转子采用交-直变流输出的绕线型变极异步电动机

本发明属于转子采用交-直变流输出的绕线型变极异步电动机绕组。

现有技术在冶金或起重等生产机械的拖动中，往往采用绕线型异步电动机转子串附加电阻调速的方法。这种调速方法简单可靠，但其缺点是能耗过大，且轻载下调速效果不明显。为解决这个问题，可以考虑将其和变极调速结合起来。

但是目前的变极调速异步电动机大多为笼型转子电机，这是因其转子本身没有确定的极数，电动机的极数只决定于定子，当定子极数改变时，转子极数可自动随之改变；普通绕线转子电机却不能做到这一点，绕线转子有确定的极数，当改变定子极数时，必须同时改变转子极数，否则电机将不能工作。

绕线转子的变极，一般是用与定子变极相仿的办法，这时的转子绕组至少需要有6根出线经滑环引出。但是普通绕线转子上一般只装有3个滑环，若要将6根出线全部引出，必须加装3个滑环，这样一来，不但需要变动转子结构，而且会无谓地增加滑环与电刷之间的摩擦损耗，同时，过多的引出线也会使变极换接装置复杂化。因此，可变极调速的绕线转子电动机也最好只用三个滑环，过多的滑环没有什么实用意义。

只用三个滑环的绕线转子变极，目前采用的办法有两个：(1)一种极数下转子绕组自短路；(2)利用反向法变极产生的共轭谐波。这两个办法，其中(1)转子绕组只能在一种极数下串入外接电阻，而另一种极数下因处于自短路状态，调节外串电阻不起作用，故实际上只能做到在一种极数下为绕线转子性能；(2)虽然可做到在两种极数下均可串入外接电阻，但其致命缺点是共轭谐波分布系数往往比基波小得多，导致电动机转子漏抗大，过载能力低，因而无法应用。

根据经验，绕线转子变极绕组要想做到在两种极数下均可串入外接电阻并有好的性能，还是应有6根或6根以上的引出线，但现在的问题是，转子上只能允许有3个滑环，所有出线只能经由这3个滑环引出。

本发明针对现有技术中的问题，提出一种采用交-直流变换的方法，将绕线型变极异步电动机转子绕组原有的6根或6根以上的引出线，变换为2或3根引出线再经滑环引出，以实现在n种极数下均可串入外接电阻来调节转速，并能有好的运行性能的绕线型变极异步电动机。

本发明所述的转子采用交-直变流输出的绕线型变极异步电动机，其交-直流变换方法的主要思想是在绕线转子变极绕组中，应用桥式整流器将原来转子的交流输出变换为直流输出，从而达到减少转子绕组引出线的目的，其基本设计原理和方法可简述如下：

对具有n种极数的绕线转子变极绕组，首先任意指定一种极数作基本极来划分转子绕组为m相，然后分别按其余极数的相位将每相再分为l段，(以上n、m、l均为正整数)，并使得每一段对所有极数均有相对高的绕组系数和其余相的对应段构成m相对称系统，即这时全部绕组共含l个m相对称系统，每个对称系统的交流输出分别经过安装在转子上的整流器变换为直流输出，对这l个直流输出端适当组合后，整个转子对外输出的引出线为2根或3根。

图1和图2所示为两种可能的组合。其中，图1所示为正向组合，只需两个滑环；图2所示为分离组合，两套系统在电路上没有联系，需3个滑环，但允许每个半相有更高的电压，这对减少整流器损耗是有利的。

本发明所述的转子采用交-直变流输出的绕线型变极异步电动机，利用常见的3相桥式整流电路对原转子回路中具有6根引出线的交流输出端进行交-直变换处理，结果经这样简单处理后的绕组和原来相比，在保证n种极数下可串电阻的性质不变的情况下，将转子对外引出线由6根减少至2或3根，从而解决了现有技术中的这个问题。采用本发明所述的方法变极时，电机结构可以和单速电动机相同，转子也不需要有开关进行换接，不过需要注意的是，由于现在交流输出变成了直流输出，这时外接电阻最好选用铁或铜合金电阻，而不要用频敏电阻。

图1：正向串联组合的交-直变流输出绕线型变极异步电动机转子绕组；

图2：分离组合的交-直变流输出绕线型变极异步电动机转子绕组。

图3：8极槽号相位图

图4：16极槽号相位图

图5：16极3相分布图

图6：8/16极48槽交-直变换转子绕组联结图

图7：8极M-n特性曲线

图8：16极M-n特性曲线

为了更清楚地说明本发明的构思及结构原理，以常用的两种极数，三相电机为例作进一步的描述。

对给定极比p₁/p₂(n＝2)的绕线转子变极绕组方案设计：首先任意指定一种极数，例如p₁，作基本极来划分转子绕组为三相(m＝3)，然后采用反向法变极技术按p₂的相位将每相再分为两个半相(l＝2)，这两个半相对p₁而言，相位相同，对p₂而言，相位则相反，三相共有6个半相，分别构成了在两种极数下都是对称的，各含三个半相的两个三相系统A1、B1、C1；A2、B2、C2，共有6根引出线，将这两个三相系统的交流输出分别经两个安装在转子上的三相桥式整流器DZ变换为直流输出，再对这两个直流端适当组合后(如图1、图2所示)，整个转子对外输出的引出线为2根或3根。

以下以n＝2、m＝3、l＝2，8/16极，48槽绕线转子绕组为例，对上述绕线转子交-直流变换3滑环输出变极绕组方案设计进行具体说明。

首先作48槽，8极槽号相位图并将其按列6等分，每等分相带宽为60°，分别标记为A1，C2，B1，A2，C1，B2，即分别为前述6个半相绕组(m＝3、l＝2)，如图3所示，其中A1，B1，C1，和A2，B2，C2，。

然后再作48槽，16极槽号相位图，如图4所示。将上述6个半相绕组的槽号，也即A1，B1，C1，和A2，B2，C2这两个部分，按16极相位重新画，如图5所示。可以看出，两个部分仍然分别构成两个对称三相交流系统。不同的是，对8极而言，每相相带宽为60°，两个部分相位正好相反；对16极而言，每相相带宽为120°，两个部分相位相同。

绕组线圈槽号具体连接如图6所示。可以看出，对交流而言，如果只允许有3根引出线，那么这两个三相系统无怎样连接组合，或者8极或者16极，总会有一种极数下存在较大的相位差使大部分电流不通过外接电阻，而经过交-直变换器后，两个3相交流系统相互分离，同样在允许3根引出线的情况下，则可保证无论是8极还是16极电流必须通过外接电阻才能构成回路。

图6所示方案为在一台YZR180L机座绕线转子电动机上进行了绕组改绕实验，其中定子采用接法为2Y/Δ。分别将转子短路和串一级外接电阻时所测得的M-n(转矩-转速)特性曲线如图7和图8所示，图中细实线表示转子短路，粗实线表示转子串入电阻，横坐标为自由分度，只具有相对意义。可以看出，在两种极数下的特性曲线都有着非常显著改变，这说明实验电机的性能完全达到预期要求。