單速電動機標(biāo)準(zhǔn)。10極采用1條支路，功率適用于變轉(zhuǎn)矩負載要求，即功率隨轉(zhuǎn)速比成3次方變化，力能指標(biāo)高，大幅度節(jié)能。
3、分裂線圈結(jié)構(gòu)僅繞線與接線較復(fù)雜，嵌線實與常規(guī)雙迭繞組電機一樣，結(jié)構(gòu)件大部分與常規(guī)電機通用，一般電機廠的設(shè)備、工藝都能順利完成。
下面是本實用新型
具體實施方式長沙電機廠于1985年按上述變極繞組方案試制成功JDS127－4／10，260／22千瓦單繞組雙速電動機。經(jīng)型式試驗證明，各轉(zhuǎn)速起動、運行平穩(wěn)，主要性能優(yōu)越，各轉(zhuǎn)速檔性能達JB563－64《JS系列三相鼠籠型異步電動機技術(shù)條件》即單速電動機標(biāo)準(zhǔn)，見表3。
由表3所列數(shù)據(jù)，可稱各檔性能能與對應(yīng)單速電動機相媲美。本電動機將運往用戶運行?，F(xiàn)估算它對轉(zhuǎn)爐煉鋼節(jié)能增產(chǎn)的效果。原機JS127－4，260千瓦電動機，效率93.6％，現(xiàn)改機效率見表3。設(shè)年運行時間為5000小時，兩種工況各占時50％，負荷率為80％，按下式計算年節(jié)電為5000×( 260/0.936 － (260×0.5)/0.938 － (22×0.5)/0.89 )×0.8＝50.7(萬度電／年)圖4示電動機與調(diào)速控制柜連接原理線路圖。
電動機起動時，合上負荷開關(guān)HK，按下起動按鈕1QA，交流接觸器1JC主觸頭閉合，信號燈LD亮，電動機在10極低速下直接起動，并運行。要將電動機換接為4極運行時，即按下2QA按鈕，則接觸器1JC主觸頭斷開，而接觸器2JC、3JC、4JC主觸頭均閉合，信號燈LD滅、HD亮，電動機切換成為4極高速檔運行，要將電動機返回10極運行時，按下1QA按鈕，則2JC、3JC、4JC主觸頭斷開，而1JC主觸頭閉合，HD滅而LD亮，電動機又轉(zhuǎn)入低速運轉(zhuǎn)。如此雙速變換運行。
按下停止按鈕TA，則各接觸器主觸頭皆斷開，LD、HD皆滅，電動機斷電停轉(zhuǎn)。
圖4中其他元件為電流互感器LH1、LH2，熱繼電器1RJ、2RJ，熔斷器1RD、2RD，以作短路，過載保護用，交流接觸器常
開、常閉輔助觸頭及吸引線圈旁也各標(biāo)有相應(yīng)符號1JC、2JC、3JC4JC等。
權(quán)利要求
1.一種三相變極多速電動機，由帶有可變換為不同極數(shù)的定子、鼠籠轉(zhuǎn)子、機座、端蓋結(jié)構(gòu)件及裝有多個接線柱的接線板、接線盒等構(gòu)成整機，另配有調(diào)速控制柜，其特征在于4/10極單繞組是由四層繞組構(gòu)成的迭繞組，大、小分裂線圈數(shù)各占一半，總個數(shù)為槽數(shù)的2倍，大線圈匝數(shù)一般為小線圈匝數(shù)的2倍，有18個接線端。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的多速電動機，其特征在于硬繞組成型線圈，分裂線圈采用邊繞邊包工藝予制相間絕緣。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的多速電動機，其特征在于在兩個電路獨立的大、小分線圈之間，繞線時在接合的匝上分別施用三分之二迭包聚酯薄膜帶，然后合制成為一整線圈。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的多速電動機，其特征在于對于500伏以下低壓線圈，采用高壓絕緣導(dǎo)線代用，對于3000伏以上的高壓電機，則用耐壓等級更高的絕緣導(dǎo)線代用。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的多速電動機，其特征在于在定子繞組接線端與機座、端蓋間空間裕度較小時，采取鐵芯往非出線端偏心的結(jié)構(gòu)。
專利摘要
三相變極多速電動機。由帶有可變換4/10極單繞組的定子和鼠籠轉(zhuǎn)子組成，并配有調(diào)速控制柜，該三相繞組在各極下磁勢皆近于正弦波，因而電動機轉(zhuǎn)速平穩(wěn)，效率高，各項性能與對應(yīng)極數(shù)單速電動機相媲美，功率隨速比成平方或三次方變化，適用于風(fēng)機泵類變轉(zhuǎn)矩負載，大幅度節(jié)能，可在低速擋直接起動。調(diào)速控制簡便。并提供分裂線圈制造、接線的最佳結(jié)構(gòu)，使得嵌線同于常規(guī)雙迭繞組。
文檔編號H02K17/14GK86203906SQ86203906
公開日1987年2月18日 申請日期1986年5月30日
發(fā)明者鄒楚池 申請人:長沙電機廠導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan