諧波起動電動機設計

丁水奇

（貴州大學電氣工程學院，貴州 貴陽550025）

0 引言

“無感繞組”能做到起動時部分繞組呈現(xiàn)“無感”，轉(zhuǎn)子電阻增大而漏抗不隨之增大，相當于等效接入了附加電阻。正常運行時，通過轉(zhuǎn)子或定子繞組接法的改變，“無感”消失變?yōu)椤坝懈小?，轉(zhuǎn)子電阻恢復正常，相當于附加電阻切除，電機有高的運行效率，從而使繞線型感應電機能夠不用附加起動電阻。

1 無感繞組原理

常規(guī)繞組型電機轉(zhuǎn)子每槽有N2根導體,折算至定子邊的導體電阻設為

現(xiàn)在要增大導體折算電阻,同時使折算至定子邊的轉(zhuǎn)子漏抗也不隨之增大,一個容易想到的辦法是減小轉(zhuǎn)子槽中導體總的有效截面。為此，把每槽N2根導體分為兩個部分，各含N21根導體和N22根導體，如圖所示，即有

只取N21部分的導體作有效工作導體，而N22部分的導體閑置不用，則折算電阻可增大為

式中Kρ——轉(zhuǎn)子折算電阻的增大系數(shù)，

圖1

N22部分的導體現(xiàn)只作為純電阻使用，因此對其基本要求是通過電流后不產(chǎn)生任何磁場，即做到“無感”。根據(jù)電磁場理論，這只有使置于槽中的導體成對出現(xiàn)，且每對導體滿足以下條件才能實現(xiàn)。

（1）通過電流大小相等相位相反；（2）它們之間的距離可忽略不計。

不難證明，在只有N21部分作為工作導體產(chǎn)生有效槽磁勢，而N22部分作為純電阻與之相串聯(lián)情況下，折算電阻

與式（3）比較可知，這時是按增大，因而可以在較大的情況下得到較大的折算電阻，滿足起動時要求。

以上所述包含了無感繞組構(gòu)成的基本思想，起動時將槽導體分為兩個相串聯(lián)的部分，其中一部分為產(chǎn)生有效槽磁勢的工作部分，另一個部分只起純電阻作用的“無感”部分。

圖2

2 整體設計

2.1 諧波起動感應電動機的定子繞組的設計

定子繞組是諧波起動感應電動機的主體，諧波起動就是依靠定子繞組產(chǎn)生的諧波磁場來實現(xiàn)的。因此，要是諧波起動電動機和運行性能，首先的任務就在于把定子繞組設計好。

2.1.1 對定子繞組的基本要求

諧波起動的電動機的定子繞組采用“運行方式”和“起動方式”兩種連接方式。對著兩種連接方式的基本要求如下：

（1）對“運行方式”，要求運行時嚴格等效于正規(guī)60度相帶繞組。

諧波起動電動機滿足這個要求，就能達到：不僅在效率和功率因數(shù)上達到傳統(tǒng)電動機的水平，并能在過載能力（最大轉(zhuǎn)矩）上顯著超過傳統(tǒng)電動機。

如何滿足前述基本要求？只要符合下列3點：

1）運行時三相所占槽號按基波極數(shù)相位排列時，分別位于胡差120度的三個寬為60度的區(qū)域內(nèi)。

2）如果各相所占槽號具體連接時，有若干支路并聯(lián)在一起，則并聯(lián)個支路由基波磁場感應的電動勢應嚴格地同相位、同大小，因此不產(chǎn)生環(huán)流。

3）無論各相所占槽號具體如何連接，要求運行時三相電流必須對稱，每相所占各槽號代表的線圈匝數(shù)與通過該線圈的電流的相乘積都相等。

只要符合上述3點便必定等效于正規(guī)60度相帶。

2.2 諧波起動感應電動機的轉(zhuǎn)子繞組的設計

2.2.1 對轉(zhuǎn)子繞組的基本要求

諧波繞組起動電動機的轉(zhuǎn)子繞組必須滿足下列基本要求：

（1）由定子基波磁場和諧波磁場分別感應于轉(zhuǎn)子繞組中的電流能自動分流，各走各的電路。由定子基波磁場感應轉(zhuǎn)子電流所經(jīng)電路具有很底電阻，因而其銅耗很小，保證電動機運行具有很高的效率。

（2）由定子極數(shù)為Q的諧波磁場感應于轉(zhuǎn)子繞組各電路的電流，構(gòu)成一個對Q極數(shù)嚴格對稱的多相系統(tǒng)，由此產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)方向與基波磁場的相同的極數(shù)為Q的圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢，而不產(chǎn)生反轉(zhuǎn)的負序磁動勢波

（3）由于定子基波磁場感應于轉(zhuǎn)子繞組各電流，構(gòu)成一個對基波嚴格對稱的多相系統(tǒng)，產(chǎn)生與基波同轉(zhuǎn)相的基波極數(shù)的磁動勢，不產(chǎn)生負序磁動勢波。

（4）在單波起動和雙波起動中，只采用一個諧波作為起動諧波。

2.2.2 復合線圈繞組的構(gòu)成

轉(zhuǎn)子繞組聯(lián)結(jié)中都按下述原則進行：在并聯(lián)接法的轉(zhuǎn)子繞組中，先按所需的起動諧波極數(shù)Q，把轉(zhuǎn)子等分為Q個大段，然后在把每個大段等分m個小段，最后在以小段繞組為基本單元來組織、構(gòu)成轉(zhuǎn)子繞組。在串聯(lián)接法的轉(zhuǎn)子繞組中，則先按基波極數(shù)P，把轉(zhuǎn)子等分為P個大段，在把每個大段等分為m個小段，而以小段繞組為基本單元來組織、構(gòu)成轉(zhuǎn)子繞組。

現(xiàn)將上述每小段繞組改造為一個復合線圈組。首先把小段繞組所串聯(lián)的每個線圈都各改造為復合線圈，改造方法如下：將原來只有兩個出線端的由單路繞成的線圈該為兩路并繞，一路多匝數(shù)，一路少匝數(shù)，其總數(shù)仍等于原來的線圈匝數(shù)，這樣便把原來的線圈改造成為一個復合線圈。在按上述方法把所串聯(lián)的線圈都改造成復合線圈之后，在把它們串聯(lián)在一起，便構(gòu)成一個復合線圈組。串聯(lián)時，多匝支路與多匝支路串聯(lián)，少匝支路與少匝支路串聯(lián)，整個復合線圈組只有兩個首端和兩個末端，從兩個首端至其末端的纏繞方向必須相同。最后，將兩個首端接在一起，另外又將兩個末端接在一起，便構(gòu)成只有一個首端和一個末端的復合線圈組。

［1］湯蘊璆，史乃,主編.電機學[M].北京：機械工業(yè)出版社，1999,4.

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［5］許實章.諧波起動的新型電動機的研究[J].電工技術學報，1987（1）：6-13.

［6］許實章.美國發(fā)明專利：Method of Starting Motors by Harmonics and Electrical Motors Started by this Method[P].專利號：4736147.授權日：1988，4，5.