[發明專利]三相正弦波電壓供電的異步電機的準方波磁場運行方法

有效

• 申請號: 201310672278.9
• 申請日: 2013-12-08
• 公開（公告）號: CN103701381A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 汪槱生;徐曉亮
• 申請（專利權）人: 汪槱生
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 周世駿

技術領域

本發明涉及電機運行技術，特別涉及一種由三相正弦波電壓供電的異步電機的運行方式。

背景技術

異步電機是國民經濟中用得最多的電機。它是由正弦波電壓供電，在電機內產生正弦波旋轉磁場使電機轉子旋轉而工作的。異步電機其內部磁場感生的電壓必須與外部供電電壓平衡，因此磁場感生的電壓也必須為正弦波。所以，目前異步電機的磁場皆呈正弦分布。

異步電機的繞組常采用分布繞組、短距繞組、斜槽等措施使得內部磁場盡可能不偏離正弦波，即磁場中5、7、…等高次諧波的含量盡可能小，就是使磁場的基波幅值占磁場幅值的近于100%。附圖1虛線代表接近于正弦分布的、頂部有一小段平坦波形的電機氣隙磁場感生電壓的波形，實線代表其中的基波分量，基波幅值非常接近于虛線幅值。要使電機內部磁場成正弦分布則要求電機定子三相繞組能提供正弦波激磁電流，而且要求電機磁路基本上處于線性狀態，即磁路鐵心的最大磁密處于臨界飽和狀態或非飽和區，而不宜處于臨界飽和狀態以上，更不能處于深度飽和狀態。

汪槱生等人在中國專利“異步電機的供電方法”（專利號ZL?2006?1?00498811.1）中曾說明，若用方波電壓供電，在異步機內產生方波或準方波旋轉磁場，則可以提高電機的出力。本發明將提供一種解決方案，表明通過適當的設計，即便由正弦波電壓供電，也可以在電機內產生準方波旋轉磁場使電機提高出力和效率。

發明內容

本發明要解決的問題是，克服現有技術中的不足，提供一種三相正弦波電壓供電的異步電機的準方波磁場運行方法。

為解決技術問題，本發明的解決方案是：

提供一種三相正弦波電壓供電的異步電機的準方波磁場運行方法，就是使異步電機的定子和/或轉子齒部最大磁密運行于深度飽和狀態，以產生呈準方波分布的氣隙磁場；

所述的準方波是指：假設方波平頂的幅值為1，則方波的頂部準平坦部分寬度≥120°，在此范圍內具有幅度變化在0.7～1.0范圍內的準平坦部分；同時，在180°的其他部分內，即在準平坦部分的左右兩側各≤30°內從準平坦部分的邊緣單調地下降到零。

本發明中，所述異步電機的三相繞組是下述接法中的任意一種：三相繞組接成星形接法，而且星形中點不與電網中點相連接；或者，三相繞組接成三角形，且在每相繞組中不感生三次諧波電壓或在每相繞組中外加3次諧波電流抑制電路，使3次諧波電流不會流通。

本發明中，所述三相正弦波電壓供電是由電網供電，或者是變頻器變頻調速供電。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

當磁場波形變成準方波時，有三個因數使異步電機的出力和效率得以提高。

第一個因數，磁密提高：當定子磁密從臨界飽和上升到深度飽和時磁通增加，譬如從1.5T增加到1.75T，如果波形不變（即仍為正弦波）則磁場感生的電壓按比例提高，從1.5V提高到1.75V，即提高了1.75/1.5=1.167倍。

第二個因數，波形改變：在深度飽和的準方波磁場感生的電壓波形中基波的幅值為準方波幅值的C1倍，C1大概等于1.15～1.22，即繞組每匝中基波感生電壓的幅值比上述第一個因數下感生的電壓1.167倍還要高約15～22%，故繞組每匝感生的基波電壓將進一步提高1.167×（1.15～1.22）=1.342～1.423倍。在一定供電電壓下每匝感生電壓的提高表示匝數可以減少，在同樣槽面積下導線可以加粗，匝數減少和導線加粗使電阻成平方關系減小，這樣使得電機的出力和效率得以提高。

第三個因數，諧波轉矩：由于準方波磁場中除基波外還含有3、5、7等高次諧波，這些高次諧波與基波同轉向、同轉速，當轉子轉速與磁場的同步速有轉差時，這些諧波將切割轉子，在轉子上產生諧波電流，引起諧波轉矩，使電機出力增加。

附圖說明

圖1為正弦磁場感生的電壓波形和基波分量示意圖。

圖2為方波磁場感生的電壓波形和基波分量示意圖。

圖3為本發明中準方波磁場感生的電壓波形和基波分量示意圖。

圖4為磁化曲線的非飽和區（準線性區）、臨界飽和區、飽和區和深度飽和區。

具體實施方式