一种波形畸变率小、效率高的三相交流电机.pdf

本发明涉及一种连续旋转的交流电机，是一种波形畸变率小、效率高的三相交流电机。该电机由定子和转子组成，定子包括有机座、定子铁芯和定子绕组，三相定子绕组的每一相绕组占据定子铁芯线槽中的一层，在定子铁芯的横截面上，三层绕组的对应端点依次间隔120°。本发明突破了传统三相电机定子绕组的单层或双层分布模式，形成了结构新颖独特的三层三相定子绕组形式，对三相电机的电压波形畸变率具有很好的抑制作用，单相电压和线电压的波形畸变率均小于2％；电机效率明显提高，发电机效率达95％以上，电动机效率达90％以上。

1、  一种波形畸变率小、效率高的三相交流电机，由定子和转子组成，定子是在机座(4)上固定定子铁芯(1)，在定子铁芯的线槽中布设有三相定子绕组(2)，其特征在于三相定子绕组的每一相绕组占据定子铁芯(1)线槽中的一层，在定子铁芯的横截面上，三层绕组的对应端点依次间隔120°。

2、  根据权利要求1所述的三相交流电机，其特征在于定子绕组中的每相绕组为单相电机中的定子绕组形式。

3、  根据权利要求1所述的三相交流电机，其特征在于定子绕组中的每相绕组是在每极主绕组(5)的中间串接一个辅助绕组(6)。

4、  根据权利要求3所述的三相交流电机，其特征在于辅助绕组(6)绕制在每极主绕组(5)的中间两个空线槽内。

5、  根据权利要求4所述的三相交流电机，其特征在于辅助绕组(6)的匝数不超过主绕组单槽中的匝数。

一种波形畸变率小、效率高的三相交流电机
技术领域
本发明涉及一种连续旋转的交流电机，具体地说是一种波形畸变率小、效率高的三相交流电机。
背景技术
对于包括发电机和电动机在内的各类三相交流电机，其结构都是由定子和转子组成，定子是在机座上固定有定子铁芯，在定子铁芯中布设有三相定子绕组。常规的定子绕组结构有同心式、交叉式和链式等，特殊的定子绕组有分数绕组和正弦绕组等。常规的定子绕组，由于其电枢磁场不能呈正弦状态，因而导致电压波形畸变率高(达30％以上)。由于这种绕组的谐波含量大，所以加大了电机的振动和内部消耗，降低了电机的效率，电机效率一般小于80％。而特殊的定子绕组，虽然由于结构特殊而对高次谐波有一定的抑制作用，使电参数的性能有所提高，但其绕制工艺复杂，生产成本高，同时由于其平均槽满率比常规绕组的降低很多，因此其单位体积的功率低，造成电机体积大，重量高，因而少被采用。
发明内容
本发明的目的就是提供一种波形畸变率小、效率高的三相交流电机，并且可使电机的生产工艺简化，制造成本降低，电机性能保持优良。
本发明的目的是这样实现的：三相交流电机由定子和转子组成，定子是在机座上固定定子铁芯，在定子铁芯的线槽中布设有三相定子绕组，三相定子绕组的每一相绕组占据定子铁芯线槽中的一层，在定子铁芯的横截面上，三层绕组的对应端点依次间隔120°。即第一相绕组的首端与第二相绕组的首端间隔120°，第二相绕组的首端与第三相绕组的首端间隔120°，第三相绕组的首端与第一相绕组的首端间隔120°。同样地，三层绕组的各尾端也是依次间隔120°。即三层绕组在定子铁芯上的分布设置，遵循三相电机定子绕组的120°“相位法则”。
本发明突破了传统三相电机中定子绕组的单层或双层分布模式，在定子铁芯线槽中布设的三层绕组，每一层为一相绕组，相与相之间相对独立，并遵循相位法则，由此构成了结构新颖独特的三相定子绕组。由于三相定子绕组中的每一相绕组都占据了定子铁芯的整个空间，因而在与转子配合作用的一个周期内，其有效感应作用必然提高，电机功率就会相应提高。而三层定子绕组由于空间位置相互叠加，对电压基波可强化补充，对高次谐波则可抑制消弱，因而使得电压波形畸变率有明显降低。而谐波的抑制，则可降低电机的内耗，反过来又促进了电机效率的提高。
按此定子绕组模式制成的三相交流发电机或三相交流电动机，通过反复试验及示波器观察，对于三相电机的电压波形畸变率确有很好的抑制作用，对于电机效率则有明显的提高。其理论上的道理还有待于进行深入地研究，但其优异的作用效果是确定无疑的，也是本发明的关键之所在。
本发明中的三相定子绕组中的每相绕组结构，可以是现有单相电机中的定子绕组形式，更好的实现方式是采用本人在“单相稀土永磁发电机”专利(专利号ZL0224180.5)中设计的定子绕组形式，即定子绕组中的每相绕组是在每极主绕组的中间串接一个辅助绕组。采用这种定子绕组形式的单相发电机，通过在定子绕组每极的主绕组中另行设置辅助绕组，可对输出电压波形中的高次谐波具有很好的抑制作用。因而将这种单相电机的定子绕组形式转用于此，制成三相交流发电机或三相交流电动机，则同样具有很好的抑制高次谐波、减少波形畸变率和减少电压调整率的辅助作用。
每相定子绕组采用主、辅绕组串接形式所制成的三相交流发电机，在三相定子绕组为星形联接方式时，相电压和线电压波形畸变率均小于2％，且电压波形中的谐波含量近乎为零，电机效率达95％以上，并且还保持了电参数的性能优良。特别是，带负载时的效果比空载时的效果还要好。采用这种定子绕组结构制成的三相交流电动机，因谐波造成的损耗减少，电机效率达90％以上，同时还减少了因谐波作用所造成的电机振动，使电动机的使用寿命有所提高。
本发明中的电机定子绕组是逐层分别布设，没有交叉，互不干扰，因而生产工艺简化，生产效率提高，电机制造成本相应降低。另外，由于在各定子铁芯线槽中均有三层绕组的线匝，所以槽满率达到了最高，电机单位体积地功率可达最大，与同功率电机相比，其体积、重量和成本均可减少20％以上。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是定子绕组中采用主、辅绕组串接的单相绕组的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，在机座4上固定有定子铁芯1，在定子铁芯1的线槽中布设有三相定子绕组2。定子铁芯1、三相绕组2和机座4组成定子。在定子中部穿接有转子3，组成三相交流电机。在定子铁芯1的线槽中布设有三层绕组，构成三相定子绕组。每一相绕组占据定子铁芯线槽中的一层。三相绕组的首端(或尾端)依次间隔120°，并按常规接线方式联接成星形或三角形，组成三相交流发电机或三相交流电动机。电机转子可以是稀土永磁转子或鼠笼式转子等形态。
三相定子绕组2中的每一相绕组的结构形式相同。图2中的每相绕组形式是在每一极的主绕组5中间串接一个辅助绕组6。每相绕组可以有两极、四极等各种常规结构，每相绕组中的辅助绕组6绕制在每极主绕组5的中间两个空线槽内。各主、辅绕组的接线端按“主-辅-辅-主”的方式依次串接，从而组成某一相的定子绕组。辅助绕组6的匝数应不超过主绕组单槽中的匝数。由此对三相交流电机的谐波抑制、波形畸变率降低以及电压调整率的减少，均有较好的辅助作用。