专利名称：交流电机设计分成多套槽位依次相邻的三相绕组及其变频的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及的是一种变频系统，是一种特殊的变频系统，属电力电子技术领域。
背景技术：
本人先后申请了“中(高)压交流电机三相绕组设计分成多套较低电压等级三相绕组的方法及其变频装置”、“一种多个电力半导体交替串联多个绕组的高压桥臂”，“具有多套相绕组且空间位置依次相隔一定槽位的三相交流电机”、“具有多套三相逆变输出的变频器”的实用新型专利，现把这四个专利的主要思想融合起来，申请一种新的关于交流电机变频系统的实用新型专利。
先前的“具有多套相绕组且空间位置依次相隔一定槽位的三相交流电机”、“具有多套三相逆变输出的变频器”专利，使三相交流电机能形成更加均匀、能类似直流电动机那样产生旋转磁场(假设直流电动机电枢不动，电刷、主磁极旋转)。
实用新型的内容本实用新型的目的就是使串联的三相逆变器产生几组输出电压相位不同的三相逆变电压，用这些相位不同的三相逆变电压驱动电机空间槽位依次相邻的多套三相绕组。
为实现上述目的，本实用新型采用下述方案本实用新型所述的变频装置包括主电路、控制电路，主电路包括直流电源、过电流保护电路、电容滤波器、均压电阻、串联三相逆变器和三相交流电机，其他与一般的变频装置主要原理是一样的，也基于“中(高)压交流电机三相绕组设计分成多套较低电压等级三相绕组的方法及其变频装置”、“一种多个电力半导体交替串联多个绕组的高压桥臂”专利的主要原理三相交流电机具有多套三相绕组，多套三相绕组接入相同数量的按正负极相间依次串联的三相逆变器的每个交流端，每个三相逆变器直流端并联一个滤波电容和一个均压电阻，串联三相逆变器两端接入一个直流电源，主要特征在于所述三相交流电机具有两套或两套以上相同电压的标准三相绕组，每套三相绕组的线圈导线截面积、线圈匝数、线圈绕向、线圈节距、并联支路数、线圈组数、线圈数、极数、绕组形式、绕组联接方法等都一一对应相同，除了空间槽位是不同的，在全部三相绕组中同相的所有极相组都依次相邻，也即每套三相绕组是标准三相绕组且在空间槽位上是依次相邻的；所述串联三相逆变器其每套三相逆变器输出三相电压的幅值、频率都相同，相位互差120°，全部三相逆变器中同相逆变电压的相位依次相差同一个角度60°/N，也即全部三相逆变器之间输出电压相位依次相差同一个角度60°/N，N为交流电机相同电压三相绕组的数目，N为2或2以上的整数。具体就是，假设第一套逆变器输出三相电压为UA1＝Umsinωt UB1＝Umsin(ωt-120°)UC1＝Umsin(ωt-240°)，第二套逆变器输出三相电压为UA2＝Umsin(ωt-60°/N)UB2＝Umsin(ωt-120°-60°/N)UC2＝Umsin(ωt-240°-60°/N)，第三套逆变器输出三相电压为UA3＝Umsin(ωt-2*60°/N)UB3＝Umsin(ωt-120°-2*60°/N)UC3＝Umsin(ωt-240°-2*60°/N)，第N套逆变器输出三相电压为UAN＝Umsin(ωt-60°+60°/N)UBN＝Umsin(ωt-120°-60°+60°/N)UCN＝Umsin(ωt-240°-60°+60°/N)。这样的三相交流电机、串联三相逆变器配套使用，就构成了一种新的变频装置。每套三相逆变器的控制可选用“180°导通的电压源型三相逆变器”或“120°导通的电流源型三相逆变器”触发规律，或选用“三相正弦脉宽调制”时，全部串联三相逆变器用同一个三角形波作载波，通过软件控制使每个三相逆变器“零矢量”出现、结束时间相同，通过控制触发时序或正弦波参考信号相位使全部三相逆变器之间输出电压相位依次相差同一个角度60°/N，并且使每个三相逆变器同时导通或截止。这些控制办法可行的原因在于对“180°导通的电压源型三相逆变器”的控制办法，任何时候，一套三相绕组的三个绕组都同时通电；对“120°导通的电流源型三相逆变器”的控制办法，任何时候，一套三相绕组都有二个绕组同时通电；对“三相正弦脉宽调制”的控制办法，全部串联三相逆变器用同一个三角形波作载波，即每个三相逆变器出现“零矢量”的时刻是重叠的，且时间是很短的，通过软件可使每个逆变器“零矢量”出现、结束时间相同，其他大部分时间，每套三相绕组的三个绕组都同时通电，所以串联三相逆变器在每个逆变器输出电压相位不同的情况下可以保证每个逆变器同时导通或截止。交流电机正常向一个方向运转的条件在空间槽位依次相邻的多套三相绕组通入相位依次相差60°/N的相同数量的三相电压，并产生依次向同一个方向移动的磁场，如需反转，除改变任意两相相序外，还需改变多套三相电压之间的相位，如相位依次滞后60°/N的，改为依次超前60°/N，如相位依次超前60°/N的，改为依次滞后60°/N。
这种形式的三相变频装置可使电力半导体所需的工作开关频率大大降低，因此，可选用低频率高耐压的电力半导体器件，也可以把多个耐压低的电力半导体器件串联起来使用，其动态均压采用现有普通技术。这种形式的三相变频装置可使交流电机旋转磁场更加均匀，因而逆变器滤波电容的电容量可减少，纹波较大的脉动直流电压可以直接给三相逆变器供电。
交流电机每套一定电压等级三相绕组的电压为电机额定电压的1/N，其绕组的绝缘按电机额定电压设计。这些三相绕组可以按同相并联的方式并联起来构成普通三相交流电动机，也可以按同相串联的方式串联起来构成普通三相中(高)压交流电动机。
所述的三相交流电机、串联逆变器构成的变频装置，可以减弱变频器的输出谐波，降低对电力半导体器件的开关速度的要求，改善电机低转速的性能，可以使三相同步电动机的运行特性与他励式直流电动机的工作特性更接近。
与现有佳灵IGBT直接串联技术相比，采用本实用新型的技术，开关频率降低，单个IGBT不用承受系统的总直流电压，系统有更高的可靠性和更高的效率。
与利得华福功率单元串联技术相比，采用本实用新型的技术，可以省掉了昂贵复杂的移相变压器，系统有更高的效率和更便宜的价格。
本实用新型所述的交流电机包括各种电压等级的异步、同步交流电动机、无换向电动机、开关磁阻电动机、移相多绕组变压器。
本实用新型所述的变频装置包括电流源型和电压源型变频装置。
以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。
图一现有的三相交流电机a相接线示意图图二实施本实用新型技术方案后的三相交流电机a相接线示意图图三现有变频器输出三相电压波形图。
图四实施本实用新型技术方案后变频器输出三相电压波形图图五实施本实用新型技术方案后交流电机变频装置系统图具体实施方式
见图一，三相交流电机绕组形式为双层叠绕，极数为2，槽数为24，节距为1-10，支路数为1，极相组数为2个，每个由4个线圈串联构成，每个线圈匝数为Z。
见图二，现把这台电机分成2套三相绕组，则新的单个极相组由2个线圈串联构成，在原来两个极相组中相同槽位的P1L1、P2L1线圈组分为一组，构成绕组U11-U12，P1L2、P2L2分为另一组，构成绕组U21-U22，绕组U11-U12与绕组U21-U22在空间槽位是相邻的，每个线圈匝数还为Z，每个新的三相绕组的工作电压为原来的一半。
图三，为现有变频器输出三相电压波形图。
图四，为实施本实用新型技术方案后变频器输出三相电压波形图，以两组三相逆变器分析，第一组三相逆变器输出三相电压为UA1＝Umsinωt UB1＝Umsin(ωt-120°)UC1＝Umsin(ωt-240°)，则第二组逆变器与第一组逆变器相比同相电压滞后60°/N＝60°/2＝30°，第二组三相逆变器输出三相电压为UA2＝Umsin(ωt-30°)UB2＝Umsin(ωt-150°)UC2＝Umsin(ωt-270°)。
如图五示，包括一个直流电源，N个滤波电容D1、D2、---、DN，N个按正、负极相间依次串联连接的逆变器NB1、NB2、---、NBN，全部三相逆变器之间输出电压相位依次相差同一个角度60°/N，N个均压电阻R，一个具有N套相同电压三相绕组R1、R2、---、RN的大容量交流电机，每套三相绕组是标准三相绕组且在空间槽位上是依次相邻的，其中，滤波电容、逆变器、多套较低电压等级绕组、均压电阻的数量都相同，一个滤波电容和一个均压电阻并一个三相逆变器，一个三相逆变器连接一套一定电压等级三相绕组。
权利要求1.交流电机设计分成多套槽位依次相邻的三相绕组及其变频，包括主电路、控制电路，主电路包括直流电源、过电流保护电路、电容滤波器、均压电阻、串联三相逆变器和三相交流电机，其他与一般的变频装置主要原理是一样的，主要特征在于所述三相交流电机具有两套或两套以上相同电压的标准三相绕组，每套三相绕组的线圈导线截面积、线圈匝数、线圈绕向、线圈节距、并联支路数、线圈组数、线圈数、极数、绕组形式、绕组联接方法等都一一对应相同，除了空间槽位是不同的，在全部三相绕组中同相的所有极相组都依次相邻，也即每套三相绕组是标准三相绕组且在空间槽位上是依次相邻的；所述串联三相逆变器其每套三相逆变器输出三相电压的幅值、频率都相同，相位互差120°，全部三相逆变器中同相逆变电压的相位依次相差同一个角度60°/N，也即全部三相逆变器之间输出电压相位依次相差同一个角度60°/N，N为交流电机相同电压三相绕组的数目，N为2或2以上的整数；所述三相交流电机、串联三相逆变器配套使用，就构成了一种新的变频装置。
2.根据权利要求1所述的交流电机设计分成多套槽位依次相邻的三相绕组及其变频，其特征在于所述三相交流电机每套三相绕组电压为电机额定电压的1/N，其绕组的绝缘按电机额定电压设计。
专利摘要交流电机设计分成多套槽位依次相邻的三相绕组及其变频，属于电力电子技术领域。全部三相逆变器之间输出电压相位依次相差同一个角度60°/N，用这些相位不同的三相逆变电压驱动电机空间槽位依次相邻的多套三相绕组。这样的变频装置，可以减弱变频器的输出谐波，降低对电力半导体器件的开关速度的要求，改善电机低转速的性能，可以使三相同步电动机的运行特性与他励式直流电动机的工作特性更接近。
文档编号H02P27/04GK2812384SQ20052005491
公开日2006年8月30日 申请日期2005年2月8日 优先权日2005年2月8日
发明者丁振荣 申请人:丁振荣