一種三相異步電機的繞組結(jié)構(gòu)、電機裝置和控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種三相異步電機的繞組結(jié)構(gòu)、電機裝置和控制方法，該結(jié)構(gòu)包括：具有多個定子槽的定子鐵芯，三相繞組和切換機構(gòu)；其中，在三相繞組中，每相繞組包括：相互絕緣設(shè)置于定子鐵芯的同一個定子槽中的第一繞組和第二繞組；且三相繞組通過相應(yīng)的第一繞組和第二繞組，被配置為：能工作于不同相間的串聯(lián)運行狀態(tài)或同相繞組的并聯(lián)運行狀態(tài)；切換機構(gòu)，連接于三相繞組，且被配置為：控制電機啟動，以及，在電機轉(zhuǎn)速達到預(yù)設(shè)狀態(tài)后的預(yù)設(shè)時長后，將三相繞組由不同相間的串聯(lián)運行狀態(tài)切換至同相繞組的并聯(lián)運行狀態(tài)，以實現(xiàn)所述電機啟動與運行的平穩(wěn)切換。根據(jù)本發(fā)明的方案可以實現(xiàn)對電網(wǎng)沖擊小、成本低和電機效率高的有益效果。
【專利說明】
一種三相異步電機的繞組結(jié)構(gòu)、電機裝置和控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及電機技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種三相異步電機的繞組結(jié)構(gòu)、電機裝置 和控制方法，尤其涉及一種能夠降低三相異步電動機啟動電流的繞組結(jié)構(gòu)、電機裝置和控 制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 三相異步電機(Triple-phase asynchronous motor)是靠同時接入380V三相交流 電源(相位差120度)供電的一類電動機，由于三相異步電機的轉(zhuǎn)子與定子旋轉(zhuǎn)磁場以相同 的方向、不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，存在轉(zhuǎn)差率，所以叫三相異步電機。
[0003] 三相異步電機是感應(yīng)電機，定子通入電流以后，部分磁通穿過短路環(huán)，并在其中產(chǎn) 生感應(yīng)電流。短路環(huán)中的電流阻礙磁通的變化，致使有短路環(huán)部分和沒有短路環(huán)部分產(chǎn)生 的磁通有了相位差，從而形成旋轉(zhuǎn)磁場。通電啟動后，轉(zhuǎn)子繞組因與磁場間存在著相對運動 而感生電動勢和電流，即旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子存在相對轉(zhuǎn)速，并與磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩， 使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)起來，實現(xiàn)能量變換。
[0004] 三相異步電機尤其是大功率三相異步電動機在啟動瞬間啟動電流沖擊大，對電網(wǎng) 容量小的電力系統(tǒng)產(chǎn)生了嚴重的干擾，甚至影響到其他生產(chǎn)系統(tǒng)的正常使用。在解決大功 率三相異步電機啟動電流大的問題時，采用星-三角(Υ-Λ)轉(zhuǎn)換啟動(其基本的電路接線圖 如圖1所示）、延邊三角形啟動等，為目前的主流方案。
[0005] 該方案中，采用星-角轉(zhuǎn)換具有以下三個缺點：①啟動過程雖然可以降低電流至直 接啟動的1/3,但對電網(wǎng)仍有較大的沖擊電流;且在切換過程中由于每相繞組的端電壓突 變，導(dǎo)致電流突變，其幅值高于啟動過程，不僅造成了對電網(wǎng)的二次沖擊，也削減第一次啟 動，降低啟動電流的效果(如圖5所示，為采集某電機星角轉(zhuǎn)換整個啟動過程的電流波形）； ②切換過程中，必須先將星形斷開，再接成三角形，整個過程不可能無縫銜接，必然存在一 個電機不通電的空檔期(如圖1所示），在大負載啟動情況下，該空檔期可能導(dǎo)致電機轉(zhuǎn)速的 突變;以及③從圖1可以看出，星角轉(zhuǎn)換需要3個交流接觸器，增加了電機配電柜的成本。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)中有一種方案，即對三相電機啟動過程的改善方案，即使用雙線并繞的 電動機繞組，電機啟動時繞組的全部或者部分線圈串聯(lián)運行，到達預(yù)定轉(zhuǎn)速后改為并列運 行，或者允許保持串聯(lián)運行狀態(tài)；如圖2所示，啟動時，開關(guān)全部向右吸合，繞組LA1和繞組 LA2 (全部或部分）串聯(lián)，運行時，開關(guān)全部向左吸合，繞組LA1和繞組LA2 (全部或部分)并聯(lián)。
[0007] 該技術(shù)方案中，雖然采用雙線并繞的電機繞組，改善了啟動電流，但存在以下三個 缺點：①開關(guān)在切換過程中存在二次沖擊的問題，切換瞬間由于原來加在繞組LA1和繞組 LA2的電壓突變性的加在繞組LA1上，因此亦存在一個電流的突變，對電網(wǎng)沖擊;②其在串-并聯(lián)轉(zhuǎn)換過程中，亦存在一個空檔期；以及③整套電路中，需要3個交流接觸器(3個觸點)完 成整套動作。
[0008] 現(xiàn)有技術(shù)中還有一種方案，采用雙三角形繞組進行啟動，采用兩個接觸器將雙三 角形繞組進行串聯(lián)-并聯(lián)的切換啟動。
[0009]該技術(shù)方案包括兩組三相繞組和兩個接觸器A、B，其中，第一組繞組的第一線圈1、 第二線圈2和第三線圈3的首端和第二組繞組的第一線圈4、第二線圈5和第三線圈6的末端 共接于三個接點a、b、c后再分別經(jīng)第一接觸器A的三個換接開關(guān)A1、A2、A3連接三相電源；同 時第一組繞組的第一線圈1、第二線圈2和第三線圈3的末端和第二組繞組的第三線圈6、第 二線圈5和第一線圈4的首端共接于三個接點d、e、f后分別接在第二接觸器B的三個換接開 關(guān)81、82、83的一端，而第二接觸器8的三個換接開關(guān)81、82、83的另一端則分別經(jīng)第一接觸 器A的三個換接開關(guān)A1、A2、A3連接三相電源。可見，兩組繞組的第一、第二、第三線圈對應(yīng)為 A、B、C三相線圈，在該種連接方式下，運行時，使得第一組繞組的第一線圈(A相）同第二組繞 組的第二線圈(B相)相并聯(lián)，導(dǎo)致其運行電流出現(xiàn)相位差，電機效率有所下降;如圖3、圖4和 圖5所示。
[0010]現(xiàn)有技術(shù)中，存在對電網(wǎng)沖擊大、成本高和電機效率低等缺陷。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0011] 本發(fā)明的目的在于，針對上述缺陷，提出一種三相異步電機的繞組結(jié)構(gòu)、電機裝置 和控制方法，以實現(xiàn)啟動與運行的平穩(wěn)切換。
[0012] 本發(fā)明一方面提供一種三相異步電機的繞組結(jié)構(gòu)，包括:具有多個定子槽的定子 鐵芯，三相繞組和切換機構(gòu)；其中，在所述三相繞組中，每相繞組包括:相互絕緣設(shè)置于所述 定子鐵芯的同一個定子槽中的第一繞組和第二繞組;且所述三相繞組通過相應(yīng)的第一繞組 和第二繞組，被配置為:能工作于不同相間的串聯(lián)運行狀態(tài)或同相繞組的并聯(lián)運行狀態(tài);所 述切換機構(gòu)，連接于所述三相繞組，且被配置為:控制所述電機啟動，以及，在所述電機轉(zhuǎn)速 達到預(yù)設(shè)狀態(tài)后的預(yù)設(shè)時長后，將所述三相繞組由不同相間的串聯(lián)運行狀態(tài)切換至同相繞 組的并聯(lián)運行狀態(tài)，以實現(xiàn)所述電機啟動與運行的平穩(wěn)切換。
[0013] 優(yōu)選地，所述切換機構(gòu)，包括:第一切換開關(guān)和第二切換開關(guān);其中，所述第一切換 開關(guān)被配置為：當(dāng)需要啟動所述電機時，將所述三相繞組切換至不同相間的串聯(lián)運行狀態(tài)， 使所述電機處于啟動狀態(tài);所述第二切換開關(guān)被配置為：當(dāng)所述電機在所述第一切換開關(guān) 的控制下，已啟動且轉(zhuǎn)速達到預(yù)設(shè)狀態(tài)后的預(yù)設(shè)時長后，將所述三相繞組切換至同相繞組 的并聯(lián)運行狀態(tài)，使所述電機處于運行狀態(tài)。
[0014] 優(yōu)選地，所述切換機構(gòu)，還包括:分別連接于所述第一切換開關(guān)和第二切換開關(guān)的 延時繼電器;所述延時繼電器被配置為:控制所述第一切換開關(guān)處于通電狀態(tài)，且當(dāng)所述電 機已啟動且轉(zhuǎn)速達到預(yù)設(shè)狀態(tài)后的計時時間達到所述預(yù)設(shè)時長后，控制所述第二切換開關(guān) 處于通電狀態(tài);和/或，所述第一切換開關(guān)為第一三觸點開關(guān)，且所述第二切換開關(guān)為第二 三觸點開關(guān)。
[0015] 優(yōu)選地，所述三相繞組，包括:A相繞組、B相繞組和C相繞組;其中，A相繞組的第一 繞組的首端和C相繞組的第二繞組的末端、A相繞組的第二繞組的末端和B相繞組的第一繞 組的首端、以及B相繞組的第二繞組的末端和C相繞組的第一繞組的首端，兩兩分別相連后， 對應(yīng)接入第一三觸點開關(guān)的相應(yīng)觸點;A相繞組的第二繞組的首端和C相繞組的第一繞組的 末端、A相繞組的第一繞組的末端和B相繞組的第二繞組的首端、以及B相繞組的第一繞組的 末端和C相繞組的第二繞組的首端，兩兩分別相連后，對應(yīng)接入第二三觸點開關(guān)的相應(yīng)觸 點。
[0016]優(yōu)選地，所述A相繞組的第一繞組的首端和C相繞組的第二繞組的末端相連后，連 接于所述第一三觸點開關(guān)的第一觸點;所述A相繞組的第二繞組的末端和B相繞組的第一繞 組的首端相連后，連接于所述第一三觸點開關(guān)的第二觸點;所述B相繞組的第二繞組的末端 和C相繞組的第一繞組的首端相連后，連接于所述第一三觸點開關(guān)的第三觸點；所述A相繞 組的第二繞組的首端和C相繞組的第一繞組的末端相連后，連接于所述第二三觸點開關(guān)的 第一觸點；所述A相繞組的第一繞組的末端和B相繞組的第二繞組的首端相連后，連接于所 述第二三觸點開關(guān)的第二觸點;所述B相繞組的第一繞組的末端和C相繞組的第二繞組的首 端相連后，連接于所述第二三觸點開關(guān)的第三觸點。
[0017]優(yōu)選地，在每相繞組的第一繞組和第二繞組之間，設(shè)有相間絕緣部。
[0018] 優(yōu)選地，在每相繞組中，所述第一繞組的線圈匝數(shù)和所述第二繞組的線圈匝數(shù)相 同。
[0019] 優(yōu)選地，在每相繞組中，所述第一繞組的線圈線徑等于或大于所述第二繞組的線 圈線徑。
[0020] 優(yōu)選地，在每相繞組中，所述第一繞組的線圈線徑與所述第二繞組的線圈線徑之 間的比值為1:1至7:3。
[0021]優(yōu)選地，每相繞組的第一繞組和第二繞組，分層設(shè)置于所述定子鐵芯的同一個定 子槽中，包括呈上下結(jié)構(gòu)或左右結(jié)構(gòu)的分層設(shè)置。
[0022]與上述三相異步電機的繞組結(jié)構(gòu)相匹配，本發(fā)明又一方面提供一種電機裝置，包 括:以上所述的三相異步電機的繞組結(jié)構(gòu)。
[0023]與上述電機裝置相匹配，本發(fā)明再一方面提供一種對以上所述電機裝置進行控制 的控制方法，包括:通過所述切換機構(gòu)，控制所述電機裝置啟動，以及實現(xiàn)所述電機裝置由 啟動狀態(tài)至運行狀態(tài)的切換。
[0024]優(yōu)選地，其中，當(dāng)所述第一切換開關(guān)為第一三觸點開關(guān)時，通過所述第一切換開 關(guān)，且當(dāng)需要啟動所述電機時，將所述三相繞組切換至不同相間的串聯(lián)運行狀態(tài)，使所述電 機裝置處于啟動狀態(tài)；當(dāng)所述第二切換開關(guān)為第二三觸點開關(guān)時，通過所述第二切換開關(guān)， 且當(dāng)所述電機已啟動、且轉(zhuǎn)速達到預(yù)設(shè)狀態(tài)后的預(yù)設(shè)時長后，將所述三相繞組切換至同相 繞組的并聯(lián)運行狀態(tài)，使所述電機裝置處于運行狀態(tài)。
[0025] 優(yōu)選地，所述預(yù)設(shè)時長為0.6-Is。
[0026] 本發(fā)明的方案，將常規(guī)三相繞組分層設(shè)計，并適當(dāng)?shù)剡B接，在啟動時，能夠通過兩 個三觸點開關(guān)進行串聯(lián)和并聯(lián)的切換，達到啟動時繞組串聯(lián)，運行時繞組并聯(lián)，降低啟動電 流，同時正常工作時等同于正常電機;可以減少對電網(wǎng)的二次沖擊，減少轉(zhuǎn)速波動，提高啟 動與運行之間切換的平穩(wěn)性;還可以減少外部啟動電機的交流接觸器的個數(shù)，降低成本。
[0027] 進一步，本發(fā)明的方案，通過在每個槽內(nèi)的導(dǎo)體不同相間增加絕緣，以確保電勢差 不會匝間擊穿;可以進一步減小對電網(wǎng)的二次沖擊，提高切換的可靠性和安全性。
[0028] 進一步，本發(fā)明的方案，將同一槽內(nèi)不同相間通過調(diào)整不同相的繞組線徑而進一 步降低繞組啟動電流，卻又不至于因不同電流密度差值導(dǎo)致的電機燒毀情況發(fā)生的線徑比 范圍；可以進一步減小對電網(wǎng)的二次沖擊，提高切換的可靠性和安全性。
[0029]由此，本發(fā)明的方案解決通過將三相繞組的每相繞組分成兩個相互絕緣的繞組 (例如:通過將兩個繞組分層設(shè)置的方式），利用繞組串聯(lián)運行和并聯(lián)運行兩個狀態(tài)下每相 繞組中電流的相位差及該繞組內(nèi)部的儲能變化，來達到緩解、吸收甚至抵消狀態(tài)切換時外 部電壓突變的影響，達到降低二次電流沖擊的效果，實現(xiàn)所述電機啟動與運行的平穩(wěn)切換， 更方便地實現(xiàn)啟動與運行的平穩(wěn)切換，更安全地實現(xiàn)切換，在切換時實現(xiàn)所有繞組中電壓 的相位突變以減小啟動電流，進而提升啟動安全性的問題，從而，克服現(xiàn)有技術(shù)中對電網(wǎng)沖 擊大、成本高和電機效率低的缺陷，實現(xiàn)對電網(wǎng)沖擊小、成本低和電機效率高的有益效果。
[0030] 本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變 得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。
[0031] 下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。
【附圖說明】
[0032]附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實 施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中：
[0033] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)方案一的星-角轉(zhuǎn)換運行示意圖；
[0034] 圖2為現(xiàn)有技術(shù)方案二的接線示意圖；
[0035]圖3為現(xiàn)有技術(shù)方案三的接線示意圖；
[0036]圖4為現(xiàn)有技術(shù)方案三啟動時刻等效電路（第一組繞組第一線圈和第二繞組第三 線圈串聯(lián)）；
[0037]圖5為現(xiàn)有技術(shù)方案三正常運行等效電路（第一組繞組第一線圈和第二繞組第二 線圈并聯(lián)）；
[0038] 圖6為現(xiàn)有技術(shù)方案一的星-角轉(zhuǎn)換啟動過程的電流波形圖；
[0039] 圖7為本發(fā)明的三相異步電機的繞組結(jié)構(gòu)的一實施例的接線示意圖，其中，設(shè)置在 三觸點開關(guān)(K1、K2)與地之間的元件是三相正弦交流電源的示意圖；
[0040] 圖8為本發(fā)明的三相異步電機的繞組結(jié)構(gòu)中繞組在定子鐵芯中Α相分布示意圖（24 槽2極，B相和C相未示出）；
[0041] 圖9為本發(fā)明的三相異步電機的繞組結(jié)構(gòu)的繞組電流啟動的波形示意圖。
[0042 ]結(jié)合附圖3、圖4，本發(fā)明實施例中附圖標(biāo)記如下：
[0043] 1-第一組繞組的第一線圈；2-第一組繞組的第二線圈；3-第一組繞組的第三線圈； 4-第二組繞組的第一線圈；5-第二組繞組的第二線圈;6-第二組繞組的第三線圈。
[0044]結(jié)合附圖8，本發(fā)明實施例中附圖標(biāo)記如下：
[0045] 11 -定子鐵芯；12 - LA1繞組；13 - LA2繞組，14 -相間絕緣部。
【具體實施方式】
[0046]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明具體實施例及 相應(yīng)的附圖對本發(fā)明技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅是本發(fā)明一 部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做 出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0047]根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了一種三相異步電機的繞組結(jié)構(gòu)。該三相異步電機的 繞組結(jié)構(gòu)包括:具有多個定子槽的定子鐵芯，三相繞組和切換機構(gòu)。其中，在所述三相繞組 中，每相繞組包括:相互絕緣設(shè)置于所述定子鐵芯的同一個定子槽中的第一繞組和第二繞 組;且所述三相繞組通過相應(yīng)的第一繞組和第二繞組，被配置為:能工作于不同相間的串聯(lián) 運行狀態(tài)或同相繞組的并聯(lián)運行狀態(tài);所述切換機構(gòu)，連接于所述三相繞組，且被配置為： 控制所述電機啟動，以及，在所述電機轉(zhuǎn)速達到預(yù)設(shè)狀態(tài)后的預(yù)設(shè)時長后，將所述三相繞組 由不同相間的串聯(lián)運行狀態(tài)切換至同相繞組的并聯(lián)運行狀態(tài)，以實現(xiàn)所述電機啟動與運行 的平穩(wěn)切換。具體地，利用繞組串聯(lián)運行和并聯(lián)運行兩個狀態(tài)下每相繞組中電流的相位差 及該繞組內(nèi)部的儲能變化，來達到緩解、吸收甚至抵消狀態(tài)切換時外部電壓突變的影響，達 到降低二次電流沖擊的效果，實現(xiàn)所述電機啟動與運行的平穩(wěn)切換。通過將每相繞組相互 絕緣設(shè)置為第一繞組和第二繞組，且將三相繞組配合切換機構(gòu)，可以利用繞組中的磁場儲 能，對外部電壓的突變進行一個緩沖，進而緩解、吸收、甚至抵消了電壓的突變，進而減少電 機啟動電流對電網(wǎng)的第二次沖擊，實現(xiàn)電機啟動與運行的平穩(wěn)切換，不存在電機繞組電流 的"空檔期"，可以保證切換過程中轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，有利于提高切換的可靠性和安全性。
[0048] 優(yōu)選地，所述切換機構(gòu)，包括:第一切換開關(guān)和第二切換開關(guān);其中，所述第一切換 開關(guān)被配置為：當(dāng)需要啟動所述電機時，將所述三相繞組切換至不同相間的串聯(lián)運行狀態(tài)， 使所述電機處于啟動狀態(tài);所述第二切換開關(guān)被配置為：當(dāng)所述電機在所述第一切換開關(guān) 的控制下，已啟動且轉(zhuǎn)速達到預(yù)設(shè)狀態(tài)后的預(yù)設(shè)時長后，將所述三相繞組切換至同相繞組 的并聯(lián)運行狀態(tài)，使所述電機處于運行狀態(tài)。更優(yōu)選地，所述第一切換開關(guān)為第一三觸點開 關(guān)K1，且所述第二切換開關(guān)為第二三觸點開關(guān)K2。通過采用兩個切換開關(guān)，尤其通過采用兩 個三觸點開關(guān)，可以減少外部啟動電機的交流接觸器的個數(shù)，降低成本。
[0049] 優(yōu)選地，所述切換機構(gòu)，還包括:分別連接于所述第一切換開關(guān)和第二切換開關(guān)的 延時繼電器;所述延時繼電器被配置為:控制所述第一切換開關(guān)處于通電狀態(tài)，且當(dāng)所述電 機已啟動且轉(zhuǎn)速達到預(yù)設(shè)狀態(tài)后的計時時間達到所述預(yù)設(shè)時長后，控制所述第二切換開關(guān) 處于通電狀態(tài)。其中，延遲繼電器用于控制兩個切換開關(guān)(例如:第一切換開關(guān)和第二切換 開關(guān)）；電機的啟動是一個加速的過程，轉(zhuǎn)速是否達到，主要通過預(yù)設(shè)的計時時間是否達到 進行判斷。通過啟動狀態(tài)至運行狀態(tài)的延時切換，可以保證切換過程中轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，有利于提 高切換的可靠性和安全性。
[0050] 圖7示出了根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實施例的繞組結(jié)構(gòu)。
[0051] 具體地，如圖7所示，所述三相繞組，包括:A相繞組、B相繞組和C相繞組；其中，A相 繞組的第一繞組LA1的首端LA1首和C相繞組的第二繞組LC2的末端LC2末、A相繞組的第二繞組 LA2的末端LA2末和B相繞組的第一繞組LB1的首端LB1首、以及B相繞組的第二繞組LB2的末端 LB2末和C相繞組的第一繞組LC1的首端LC1首，兩兩分別相連后，對應(yīng)接入第一三觸點開關(guān)K1 的相應(yīng)觸點;A相繞組的第二繞組LA2的首端LA2首和C相繞組的第一繞組LC1的末端LC1末、A相 繞組的第一繞組LA1的末端LA1末和B相繞組的第二繞組LB2的首端LB2首、以及B相繞組的第一 繞組LB1的末端LB1末和C相繞組的第二繞組LC2的首端LC2首，兩兩分別相連后，對應(yīng)接入第二 三觸點開關(guān)K2的相應(yīng)觸點。通過將每相繞組分層并基于電機狀態(tài)進行適配連接，在啟動時， 能夠通過兩個三觸點開關(guān)進行串聯(lián)和并聯(lián)的切換，達到啟動時繞組串聯(lián)，運行時繞組并聯(lián)， 可以降低啟動電流，使得該電機正常工作時等同于正常電機，實現(xiàn)切換過程平穩(wěn)、且無電流 空檔期，并且，通過兩個三觸點開關(guān)或接觸器3觸點即可完成整套動作，成本減少，且操作過 程大大簡化。
[0052]其中，所述A相繞組的第一繞組LA1的首端LA1首和C相繞組的第二繞組LC2的末端 LC2末相連后，連接于所述第一三觸點開關(guān)K1的第一觸點ΚΙ -1;所述A相繞組的第二繞組LA2 的末端LA2末和B相繞組的第一繞組LB1的首端LB1首相連后，連接于所述第一三觸點開關(guān)K1的 第二觸點K1-2;所述B相繞組的第二繞組LB2的末端LB2末和C相繞組的第一繞組LC1的首端 LC1首相連后，連接于所述第一三觸點開關(guān)K1的第三觸點K1 -3;所述A相繞組的第二繞組LA2 的首端LA2首和C相繞組的第一繞組LC1的末端LC1末相連后，連接于所述第二三觸點開關(guān)K2的 第一觸點K2-1;所述A相繞組的第一繞組LA1的末端LA1末和B相繞組的第二繞組LB2的首端 LB2首相連后，連接于所述第二三觸點開關(guān)K2的第二觸點K2-2;所述B相繞組的第一繞組LB1 的末端LB1末和C相繞組的第二繞組LC2的首端LC2首相連后，連接于所述第二三觸點開關(guān)K2的 第三觸點K2-3。
[0053]以下對圖7所示的繞組結(jié)構(gòu)工作原理進行說明。
[0054] 參見圖7,串聯(lián)運行（即不同相間的串聯(lián)運行狀態(tài))時，每個串聯(lián)支路繞組中的電流 為：
[0055] 第一繞組LA1、第二繞組LB2中電流為:A*cos(c〇t);
[0056] 第一繞組LB1、第二繞組LC2中電流為：
[0057] 第一繞組LC1、第二繞組LA2中電流為
其中，A表示電壓幅值， ω為電壓頻率。
[0058]在繞組切換為并聯(lián)運行（即由不同相間的串聯(lián)運行狀態(tài)切換至同相繞組的并聯(lián)運 行狀態(tài))時，每相繞組中的電流需要轉(zhuǎn)變?yōu)椋?br>[0059] 第一繞組LC1、第二繞組LC2中電流為:A*cos ( ω t);
[0060] 第一繞組LAI、第二繞組LA2中電流為：
[0061] 第一繞組LB1、第二繞組LB2中電流為：
[0062] 故而，以A相繞組為例，對比其繞組前后狀態(tài)（即由不同相間的串聯(lián)運行狀態(tài)切換 至同相繞組的并聯(lián)運行狀態(tài)）的電流變化，可以發(fā)現(xiàn)，其在此期間磁場儲能需要變化：
[0065] B、C相同理類推即可。
[0066] 由以上分析可知，該部分電流相位類似于磁場儲能的慣性，在外部電壓突變時，能 夠緩解電流的突變，類似于一個突變外力施加于來回振動的物體上，為了使得振幅最小，改 變后狀態(tài)（即同相繞組的并聯(lián)運行狀態(tài)）同改變前狀態(tài)（即不同相間的串聯(lián)運行狀態(tài)）的動 量差（即繞組串聯(lián)運行和并聯(lián)運行兩個狀態(tài)下每相繞組中電流的相位差及該繞組內(nèi)部的儲 能變化)可以用于緩解、吸收、甚至抵消該部分外部力的沖擊（即狀態(tài)切換時外部電壓突變 的影響）。
[0067] 優(yōu)選地，在每相繞組的第一繞組和第二繞組之間，設(shè)有相間絕緣部。例如：相間絕 緣部，可以是設(shè)置于相鄰兩相繞組的端部之間的一層絕緣薄膜。通過在每個槽(例如：定子 槽）內(nèi)的導(dǎo)體(例如:第一繞組和第二繞組)不同相間增加絕緣，可以確保電勢差不會匝間擊 穿，進而提高電機啟動和運行的安全性和可靠性。
[0068] 優(yōu)選地，在每相繞組中，所述第一繞組的線圈匝數(shù)和所述第二繞組的線圈匝數(shù)相 同。通過將每相繞組的第一繞組和第二繞組的線圈匝數(shù)設(shè)置為相同，一方面方便同步繞制 繞組，另一方面可以減小每相繞組的第一繞組和第二繞組相間電流的密度差，提高電流穩(wěn) 定性，進而提高電機運行的安全性。
[0069] 其中，當(dāng)每相繞組中分層設(shè)置的兩個繞組的線圈匝數(shù)設(shè)計為不同時，會導(dǎo)致兩個 繞組的線圈在并聯(lián)即第二三觸點開關(guān)K2閉合時，由于兩個繞組的線圈的反電勢不同而引起 的環(huán)流效應(yīng);使得兩個繞組的線圈銅耗增加，電機效率下降;而每相繞組中分層設(shè)置的兩個 繞組的線圈匝數(shù)相同時，即不會存在該問題。
[0070] 優(yōu)選地，在每相繞組中，所述第一繞組的線圈線徑等于或大于所述第二繞組的線 圈線徑。更優(yōu)選地，在每相繞組中，所述第一繞組的線圈線徑與所述第二繞組的線圈線徑之 間的比值為1:1至7: 3。通過在同一槽內(nèi)不同相間通過調(diào)整不同相的繞組線徑，可以進一步 降低繞組啟動電流，卻又不至于因不同電流密度差值導(dǎo)致的電機燒毀情況發(fā)生的線徑比范 圍，有利于提高電機運行的穩(wěn)定性和安全性。
[0071] 優(yōu)選地，每相繞組的第一繞組和第二繞組，分層設(shè)置于所述定子鐵芯的同一個定 子槽中，具體呈上下結(jié)構(gòu)或左右結(jié)構(gòu)的分層設(shè)置。其中，對于三相繞組，分層設(shè)置時，可以根 據(jù)實際需求，通過不同結(jié)構(gòu)混搭的方式(例如:上下結(jié)構(gòu)和左右結(jié)構(gòu)混搭的方式)進行分層。 通過將每相繞組分層設(shè)置在同一個定子槽中，可以解決Υ-Λ切換啟動過程中的二次沖擊電 流，還可以解決其他啟動方式中切換過程中存在電流"空檔期"，以減少轉(zhuǎn)速波動，提高電機 運行穩(wěn)定性。
[0072] 例如：參見圖7至圖9所示的例子，該應(yīng)用于降低三相異步電機啟動電流的繞組結(jié) 構(gòu)，包括六個繞組，即：其繞組由LA1繞組12、LA2繞組13、LB1繞組、LB2繞組、LC1繞組、LC2繞 組。其中，LA1繞組12、LA2繞組13屬于同一相，LB1繞組、LB2繞組屬于同一相，LC1繞組、LC2繞 組屬于同一相。
[0073] LA1繞組、LA2繞組在電機定子槽的（例如:定子鐵芯11)槽號相同，槽內(nèi)呈上下層或 左右層分開;每相繞組的第一繞組(例如:A相繞組的第一繞組即LA1繞組12)同第二繞組(例 如:A相繞組的第二繞組即LA2繞組13)之間存在相間絕緣部14。其中，LA1繞組12的首端和 LC2繞組的末端、LA2繞組13的末端和LB1繞組的首端、LB2繞組的末端和LC1繞組的首端分別 相連后，接入第一三觸點開關(guān)KULA2繞組13的首端和LC1繞組的末端、LA1繞組12的末端和 LB2繞組的首端、LB1繞組的末端和LC2繞組的首端分別相連后，接入第二三觸點開關(guān)K2。
[0074] 其中，同一個定子槽中，每相繞組的第一繞組和第二繞組的首端、末端放置順序， 按照圖7所示的矩形結(jié)構(gòu)按照一個方向依次首尾相連。例如:第一繞組和第二繞組放置的位 置以及首尾設(shè)置方式完全相同，僅有處于槽內(nèi)上下層的區(qū)別。
[0075]前述六個繞組的運行特征為:在第一三觸點開關(guān)K1閉合時，實現(xiàn)不同相間（例如:A 相的LA1繞組和B相的LB2繞組）的串聯(lián)運行;在第二三觸點開關(guān)K2閉合時，實現(xiàn)同相繞組(例 如:A相繞組的LA 1繞組11和A相繞組的LA2繞組12)的并聯(lián)運行。例如，電機(例如:三相異步 電機)需要啟動時，閉合第一三觸點開關(guān)ΚΙ，在轉(zhuǎn)速基本達到穩(wěn)定時，約0.6s -1S后，再閉合 第二三觸點開關(guān)K2,電機(例如:三相異步電機)進入正常運行狀態(tài)。
[0076] 前述六個繞組的繞組特征為:LA1繞組12和LA2繞組13具有相同的繞組匝數(shù)，但可 以具有不同的繞組線徑;LA1繞組和LA2繞組（同理應(yīng)用于LB1繞組和LB2繞組、LC1繞組和LC2 繞組）的繞組線徑比介于1:1至7 :3之間。優(yōu)選地，每相繞組的第一繞組(例如:A相繞組的第 一繞組即LA1繞組12)和第二繞組(例如:A相繞組的第二繞組即LA2繞組13)的線徑比為1:1; 當(dāng)需要進一步降低啟動電流時，每相繞組的第一繞組(例如:A相繞組的第一繞組即LA1繞組 12)和第二繞組(例如:A相繞組的第二繞組即LA2繞組13)的線徑比可逐漸增加至7:3;以上 的線徑要求，可以保證電機在運行時電流密度相差在允許的范圍內(nèi)。
[0077]前述三相異步電機，在第一三觸點開關(guān)K1通電即第一三觸點開關(guān)K1閉合，帶載啟 動的情況下，時間不得過長，在轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，必須立刻閉合第二三觸點開關(guān)K2。優(yōu)選地，前述 三相異步電機的啟動過程，可以通過延時繼電器進行控制。
[0078]例如:每個繞組的線圈，可以等效為電感和電阻(例如：圖6中與每個繞組串接的電 阻，即為等效電阻）的串聯(lián)結(jié)構(gòu)(例如:LA1指A相線圈1的電感，RA1指A相線圈1的電阻）。 [0079]經(jīng)大量的試驗驗證，采用本實施例的技術(shù)方案，將常規(guī)三相繞組分層設(shè)計，并適當(dāng) 地連接，在啟動時，能夠通過兩個三觸點開關(guān)進行串聯(lián)和并聯(lián)的切換，達到啟動時繞組串 聯(lián)，運行時繞組并聯(lián)，降低啟動電流，同時正常工作時等同于正常電機;可以減少對電網(wǎng)的 二次沖擊，減少轉(zhuǎn)速波動，提高啟動與運行之間切換的平穩(wěn)性;還可以減少外部啟動電機的 交流接觸器(例如:三觸點開關(guān))的個數(shù)，降低成本。
[0080] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，還提供了對應(yīng)于三相異步電機的繞組結(jié)構(gòu)的一種電機裝 置。該電機裝置包括：以上所述的三相異步電機的繞組結(jié)構(gòu)。通過使用以上所述的三相異步 電機的繞組結(jié)構(gòu)，可以減少電機啟動電流對電網(wǎng)的第二次沖擊不存在電機繞組電流的"空 檔期"，保證切換過程中轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，有利于提高切換的可靠性和安全性。
[0081] 由于本實施例的裝置所實現(xiàn)的處理及功能基本相應(yīng)于前述圖7至圖9所示的繞組 結(jié)構(gòu)的實施例、原理和實例，故本實施例的描述中未詳盡之處，可以參見前述實施例中的相 關(guān)說明，在此不做贅述。
[0082] 經(jīng)大量的試驗驗證，采用本發(fā)明的技術(shù)方案，將同一槽內(nèi)不同相間通過調(diào)整不同 相的繞組線徑而進一步降低繞組啟動電流，卻又不至于因不同電流密度差值導(dǎo)致的電機燒 毀情況發(fā)生的線徑比范圍；可以進一步減小對電網(wǎng)的二次沖擊，提高切換的可靠性和安全 性。
[0083] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，還提供了一種電機裝置的控制方法。該電機裝置的控制方 法用于對上述電機裝置進行控制，該方法包括:通過所述切換機構(gòu)，控制所述電機裝置啟 動，以及實現(xiàn)所述電機裝置由啟動狀態(tài)至運行狀態(tài)的切換。通過切換機構(gòu)，實現(xiàn)以上所述的 電機裝置的啟動及狀態(tài)切換，可以減少電機啟動電流對電網(wǎng)的第二次沖擊不存在電機繞組 電流的"空檔期"，保證切換過程中轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，有利于提高切換的可靠性和安全性。
[0084]優(yōu)選地，其中，通過所述第一切換開關(guān)(例如：第一三觸點開關(guān)K1)，當(dāng)需要啟動所 述電機時，將所述三相繞組切換至不同相間的串聯(lián)運行狀態(tài)，使所述電機裝置處于啟動狀 態(tài);通過所述第二切換開關(guān)(例如:第二三觸點開關(guān)K2)，當(dāng)所述電機已啟動、且轉(zhuǎn)速達到預(yù) 設(shè)狀態(tài)后的預(yù)定時間，例如〇.6s-ls后，將所述三相繞組切換至同相繞組的并聯(lián)運行狀態(tài)， 使所述電機裝置處于運行狀態(tài)。通過啟動狀態(tài)至運行狀態(tài)的延時切換，可以保證切換過程 中轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，有利于提高切換的可靠性和安全性。
[0085] 由于本實施例的控制方法所實現(xiàn)的處理及功能基本相應(yīng)于前述圖6至圖8所示的 方法的實施例、原理和實例，故本實施例的描述中未詳盡之處，可以參見前述實施例中的相 關(guān)說明，在此不做贅述。
[0086] 經(jīng)大量的試驗驗證，采用本發(fā)明的技術(shù)方案，通過在每個槽內(nèi)的導(dǎo)體不同相間增 加絕緣，以確保電勢差不會匝間擊穿;可以進一步減小對電網(wǎng)的二次沖擊，提高切換的可靠 性和安全性。
[0087] 綜上，本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的是，在不沖突的前提下，上述各有利方式可以自 由地組合、疊加。
[0088] 以上所述僅為本發(fā)明的實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人 員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、 等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種三相異步電機的繞組結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括:具有多個定子槽的定子鐵芯，三 相繞組和切換機構(gòu);其中， 在所述三相繞組中，每相繞組包括：相互絕緣設(shè)置于所述定子鐵芯的同一個定子槽中 的第一繞組和第二繞組;且所述三相繞組通過相應(yīng)的第一繞組和第二繞組，被配置為:能工 作于不同相間的串聯(lián)運行狀態(tài)或同相繞組的并聯(lián)運行狀態(tài)； 所述切換機構(gòu)，連接于所述三相繞組，且被配置為:控制所述電機啟動，以及，在所述電 機轉(zhuǎn)速達到預(yù)設(shè)狀態(tài)后的預(yù)設(shè)時長后，將所述三相繞組由不同相間的串聯(lián)運行狀態(tài)切換至 同相繞組的并聯(lián)運行狀態(tài)，以實現(xiàn)所述電機啟動與運行的平穩(wěn)切換。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述切換機構(gòu)，包括:第一切換開關(guān)和第二 切換開關(guān);其中， 所述第一切換開關(guān)被配置為：當(dāng)需要啟動所述電機時，將所述三相繞組切換至不同相 間的串聯(lián)運行狀態(tài)，使所述電機處于啟動狀態(tài)； 所述第二切換開關(guān)被配置為：當(dāng)所述電機在所述第一切換開關(guān)的控制下，已啟動且轉(zhuǎn) 速達到預(yù)設(shè)狀態(tài)后的預(yù)設(shè)時長后，將所述三相繞組切換至同相繞組的并聯(lián)運行狀態(tài)，使所 述電機處于運行狀態(tài)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述切換機構(gòu)，還包括:分別連接于所述第一切換開關(guān)和第二切換開關(guān)的延時繼電器； 所述延時繼電器被配置為：控制所述第一切換開關(guān)處于通電狀態(tài)，且當(dāng)所述電機已啟動且 轉(zhuǎn)速達到預(yù)設(shè)狀態(tài)后的計時時間達到所述預(yù)設(shè)時長后，控制所述第二切換開關(guān)處于通電狀 態(tài)； 和/或， 所述第一切換開關(guān)為第一三觸點開關(guān)(K1)，且所述第二切換開關(guān)為第二三觸點開關(guān) (K2)〇4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述三相繞組，包括:Α相繞組、Β相繞組和C 相繞組;其中， Α相繞組的第一繞組(LA1)的首端(LA1首)和C相繞組的第二繞組(LC2)的末端(LC2末)、Α 相繞組的第二繞組(LA2)的末端(LA2末)和Β相繞組的第一繞組(LB 1)的首端(LB 1首)、以及Β相 繞組的第二繞組(LB2)的末端(LB2末)和C相繞組的第一繞組(LC1)的首端(LClir)，兩兩分別 相連后，對應(yīng)接入第一三觸點開關(guān)(K1)的相應(yīng)觸點； A相繞組的第二繞組(LA2)的首端(LA2首)和C相繞組的第一繞組(LC1)的末端(LC1末)、A 相繞組的第一繞組(LA1)的末端(LA1末)和B相繞組的第二繞組(LB2)的首端(LB2首)、以及B相 繞組的第一繞組(LB1)的末端(LB1末)和C相繞組的第二繞組(LC2)的首端(LC2首），兩兩分別 相連后，對應(yīng)接入第二三觸點開關(guān)(K2)的相應(yīng)觸點。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中， 所述A相繞組的第一繞組（LA1)的首端（LA1首)和C相繞組的第二繞組（LC2)的末端 (LC2末)相連后，連接于所述第一三觸點開關(guān)(K1)的第一觸點(K1 -1); 所述A相繞組的第二繞組（LA2)的末端（LA2末)和B相繞組的第一繞組（LB1)的首端 (LBlir)相連后，連接于所述第一三觸點開關(guān)(K1)的第二觸點(K1-2); 所述B相繞組的第二繞組（LB2)的末端（LB2末)和C相繞組的第一繞組（LC1)的首端 (LClir)相連后，連接于所述第一三觸點開關(guān)(K1)的第三觸點(Kl-3); 所述A相繞組的第二繞組（LA2)的首端（LA2首)和C相繞組的第一繞組（LC1)的末端 (LC1末)相連后，連接于所述第二三觸點開關(guān)(K2)的第一觸點(K2-1); 所述A相繞組的第一繞組（LA1)的末端（LA1末)和B相繞組的第二繞組（LB2)的首端 (LB2首)相連后，連接于所述第二三觸點開關(guān)(K2)的第二觸點(K2 - 2); 所述B相繞組的第一繞組（LB1)的末端（LB1末)和C相繞組的第二繞組（LC2)的首端 (LC2首)相連后，連接于所述第二三觸點開關(guān)(K2)的第三觸點(K2 - 3)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5之一所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，在每相繞組的第一繞組和第二繞組 之間，設(shè)有相間絕緣部。7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6之一所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，在每相繞組中，所述第一繞組的線 圈匝數(shù)和所述第二繞組的線圈匝數(shù)相同。8. 根據(jù)權(quán)利要求1-7之一所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，在每相繞組中，所述第一繞組的線 圈線徑等于或大于所述第二繞組的線圈線徑。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，在每相繞組中，所述第一繞組的線圈線徑 與所述第二繞組的線圈線徑之間的比值為1:1至7:3。10. 根據(jù)權(quán)利要求1-9之一所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，每相繞組的第一繞組和第二繞組， 分層設(shè)置于所述定子鐵芯的同一個定子槽中，包括呈上下結(jié)構(gòu)或左右結(jié)構(gòu)的分層設(shè)置。11. 一種電機裝置，其特征在于，包括:如權(quán)利要求1-10任一所述的三相異步電機的繞 組結(jié)構(gòu)。12. -種對如權(quán)利要求11所述電機裝置進行控制的控制方法，其特征在于，包括:通過 所述切換機構(gòu)，控制所述電機裝置啟動，以及實現(xiàn)所述電機裝置由啟動狀態(tài)至運行狀態(tài)的 切換。13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的控制方法，其特征在于，其中， 當(dāng)所述第一切換開關(guān)為第一三觸點開關(guān)(K1)時，通過所述第一三觸點開關(guān)(K1)，且當(dāng) 需要啟動所述電機時，將所述三相繞組切換至不同相間的串聯(lián)運行狀態(tài)，使所述電機裝置 處于啟動狀態(tài)； 當(dāng)所述第二切換開關(guān)為第二三觸點開關(guān)(K2)時，通過所述第二三觸點開關(guān)(K2)，且當(dāng) 所述電機已啟動、且轉(zhuǎn)速達到預(yù)設(shè)狀態(tài)后的預(yù)設(shè)時長后，將所述三相繞組切換至同相繞組 的并聯(lián)運行狀態(tài)，使所述電機裝置處于運行狀態(tài)。14. 如權(quán)利要求13所述的控制方法，其特征在于，其中， 所述預(yù)設(shè)時長為〇 .6 - Is。
【文檔編號】H02P1/26GK106026470SQ201610484759
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月23日
【發(fā)明人】童童, 胡余生, 陳彬, 盧素華
【申請人】珠海格力節(jié)能環(huán)保制冷技術(shù)研究中心有限公司