[发明专利]交流三相单绕组电机的变极方法

说明书

现有的单绕组变极绕组，采用反向法变极或换相法变极时，是以“线圈”为基础设计的，绕组系数等于线圈的分布系数（通常以线圈上层边形成的相带来求出）乘上线圈的短距系数（通常从线圈的跨距来求出）。由于从变前极到变后极，绕组经过反向法或换相法之后，分布系数下降较多，另一方面，同一个节距的线圈难于接近二种极距，特别是当二种极距相差较大时，出现较低的短距系数，二者相乘，使总的绕组系数较低。这使得现有的变极电机的铜线使用不经济、定子铜耗较大（定子铜耗与绕组系数的平方成正比）、电机效率下降、电机出力减少。本发明的目的是使变极绕组在变前极与变后极中都具有较高的绕组系数。

本发明打破“线圈”节距的约束，先根据极幅调制或对称分量法产生变极的需要，决定各相各组“线圈边”在电势相位图上的位置和变化状态，然后再互联成为“线圈”（节距可能会长短不同，也可能相同）。这样设计的绕组，绕组系数就等于“线圈边”的分布系数。

具体作如下考虑：

首先，本发明把以定子槽（或定子槽内圈边）为基本单元的各相相带，设计成正相带槽数（或圈边数）等于负相带槽数（或圈边数），且使所有线圈的一条边落在所属相的正相带槽（或圈边）中，另一条边落在所属相的负相带槽（或圈边）中。也就是同属相的一个正相带槽号（或圈边号）与一个负相带槽号（或圈边号）联结成一个线圈。

其次，为了保证无论是在变前极中还是在变后极中，所有线圈的二条边都能分别落在（计算分布系数时所确定了的）所属相的正相带槽号（或圈边号）和负相带槽号（或圈边号）之中。则要求所说正、负相带槽号（或圈边号）具有相同的变化规律（比如同样反向：正→负，负→正;同样换相：A→B，-A→-B），也就是把同属相的具有相同变化规律的正、负相带槽号（或圈边号）成对地联结成线圈。

如果各相相带没有重叠的部分，那么以此方法构成全部由正、负槽号结合而成的完整的单层变极绕组（见图3）。如果不同相属的相带在一部分槽内互相重叠，则可以把一个槽号定为二个圈边号，用圈边号结合代替槽号结合，这时就形成了双层变极绕组（见图11、12）。这种变极绕组，在变前极和变后极中，绕组系数仅仅等于所有“线圈边”形成的相带所确定的分布系数，而不能用以“线圈”为基本单元形成的相带的分布系数（绕组分布系数）与线圈短距系数（等于1除外）的乘积来表示。

下面介绍以“线圈边”为基本单元设计变极绕组（以下简称“线圈边”变极）的具体设计方法：

一、“线圈边”反向法变极

根据前面的考虑，变前极必须采用有负相带的，且负相带与正相带槽数相等的绕组形式。60°相带是最普遍的一种，采用分数槽绕组时当g＝N/d的分母为奇数时，因为每相在“单元电机”中所占的槽数为偶数，可以分为正、负槽数相等的相带;但当分母为偶数时，因每相在“单元电机”中的槽数为奇数，正、负相带的槽数不相等，这时如果“单元电机”是偶数极，则可以用双层绕组使正、负相带的元件圈边数相等，此时把一个槽号定为二条圈边，用圈边排列代替槽号排列（如后面所举的例：16/4极，72槽，就是采用这种方法设计变前极16极的相带的，见图11）。

根据前面的考虑，变前极每一个元件的二条边所在的正、负相带槽号应该同时反向或者同时不反向。因为一个元件由二条边所组成，所以反向部分的正、负相带槽数应该相等，不反向部分的正、负相带槽数也应该相等，这是选择三相槽号时应该考虑的一个原则，具体步骤可以是这样：

（1）选定槽数，变前极极数，变后极极数，并画出变前极与变后极的槽号相位图。

（2）找出所有在变前极相位图上同相位，而在变后极相位图上反相位的槽号对。

（3）在变前极相位图上，把上述槽号对进行三相对称排列，要求：

（a）三相槽号对称（包括三相相位图形状一致，相位图互移120°;每相所占的槽数是总槽数的三分之一;三相槽号不重复。）

（b）每相正槽号对数与负槽号对数相等。

（4）用变前极选中的槽号对（这些槽号对在变后极相位图上则必定表现出一个正槽号与一个负槽号组成一个槽号对）在变后极相位图上进行三相对称排列，排列仅要求三相对称性，因为这时一个槽号对中包括正、负二个槽号，所以每相的正槽号数与负槽号数肯定是相等的。

（5）排列完毕后，比较变前极与变后极槽号相位图，找出改变了符号（正变负或负变正）的槽号（或圈边）。这些槽号（或圈边）必定是正、负成对出现的。