[发明专利]三相星形交流电机和三相电抗器两用绕组

说明书

技术领域

本发明涉及一种两用线圈绕组电路，使具备该绕组的星形连接三相交流电机经简单可逆开关切换后实现三相电抗器的功能。

背景技术

如图1所示，传统三相交流电机的定子绕组可采用星形连接，即三相线圈绕组的尾端短接在一起，形成中性点N，而绕组的头端U, V, W则与外接端子连接以外接三相对称电源。当外接电源提供三相对称正弦交流电压时，定子线圈产生旋转磁场，与转子磁场作用后产生的电磁转矩使电机转子旋转。转子无凸极效应时，定子各相线圈电感值L1=L2=L3=L。

三相电抗器可由三个相同的线圈绕组和配套的铁心构成。一个各相线圈电感值为L1=L2=L3=L的三相电抗器电路接法可由图2表示。

在某些应用场合，既需要使用三相交流电机，也需要使用三相电抗器，例如某些类型的插电式汽车，含纯电动汽车或插电式混合动力汽车，及某些类型的可并网分布式发电装置等。对于这些应用，即使电机和电抗器这两种需求不同时发生，用户也需要安装配备这两种设备供需要时使用。这不但形成了资源浪费而且还增加了设备重量和空间占用。

发明内容

鉴于上述原因，本发明的目的是提供一种三相星形交流电机和三相电抗器两用绕组使具备这种绕组设计的电机通过简单开关操作即可实现在正常交流电机和三相电抗器之间的功能切换，从而达到设备两用的效果。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

如图3所示，该三相星形交流电机和三相电抗器两用绕组的设计包括三相定子绕组线圈及附属开关电路和两组三相外接端子，其中定子绕组每相包含串联的匝数相等、槽位和绕法相同的两部分线圈，即U相L11与L12，V相L21与L22，和W相L31与L32，附属开关电路包括一组双刀双掷开关S1和一组三刀双掷开关S2。转子无凸极效应时，各线圈电感值L11=L12=L21=L22=L31=L32=L/2。

三相定子绕组各相所含的两部分线圈，均安装于交流电机的定子铁心槽内，并且其槽位安排和绕法设计均符合三相交流电机的设计原理和技术要求。

三相定子绕组中的任意一相，不失一般性由U相表示，其两部分线圈L11与L12直接串联连接，而其它两相的各两部分线圈，用一组双刀双掷开关S1相连。该双刀双掷开关S1当掷入开关位其一时，所涉两相绕组的第一部分线圈L21及L31各自与本相第二部分线圈L22及L32形成串联连接，而掷入开关位其二时，所涉两相绕组的第一部分线圈L21及L31与另一相的第二部分线圈L32及L22分别形成串联连接。

三相定子绕组线圈与中性点N及外接端子U’, W’, V’之间由所述三刀双掷开关S2相连。当三刀双掷开关S2掷入开关位其一时，所连三相绕组的第二部分线圈L12、L22与L32将与中性点N连接，形成星形接法，而掷入开关位其二时，所连三相绕组线圈将与外接端子U’, W’, V’连接。

在不同实施方式中，双刀双掷开关S1和三刀双掷开关S2的开关逻辑可由机械、电磁或半导体电子开关方式予以物理实现。

当双刀双掷开关S1和三刀双掷开关S2均掷入图3所示的上开关位时，整个绕组为星形连接的交流电机绕组。反之，当S1和S2均掷入图3所示的下开关位时，整个绕组为三相电抗器绕组，有UU’, VV’, WW’各相电感值均为L/2+L/2=L。在电抗器接法下，当通入三相对称交流电流时，三相绕组的两部分线圈，L11, L21, L31与L12, L22, L32会在转子上产生大小相等、方向相反的电磁转矩从而使转子上的总电磁转矩为零。

本发明的有益效果是，在符合条件的应用场合，用户可通过设置双刀双掷开关S1和三刀双掷开关S2来选择把该设备作为三相交流电机来使用或作为三相电抗器来使用，从而实现设备的两用，这不但避免了设备资源浪费并且避免了因需要安装电机和电抗器两套设备而增加设备重量与空间占用。

附图说明

图1为现有三相星形连接交流电机定子绕组电路图。

图2为现有三相电抗器绕组电路图。

图3为本发明公开的三相交流电机和电抗器两用绕组电路图，具备分别实现三相交流电机和三相电抗器的能力。

图4为本发明公开的两用绕组当采用交流电机接法时的等效电路图。

图5为本发明公开的两用绕组当采用电抗器接法时的等效电路图。

图6为一种半导体单刀双掷开关的实施电路。

以上各电路图均未显示铁心。

具体实施方式