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“無感”，轉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，通過轉子或定子繞組接法的改變，“無感”消失變為“有感”，轉子電阻恢復正常，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

常規繞組型電機轉子每槽有N2根導體,折算至定子邊的導體電阻設為

現在要增大導體折算電阻,同時使折算至定子邊的轉子漏抗也不隨之增大,一個容易想到的辦法是減小轉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——轉子折算電阻的增大系數，

圖1

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

（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生有效槽磁勢，而N22部分作為純電阻與之相串聯情況下，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成的基本思想，起動時將槽導體分為兩個相串聯的部分，其中一部分為產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生的諧波磁場來實現的。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上達到傳統電動機的水平，并能在過載能力（最大轉矩）上顯著超過傳統電動機。

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相位排列時，分別位于胡差120度的三個寬為60度的區域內。

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

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60度相帶。

2.2 諧波起動感應電動機的轉子繞組的設計

2.2.1 對轉子繞組的基本要求

諧波繞組起動電動機的轉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子電流所經電路具有很底電阻，因而其銅耗很小，保證電動機運行具有很高的效率。

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

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

（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 復合線圈繞組的構成

轉子繞組聯結中都按下述原則進行：在并聯接法的轉子繞組中，先按所需的起動諧波極數Q，把轉子等分為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、構成轉子繞組。在串聯接法的轉子繞組中，則先按基波極數P，把轉子等分為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、構成轉子繞組。

現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，一路少匝數，其總數仍等于原來的線圈匝數，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的線圈都改造成復合線圈之后，在把它們串聯在一起，便構成一個復合線圈組。串聯時，多匝支路與多匝支路串聯，少匝支路與少匝支路串聯，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，便構成只有一個首端和一個末端的復合線圈組。

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