利用双极对槽号相位图设计 单相交流电机的变极绕组

1  引言
    以往人们利用槽矢量星形图加试探法来设计单相电机变极绕组^[1]。这种设计方法有两个缺点：① 设计出一个方案一般要经过多次试探，每次试探都要画两个槽矢量星形图，大家知道，画槽矢量星形图是相当费事的；② 在槽矢量星形图上试探必须先在变前极槽矢量星形图上选定槽矢量，然后再到变后极槽矢量星形图上去观察所选槽矢量是否合适。这样一来，不能同时观察到所选槽矢量在变极前后的效果，很不方便。本文提出利用双极对槽号相位图^[2]加对称轴线法^[3]来设计单相电机变极绕组的方法，该方法既方便省事，又行之有效。
2  单相电机绕组变极的特点
    与三相电机变极比较，单相电机变极具有如下特点：
    （1）单相电机所用的绕组名为单相实为两相，因而单相电机的变极绕组在空间上互差约90°电角度。
    （2）单相电机绕组的接线较少变化，不象三相绕组那样存在Y形、Δ形等接法。因而，单相电机变极前后加于相绕组上的电压一般都相等。这就使得单相电机变极 一般只能实现近极比的变极，而不能象三相电机那样可有较远的极比，譬如4/32极。其原因在于为了同时提高变极前后铁磁材料的利用率，必须保证变极前后较 高的磁密比值。
    （3）单相电机的槽数一般较少。
    （4）单相电机变极绕组的相带一般较宽，因而绕组系数一般较低。
3  基于双极对槽号相位图的设计方法
    设单相电机的变极绕组采用反向拓扑结构，而且变前极主、辅绕组都是两个半相绕组并联，变后极主、辅绕组都是两个半相绕组串联。主绕组的第一、第二半相绕组分别记为M₁、M₂；辅绕组的第一、第二半相绕组分别记为A₁、A₂。结合上述特点提出利用双极对槽号相位图来设计单相变极绕组的方法如下：
    第一步：画出给定槽数和变极前后极对数的双极对槽号相位图，如图1所示。

第二步：把双极对槽号相位图上的纵向坐标0º到90°的范围划分给主绕组，图1上以U标记；把双极对槽号相位图上的纵向坐标90°到180°的范围划分给辅绕组，图1上以V标记。
    第三步：在主绕组的范围内某一位置，譬如水平坐标90°处划一根纵向轴线（称为轴线1），这根轴线将把主绕组的范围分为相等的两部分，这两部分在图1上分别被标注为U₁和U₂。
    第四步：在辅绕组的范围内与轴线1位移90º电角度的地方划一根纵向轴线（称为轴线2），轴线2将把辅绕组的范围分为相等的两部分，这两部分在图1上分别被标注为V₁和V₂。
    第五步：分别在U₁和V₁区域中确定主、辅绕组的第一半相绕组的组成槽号。此时要同时观察所选槽号对变前极和变后极而言的相位，尽量保证变前极和变后极都有较高的分布系数。如果分布不能满足要求，要进行局部槽号的调整。
    第六步：分别在U₂和V₂区域中确定主、辅绕组的第二半相绕组的组成槽号。
    至此，单相电机变极绕组的槽号分配已经确定。
    上述设计方法的合理性不难从如下几方面得到说明：① 由于第二步划分范围是在槽号相位图的上半部进行，所以可以保证槽号不被重复选用；② 由于第三步、第四步画对称轴线时互差了90°电角度，所以保证了两相绕组磁势在空间相位上的对称性；③ 由于第五步在分配槽号时进行了局部调整，故可保证变前极和变后极都有较高的分布系数。这里的调整比之基于槽矢量星形图的试探要简单得多。因为基于双极对槽 号相位图的设计方法可以同时观察到槽号调整对变前极和变后极的影响。
4  应用举例
    下面用上述设计方法来设计一个单相电机4/6极变极绕组（图2）。

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