丁水奇

（貴州大學(xué)電氣工程學(xué)院，貴州 貴陽550025）

0 引言

“無感繞組”能做到起動時(shí)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(dāng)于等效接入了附加電阻。正常運(yùn)行時(shí)，通過轉(zhuǎn)子或定子繞組接法的改變，“無感”消失變?yōu)椤坝懈小保D(zhuǎn)子電阻恢復(fù)正常，相當(dāng)于附加電阻切除，電機(jī)有高的運(yùn)行效率，從而使繞線型感應(yīng)電機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)子每槽有N2根導(dǎo)體,折算至定子邊的導(dǎo)體電阻設(shè)為

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

只取N21部分的導(dǎo)體作有效工作導(dǎo)體，而N22部分的導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體成對出現(xiàn)，且每對導(dǎo)體滿足以下條件才能實(shí)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(jì)。

不難證明，在只有N21部分作為工作導(dǎo)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(shí)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(shí)要求。

以上所述包含了無感繞組構(gòu)成的基本思想，起動時(shí)將槽導(dǎo)體分為兩個(gè)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(gè)部分只起純電阻作用的“無感”部分。

圖2

2 整體設(shè)計(jì)

2.1 諧波起動感應(yīng)電動機(jī)的定子繞組的設(shè)計(jì)

定子繞組是諧波起動感應(yīng)電動機(jī)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(shí)現(xiàn)的。因此，要是諧波起動電動機(jī)和運(yùn)行性能，首先的任務(wù)就在于把定子繞組設(shè)計(jì)好。

2.1.1 對定子繞組的基本要求

諧波起動的電動機(jī)的定子繞組采用“運(yùn)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(yùn)行方式”，要求運(yùn)行時(shí)嚴(yán)格等效于正規(guī)60度相帶繞組。

諧波起動電動機(jī)滿足這個(gè)要求，就能達(dá)到：不僅在效率和功率因數(shù)上達(dá)到傳統(tǒng)電動機(jī)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(jī)。

如何滿足前述基本要求？只要符合下列3點(diǎn)：

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

2）如果各相所占槽號具體連接時(shí)，有若干支路并聯(lián)在一起，則并聯(lián)個(gè)支路由基波磁場感應(yīng)的電動勢應(yīng)嚴(yán)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(yùn)行時(shí)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(diǎn)便必定等效于正規(guī)60度相帶。

2.2 諧波起動感應(yīng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組的設(shè)計(jì)

2.2.1 對轉(zhuǎn)子繞組的基本要求

諧波繞組起動電動機(jī)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(yīng)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(yīng)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(jī)運(yùn)行具有很高的效率。

（2）由定子極數(shù)為Q的諧波磁場感應(yīng)于轉(zhuǎn)子繞組各電路的電流，構(gòu)成一個(gè)對Q極數(shù)嚴(yán)格對稱的多相系統(tǒng)，由此產(chǎn)生一個(gè)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(fù)序磁動勢波

（3）由于定子基波磁場感應(yīng)于轉(zhuǎn)子繞組各電流，構(gòu)成一個(gè)對基波嚴(yán)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(fù)序磁動勢波。

（4）在單波起動和雙波起動中，只采用一個(gè)諧波作為起動諧波。

2.2.2 復(fù)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(jìn)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(gè)大段，然后在把每個(gè)大段等分m個(gè)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(gè)大段，在把每個(gè)大段等分為m個(gè)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(gè)復(fù)合線圈組。首先把小段繞組所串聯(lián)的每個(gè)線圈都各改造為復(fù)合線圈，改造方法如下：將原來只有兩個(gè)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(gè)復(fù)合線圈。在按上述方法把所串聯(lián)的線圈都改造成復(fù)合線圈之后，在把它們串聯(lián)在一起，便構(gòu)成一個(gè)復(fù)合線圈組。串聯(lián)時(shí)，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(gè)復(fù)合線圈組只有兩個(gè)首端和兩個(gè)末端，從兩個(gè)首端至其末端的纏繞方向必須相同。最后，將兩個(gè)首端接在一起，另外又將兩個(gè)末端接在一起，便構(gòu)成只有一個(gè)首端和一個(gè)末端的復(fù)合線圈組。

［1］湯蘊(yùn)璆，史乃,主編.電機(jī)學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999,4.

［2］許實(shí)章.交流電機(jī)的繞組理論[M].北京機(jī)械工業(yè)出版社，1985,12.

［3］許實(shí)章,主編.電機(jī)學(xué)[M].3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995.

［4］王雪帆，許實(shí)章.一種新型感應(yīng)電動機(jī)轉(zhuǎn)子繞組——無感繞組的研究[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào),1992（4）：1-4.

［5］許實(shí)章.諧波起動的新型電動機(jī)的研究[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，1987（1）：6-13.

［6］許實(shí)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(quán)日：1988，4，5.