全文摘要
本实用新型公开了一种三相交流电变单相交流电的交流电机，包括：设置在交流电机单转轴上的转子，并且转子上设置有阻尼绕组；套设在转子一端的第一段定子，第一段定子上设置有第一输入绕组和第一输出绕组；套设在转子中部的第二段定子，第二段定子上设置有第二输入绕组和第二输出绕组；套设在转子另一端的第三段定子，第三段定子上设置有第三输入绕组和第三输出绕组；第一输出绕组、第二输出绕组和第三输出绕组相连接；第一输入绕组的轴线超前第二输入绕组的轴线120°电角度，述第一输入绕组的轴线超前第三输入绕组的轴线240°电角度。本实用新型的交流电机，将三相交流电变为单相交流电，解决了三相不平衡的问题，可靠性高造价较低。
主设计要求
1.一种三相对称交流电变单相交流电的交流电机，其特征在于，包括：设置在交流电机单转轴上的转子，并且所述转子上设置有阻尼绕组；套设在所述转子一端的第一段定子，所述第一段定子上设置有第一输入绕组和第一输出绕组；套设在所述转子中部的第二段定子，所述第二段定子上设置有第二输入绕组和第二输出绕组；套设在所述转子另一端的第三段定子，所述第三段定子上设置有第三输入绕组和第三输出绕组；所述第一输出绕组、所述第二输出绕组和所述第三输出绕组相连接；所述第一输入绕组通过电磁耦合连接于所述第一输出绕组，所述第二输入绕组通过电磁耦合连接于所述第二输出绕组，所述第三输入绕组通过电磁耦合连接于所述第三输出绕组；所述第一输入绕组的轴线超前所述第二输入绕组的轴线120°电角度，所述第一输入绕组的轴线超前所述第三输入绕组的轴线240°电角度。
设计方案
1.一种三相对称交流电变单相交流电的交流电机，其特征在于，包括：
设置在交流电机单转轴上的转子，并且所述转子上设置有阻尼绕组；
套设在所述转子一端的第一段定子，所述第一段定子上设置有第一输入绕组和第一输出绕组；
套设在所述转子中部的第二段定子，所述第二段定子上设置有第二输入绕组和第二输出绕组；
套设在所述转子另一端的第三段定子，所述第三段定子上设置有第三输入绕组和第三输出绕组；
所述第一输出绕组、所述第二输出绕组和所述第三输出绕组相连接；
所述第一输入绕组通过电磁耦合连接于所述第一输出绕组，所述第二输入绕组通过电磁耦合连接于所述第二输出绕组，所述第三输入绕组通过电磁耦合连接于所述第三输出绕组；
所述第一输入绕组的轴线超前所述第二输入绕组的轴线120°电角度，所述第一输入绕组的轴线超前所述第三输入绕组的轴线240°电角度。
2.根据权利要求1所述的交流电机，其特征在于，所述第一输出绕组的轴线、所述第二输出绕组的轴线、所述第三输出绕组的轴线必须保持空间上一条直线。
3.根据权利要求1所述的交流电机，其特征在于，所述第一输出绕组、所述第二输出绕组和所述第三输出绕组串联。
4.根据权利要求1所述的交流电机，其特征在于，所述第一输出绕组、所述第二输出绕组和所述第三输出绕组并联。
5.根据权利要求1所述的交流电机，其特征在于，所述第一输入绕组、所述第二输入绕组和所述第三输入绕组可采用分布式绕组、短距绕组、同心式绕组、正弦绕组中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的交流电机，其特征在于，所述转子为单轴铁芯，并且所述转子为鼠笼式转子、绕线式转子、永磁式转子、直流励磁式结构的一种。
设计说明书
技术领域
本发明属于电机技术领域，具体涉及一种三相对称交流电变单相交流电的交流电机。
背景技术
在全球电力工业中，三相制交流电已占据绝对的统治地位，但因为单相负荷的存在，导致三相负荷还存在不平衡问题。我国电气化铁路采用单相工频交流制式，但三相电流不平衡、谐波、无功问题依然存在，尤其以三相电流不平衡问题最为突出。为解决此问题，在现有技术中，电气化铁路通常采用以下两种方式：1、采用交直交的变流技术路线；2、采用基于对称补偿原理的单三相组合式同相供电装置技术路线。它们虽解决了三相电流不平衡、谐波、无功的问题，但还存在系统复杂，造价高昂、可靠性相对较低的缺点。
发明内容
为了克服上述技术缺陷，本发明提供了一种三相对称交流电变单相交流电的交流电机，通过改变第一输入绕组、第一输出绕组、第二输入绕组、第二输出绕组、第三输入绕组和第三输出绕组的空间位置，将三相交流电变为单相交流电，解决了三相不平衡的问题，结构简单，可靠性高并且造价较低。
为了解决上述问题，本发明按以下技术方案予以实现的：
一种三相对称交流电变单相交流电的交流电机，包括：
设置在交流电机单转轴上的转子，并且所述转子上设置有阻尼绕组；
套设在所述转子一端的第一段定子，所述第一段定子上设置有第一输入绕组和第一输出绕组；
套设在所述转子中部的第二段定子，所述第二段定子上设置有第二输入绕组和第二输出绕组；
套设在所述转子另一端的第三段定子，所述第三段定子上设置有第三输入绕组和第三输出绕组；
所述第一输出绕组、所述第二输出绕组和所述第三输出绕组相连接；
所述第一输入绕组通过电磁耦合连接于所述第一输出绕组，所述第二输入绕组通过电磁耦合连接于所述第二输出绕组，所述第三输入绕组通过电磁耦合连接于所述第三输出绕组；
所述第一输入绕组的轴线超前所述第二输入绕组的轴线120°电角度，所述第一输入绕组的轴线超前所述第三输入绕组的轴线240°电角度。
与现有技术相比，本发明的交流电机通过改变第一输入绕组、第一输出绕组、第二输入绕组、第二输出绕组、第三输入绕组和第三输出绕组的空间位置，通过绕组的空间排列，使得超前相滞后，滞后相超前，从而实现了输出三相绕组的电压相位相同，从而得到单相交流电，结构简单，可靠性高，并且可以直接通过现有的交流电机进行改造，造价低。
作为本发明的进一步改进，所述第一输出绕组的轴线、所述第二输出绕组的轴线、所述第三输出绕组的轴线必须保持空间上一条直线。
作为本发明的进一步改进，所述第一输出绕组超前所述第一输入绕组90°电角度，所述第二输出绕组超前所述第二输入绕组210°电角度，所述第三输出绕组超前所述第三输入绕组330°。
作为本发明的进一步改进，所述第一输出绕组、所述第二输出绕组和所述第三输出绕组串联。
作为本发明的进一步改进，所述第一输出绕组、所述第二输出绕组和所述第三输出绕组并联。
作为本发明的进一步改进，所述第一输入绕组、所述第二输入绕组和所述第三输入绕组可采用分布式绕组、短距绕组、同心式绕组、正弦绕组中的一种或多种。
作为本发明的进一步改进，所述转子为单轴铁芯，并且所述转子为鼠笼式转子、绕线式转子、永磁式转子、直流励磁式结构的一种。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：
图1本发明整体结构的示意图；
图2本发明局部结构的示意图；
图3本发明局部结构的示意图；
图4本发明局部结构的示意图；
图5本发明实施例一的示意图；
图6本发明实施例一的示意图；
图7本发明实施例一的示意图；
图8本发明实施例一的示意图；
图9本发明实施例一输入电压以及输出电压的波形图；
图10本发明实施例二输入电流以及输出电流的波形图。
标记说明：
1-第一段定子；2-第二段定子；3-第三段定子；4-转子；5-第一输入绕组；6-第一输出绕组；7-第二输入绕组；8-第二输出绕组；9-第三输入绕组；10-第三输出绕组；11-阻尼绕组。
100-电机单转轴。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明公开了一种三相对称交流电变单相交流电的交流电机，如图1-图4所示，设置在交流电机单转轴100上的转子，并且转子上设置有阻尼绕组11；套设在转子4一端的第一段定子1，第一段定子1上设置有第一输入绕组5和第一输出绕组6；套设在转子4中部的第二段定子2，第二段定子2上设置有第二输入绕组7和第二输出绕组8；套设在转子4另一端的第三段定子3，第三段定子3上设置有第三输入绕组9和第三输出绕组10；第一输出绕组6、第二输出绕组8和第三输出绕组10相连接；第一输入绕组5通过电磁耦合连接于第一输出绕组6，第二输入绕组7通过电磁耦合连接于第二输出绕组8，第三输入绕组9通过电磁耦合连接于第三输出绕组10；第一输入绕组5的轴线超前第二输入绕组7的轴线120°电角度，第一输入绕组5的轴线超前第三输入绕组9的轴线240°电角度。转子4、第一段定子1、第二段定子2和第三段定子3的设置，以及转子上阻尼绕组11的设置请参考现有技术，在此不一一赘述。
通过绕组的空间排列，使得超前相滞后，滞后相超前，从而实现了输出三相绕组的电压相位相同。同时，由于转子4上设置有斜槽结构阻尼绕组11，用于消除转子中的2倍频电流及齿谐波，转子4处于同步或接近同步转速的空载旋转状态。同时，也可消除第一段定子1、第二段定子2和第三段定子3中的负序磁动势。
在第一输入绕组5、第二输入绕组输入7和第三输入绕组9对称的三相对称电压时，电机内产生旋转磁场，带动转子7旋转，此时，第一输出绕组6、第二输出绕组8和第三输出绕组10产生同相位感应电动势。
进一步的，第一输出绕组6的轴线、第二输出绕组8的轴线、第三输出绕组10的轴线必须保持空间上一条直线。
按照交流电机的时间、空间统一性原则，当交流电时间相量走过θ电角度，电机的磁场空间矢量就要走过θ空间电角度的原理，输入绕组和输出绕组的轴线夹角α可以在0°至360°之间任意设定。
进一步的，第一输出绕组6超前第一输入绕组5 90°电角度，第二输出绕组8超前述第二输入绕组9 210°电角度，第三输出绕组10超前第三输入绕组9 330°电角度。
为了能够很好的削弱高次谐波，第一输出绕组6、第二输出绕组8和第三输出绕组10串联，采用串联的方式，则无需考虑三段式电机参数不一样的问题。
进一步的，第一输出绕组6、第二输出绕组8和第三输出绕组10并联，采用并联的方式，则需要保证三段式电机参数严格一致。
进一步的，第一输入绕组5、第二输入绕组7和第三输入绕组9可采用分布式绕组、短距绕组、同心式绕组、正弦绕组中的一种或多种。
进一步的，转子4为单轴铁芯，并且转子4为鼠笼式转子、绕线式转子、永磁式转子、直流励磁式结构的一种。通过直流励磁式转子可调节功率因数。
下面结合具体实施例对本发明作进一步解释。
本实施例中选取一台Y2 132S-4交流电机结构来进行改造。贯通式转子采用28槽普通铸铝转子，外径135.2mm，内径38mm。定子采用48槽结构，铁心长度105mm，外径210mm，内径136mm，采用2号定子槽型。绕组布置情况见图5-图8，图中上标数字为线圈匝数，中标数字定子槽号，下标为线圈跨距。第一输人绕组5、第二输入绕组7、第三输入绕组9、第一输出绕组6、第二输出绕组8和第三输出绕组10均采用正弦绕组，绕组系数0.806。按逆时针方向旋转，第一输入绕组5在0°，第二输入绕组7、第三输入绕组9分别在120°，240°位置，第一输出绕组6、第二输出绕组8和第三输出绕组10均在90°位置。
如表1-表2和图9-图10所示，表1为本发明的交流变相电机输入端测试数据，表2为本发明的交流变相电机输出端测试数据，可以看出，当接入的负载为0KW时，第一输入绕组5的电压U1和第二输入绕组7的电压U2相差119.9°的电角度，第二输入7绕组的电压U2 和第三输入绕组9的电压U3相差119.5°的电角度，第三输入绕组9的电压U3和第一输入绕组5的电压U1相差120°的电角度。此时，输出电压为252V，无输出电流。
当接入的负载为1KW时，第一输入绕组5的电压U1和第二输入绕组7的电压U2相差120°的电角度，第二输入绕组7的电压U2和第三输入绕组9的电压U3相差119.5°的电角度，第三输入绕组9的电压U3和第一输入绕组5的电压U1相差120.6°的电角度。此时，输出电压为240V，输出电流为4.64A，输出电压与输出电流相差358°的电角度。
当接入的负载为2KW时，第一输入绕组5的电压U1和第二输入绕组7的电压U2相差120.1°的电角度，第二输入绕组7的电压U2和第三输入绕组9的电压U3相差119.5°的电角度，第三输入绕组9的电压U3和第一输入绕组5的电压U1相差120.5°的电角度。此时，输出电压为229V，输出电流为9.23A，输出电压与输出电流相差357°的电角度。
当接入的负载为3KW时，第一输入绕组5的电压U1和第二输入绕组7的电压U2相差119.9°的电角度，第二输入绕组7的电压U2和第三输入绕组9的电压U3相差119.6°的电角度，第三输入绕组9的电压U3和第一输入绕组5的电压U1相差120.6°的电角度。此时，输出电压为218V，输出电流为13.57A，输出电压与输出电流相差357°的电角度。
当接入的负载为4KW时，第一输入绕组5的电压U1和第二输入绕组7的电压U2相差119.9°的电角度，第二输入绕组7的电压U2和第三输入绕组9的电压U3相差119.6°的电角度，第三输入绕组9的电压U3和第一输入绕组5的电压U1相差120.5°的电角度。此时，输出电压为206V，输出电流为17.73A，输出电压与输出电流相差357°的电角度。
当接入的负载为5KW时，第一输入绕组5的电压U1和第二输入绕组7的电压U2相差120.1°的电角度，第二输入绕组7的电压U2和第三输入绕组9的电压U3相差119.5°的电角度，第三输入绕组9的电压U3和第一输入绕组5的电压U1相差120.4°的电角度。此时，输出电压为196V，输出电流为21.62A，输出电压与输出电流相差357°的电角度。
由上述数据得知，当输出单相负载发生变化时，一次输入电流一直保持平衡，本发明的交流电机能实现三相对称交流电变单相交流电的对称变换。
由于制造工艺以及绕组漏阻抗的影响，导致实际测得的电压、电流与理论值稍有偏差，但此偏差在可接受范围以内。
表1
表2
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920028539.6
申请日:2019-01-08
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:81(广州)
授权编号:CN209402383U
授权时间:20190917
主分类号:H02K 16/04
专利分类号:H02K16/04;H02K3/28
范畴分类:37A;
申请人:中铁电气化局集团有限公司第二工程分公司
第一申请人:中铁电气化局集团有限公司第二工程分公司
申请人地址:511402 广东省广州市番禺区东环街东艺路139号5栋1号、201、301、401、501
发明人:肖书印;李爱军;罗月兵;陆耀井;李国栋;邢军;侯磊;李晓坤;周静恒;王健;苑玉超
第一发明人:肖书印
当前权利人:中铁电气化局集团有限公司第二工程分公司
代理人:郭芸
代理机构:44100
代理机构编号:广州新诺专利商标事务所有限公司
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计