交流电动机的三波起动方法及其绕组的联结方法

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本发明属于交流电动机的起动方法，及其电动机定子绕组的联结方法。\n本发明的发明人于1985年首次申请的发明专利“谐波起动方法及按该方法起动的电 动机”于1988年先后获得中国和美国的发明专利(中国专利号85102382.7，美国专利号 4736147)。与此同时，该新型电动机开始进入工业应用，至今11年。\n11年来，从技术的改进来看可分为两个阶段，从产品的更新换代说即为两代。第一代 谐波起动电动机是单谐波起动，即起动时只有一个谐波而没有基波，因此从谐波起动过渡 到基波运行必须切断电源而带来很多严重缺点，如断电时电机转速急剧下降，再合上电源 就发生很大的冲击电流等。为克服这些缺点，本发明的发明人于1989年9月申请了发明 专利“双谐波起动和调速的交流电动机定子绕组”，提出利用基波和一个谐波进行双波联 合起动，从而实现了从谐波起动转为正常运行的不断电转换。使谐波起动电动机进入第二 代。上述的双谐波起动专利于1997年1月获得专利发明权(专利号为ZL89106903.8)。\n第二代谐波起动电动机于1992年开始在工业上应用，7年来的实践说明，这种双谐波 起动电动机仍存在下列缺点必须改进：1)对8极电动机，起动转矩很难提高，虽经多次 修改绕组方案，仍很难突破，起动转矩总是低于1.4倍；2)对4极、6极电动机，则由于 采用多极数谐波(高次谐波)起动，起动后转速不可能达到电动机的额定转速，势必在起 动半途便须从谐波起动转换到基波起动，以致起动电流突然上升到额定电流的5-7倍。此 时，若电动机的供电变压器的容量不大，或供电线路上开关的跳闸电流整定得不够大，则 往往发生跳闸事故。\n为解决上述两个问题，本发明提出一个“三波起动”新方法：电动机出线6根，分接 两个三相开关，即起动开关和运行开关，当把起动开关投入电网时，定子绕组布置按起动 工况联结，由此产生三个极数不同的磁动势谐波联合进行起动；这三个磁动势谐波的旋转 方向必须相同，其中一个的极数是电动机的工作极数称为基波，第二个是极数比基波的少 一对极的低次谐波，起动转矩主要靠它产生，称为主谐波，第三个是极数比基波的多一对 极或二对极的高次谐波，称为副谐波；起动时三波密切配合，开始时主要依靠主、副谐波 的作用，随着转速的上升基波也越来越大地发挥作用，因此起动后能使转速一直上升而达 到电动机额定转速附近，此时将运行开关投入电网，把主、副谐波消除，并加强基波，在 基波单独作用下平稳地过渡到正常运行，没有任何电流的冲击就完成了起动的全过程。由 此可见本发明提出的“三波起动”是一个比较完善的理想的起动方法。\n实现上述三波起动的关键是定子绕组的联结方法，其基本要求是：当合上起动开关 时，定子绕组按起动工况联结，产生三波起动所需的三个不同极数的磁动势谐波；而当起 动完毕时再合上运行开关，使定子绕组改为按运行工况联结，而消除前述的主、副谐波， 使电动机过渡到只有基波的正常运行。\n本发明提出四种定子绕组联结方法来满足上述要求，即大小双星/大星联结 法、三星/三角形联结法、2大1小三星/三角形联结法和复合四星/(星-三角) 联结法。\n一、大小双星/大星联结法\n把定子绕组技正规60°相带绕组分配给三相的槽号联结成结构不同的两个星 形联结，两星形串联的线圈数和线圈匝数不相等，称为大小双星，每相串联线圈 数多的一个星形联结称为大星，用Yd表示，而每相串联线圈数少的一个称为小 星，用Ys表示。若大小双星每相串联的线圈数分别为cd和cs，线圈匝数分别为 td和ts，线匝的截面积分别为Sd和Ss，则应满足：cd td＝cs ts和td Sd＝ts Ss， 以使Yd和Ys每相匝数相等，并且两种线圈的外观尺寸相同。在具体分配槽号给 双星时，必须使Yd和Ys对应两相由基波磁场感应的电动势同相位。这时Yd和Ys 的电动势必定满足同相位、同大小的并联条件，因此电动机运行时，可把大小双 星并联地接于电网，它们联合产生基波磁动势。起动时则丢弃小星Ys，只把大 星Yd投入电网，而由Yd产生三波起动所需的三种极数的磁动势波，分配槽号给 Yd时必须保证能达到此目的。\n大小双星/大星联结法适用于任何极对数的三相电动机，无论是整数槽绕组， 还是分数槽绕组都能采用。由于对应于两个星形，每相只有两条并联支路。既适 用于低压电机，更适用于高压电机。\n大小双星联结的通用接线图如图1所示，Ad、Bd、Cd三段是大星Yd三相 所占槽号，其首端用UQ、VQ、WQ作标记。As、Bs、Cs三段是小星Ys三相所占 槽号，其首端用U、V、W作标记。六段的末端连接在一起而构成中性点。每 段旁边的空心箭头表示接线方向，即沿箭头方向接线时，正槽号为顺接，负槽号 为反接。起动时操作过程为：在U、V、W三点从电网断开的条件下，把UQ、 VQ、WQ三点投入电网，电动机便开始起动和升速，当转速升到额定转速附近时， 再把U、V、W三点分别投入UQ、VQ、WQ三点所接入的电网，便完成起动过 程。\n对双层绕组，每个槽号代表一个线圈。从上述可见采用大小双星实现三波起 动时，中心任务就是如何把定子全部槽号分配给大小双星的六段绕组，下面举出 五个实施例。\n实施例1  定子槽数Z1＝72的8极电动机。该电机定子每相的最大并联支 路数a＝8，即按正规60°相带绕组排列时，每相有8个同相位、同大小的相带， 称为“等相带”，每个等相带串联3个槽号。现将每相的6个等相带共3×6＝18 个槽号串联为一段作为大星Yd的三相绕组Ad、Bd、Cd，把每相剩下的2个 等相带共3×2＝6个槽号串联为一段而构成小星Ys的三相绕组As、Bs、Cs。 为满足cd td＝cs ts和td Sd＝ts Ss条件，取大星每线圈匝数为小星每线圈匝 数的1/3，而其匝截面积为小星匝截面积的3倍。这样就确定了大小双星联结的 结构型式。\n最后，把72个槽号具体地分配给上述结构的6段绕组，以保证当大星Yd单 独接入电网时产生三波起动法所需的6极、8极和10极三种磁动势波。不同的 分配方案，将使三种磁动势波的含量大小不同，因此获得不同的起动特性。下面 举出一个较好的方案作为示例，其6段绕组所占槽号如下：\nAd：19，20，21，37，38，39，55，56，57，-10，-11，-12，-28，-29，-30，-46，-47， -48。\nBd：7，8，25，26，27，43，44，45，63，-16，-17，-18，-34，-35，-36，-52，-53，-54。\nCd：13，14，15，31，32，33，49，50，51，-4，-22，-23，-24，-40，-41，-42，-59，-60。\nAs：1，2，3，-64，-65，-66。\nBs：9，61，62，-70，-71，-72。\nCs：67，68，69，-5，-6，-58。\n取定子线圈节距y1＝8，对该方案进行谐波分析表明：当Ad、Bd、Cd构成 的Yd单独接入电网时，产生的最强三个磁动势波幅值的相对大小是：6极主谐 波36.77％，8极基波100％，10极副谐波21.17％，都是正转波，满足三波起动的要 求。把该方案应用于一台130kW 8极电动机，通过电磁计算可求得采用三波起 动时获得的起动电流Ist＝2.91倍、起动转距Tst＝1.8倍的很好的起动性能。\n实施例2  在上述的Z1＝72槽8极电动机例子中，还可采用下述的大小双 星的结构型式。即改为大星Yd每相由5个等相带共3×5＝15个槽号串联而成， 小星Ys每相由3个等相带共3×3＝9个槽号串联而成。相应地大小星每线圈匝 数之比改为3∶5，而匝截面积之比为5∶3。\n按上述结构型式设计的一个新方案的6段绕组所占槽号如下：\nAd：3，19，20，21，37，38，39，-10，-11，-12，-28，-29，-30，-46，-47。\nBd：7，8，25，26，27，43，45，-16，-17，-18，-34，-35，-36，-54，-71。\nCd：13，14，15，31，32，33，50，51，67，-4，-22，-23，-24，-41，-42。\nAs：1，2，55，56，57，-48，-64，-65，-66。\nBs：9，44，61，62，63，-52，-53，-70，-72。\nCs：49，68，69，-5，-6，-40，-58，-59，-60。\n取y1＝10，可求得：当大星Yd单独接入电网时，产生的最强三个磁动势波 的幅值为：6极主谐波55.69％，8极基波100％，10极副谐波23.92％，皆为正转波， 满足三波起动的要求。该方案应用于一台380kW 8极6kV高压电动机时，获 得的起动特性为：Ist＝3.26倍，Tst＝1.91倍。\n实施例3  Z1＝84的8极电动机。该电动机为每极每相槽数84/(3×8)＝7/2 的分数槽绕组，其每相的最大并联支路数为a＝8/2＝4。因此每相只有4个等 相带，每个等相带串联7个槽号。这时只有一种大小双星结构，即大星Yd每相 由3个等相带的7×3＝21个槽号串联构成，而小星Ys每相由1个等相带的7 个槽号串联构成，大、小星的线圈匝数之比为1∶3，而匝截面积之比为3∶1。\n下面列出按上述结构型式设计的一个方案的大小双星6段绕组所占槽号：\nAd：1，22，23，24，25，43，44，45，46，65，66，67，-12，-13，-14，-33，-34，-35，-54，- 55，-56。\nBd：8，9，10，29，30，31，32，50，51，52，53，74，-19，-20，-21，-40，-41，-42，-61，- 62，-63。\nCd：15，16，17，18，36，37，38，39，57，58，59，60，-5，-26，-27，-28，-47，-48，-49，- 69，-70。\nAs：2，3，4，64，-75，-76，-77。\nBs：11，71，72，73，-82，-83，-84。\nCs：78，79，80，81，-6，-7，-68。\n取y1＝10，可求得当大星Yd单独接入电网时，产生的三波起动所需三个磁 动势波的幅值为：6极主谐波37.83％，8极基波100％，10极副谐波19.06％。该 方案应用于一台245kW 8极电动机时，获得的起动特性为：Ist＝3.11倍，Tst＝1.93 倍。\n实施例4  Z1＝72的6极电动机。该电动机每相的最大并联支路数为a＝6， 因此每相有6个等相带，每个等相带串联4个槽号。这时只有一种大小双星结构， 即大星Yd每相由4个等相带的4×4＝16个槽号串联构成，而小星Ys每相由2 个等相带的4×2＝8个槽号串联构成，大、小星的线圈匝数之比为1∶2，而匝 截面积之比为2∶1。\n按上述结构型式设计的一个方案的大小双星6段绕组所占槽号如下：\nAd：25，26，27，28，49，50，51，52，-13，-14，-15，-37，-38，-39，-40，-64。\nBd：9，10，33，34，35，36，59，60，-21，-22，-23，-24，-45，-46，-47，-48。\nCd：17，18，19，20，41，42，43，44，-5，-29，-30，-31，-32，-54，-55，-56。\nAs：1，2，3，4，-16，-61，-62，-63。\nBs：11，12，57，58，-69，-70，-71，-72。\nCs：65，66，67，68，-6，-7，-8，-53。\n取y1＝11，可求得当大星Yd单独接入电网时，产生的三波起动所需三个磁 动势波的幅值为：4极主谐波52.77％，6极基波100％，8极副谐波22.21％。该方 案应用于一台550kW 6极6kV高压电动机时，获得的起动特性为：Ist＝3.60 倍，Tst＝2.08倍。\n实施例5  Z1＝72的4极电动机。该电动机每相的最大并联支路数为a＝4， 因此每相有4个等相带，每个等相带串联6个槽号，可采用下述的大小双星结构： 大星Yd每相由3个等相带的6×3＝18个槽号串联构成，而小星Ys每相由1个 等相带的6个槽号串联构成，大、小星的线圈匝数之比为1∶3，而匝截面积之 比为3∶1。\n按上述结构型式设计的一个方案的大小双星6段绕组所占槽号如下：\nAd：4，5，6，37，38，39，40，41，42，-19，-20，-21，-22，-23，-24，-55，-56，- 57。\nBd：13，14，15，16，17，18，49，50，51，52，53，54，-31，-32，-33，-34，-35，- 36，。\nCd：25，26，27，28，29，30，-7，-8，-9，-10，-11，-12，-43，-44，-45，-46，-47，- 48。\nAs：1，2，3，-58，-59，-60。\nBs：-67，-68，-69，-70，-71，-72。\nCs：61，62，63，64，65，66。\n取y1＝14，可求得当大星Yd单独接入电网时产生的最强三个磁动势波的幅 值为：2极主谐波35.72％，4极基波100％，6极副谐波21.08％，皆为正转波，满 足三波起动的要求。该方案应用于一台30kW 4极电动机时，获得的起动特性 为：Ist＝3.83倍，Tst＝1.87倍。\n二、用于72槽4极的特殊结构的大小双星/大星联结法\n对72槽4极电动机，除了采用上述的通用于各种极数的大小双星联结法外， 尚有下述的一种独特联结法，其原理如图2所示。\n图2a为72槽4极绕组，按正规60°相带绕组分配三相槽号时，每相4个等 相带24个槽号在4极相位图上的布置情况(图中每个○代表一个槽号)。现将 其中一个等相带的6个槽号分成2个小组：第一小组为自左至右观察的第二和第五两个槽 号，第二小组为剩下来的第一、第三、第四和第六共4个槽号。再将每相第一小组的2个 槽号与一个等相带的6个槽号，共8个槽号串联为一段绕组，构成小星Ys的As、Bs、Cs三 相。而将每相第二小组的4个槽号与剩下的2个等相带共16个槽号串联为一段绕组，构 成大星Yd的Ad、Bd、Cd三相，如图2b所示。这时大星每线圈的匝数应为小星者的一 半，而其截面积应为小星者的2倍。\n观察图2b可见：由4极基波磁场感应于大小双星对应两相的电动势Ed和Es必定严 格地同相位。至于大小上可计算如下，设小星每线圈4匝，大星每线圈2匝，每匝的电动 势为1V，则得：\nEs＝2(4 cos 5°+8 cos 15°+4 cos 25°)＝30.6748331V\nEd＝2(6 cos 5°+4 cos 15°+6 cos 25°)＝30.55743643V $\frac{E_s-E_d}{E_s}=\frac{30.6748331-30.55743643}{30.6748331}=0.003827133$\n可见电动势Ed和Es在大小上只相差0.3827％，在工程实际应用上可认为Ed和Es同大 小。于是，Ed和Es同相位、同大小，因此大小双星可以并联地接于电网。\n此外，从上述大小双星的结构型式，可用电路理论严格证明：小星Ys每相的漏 阻抗与大星Yd每相的漏阻抗之比为2∶1。于是，从电流分配与漏阻抗成反比可见， 大小双星并联地接于电网时，通过小星的电流与通过大星的电流之比为1∶2。\n这种特殊结构的大小双星/大星联结法，为72槽4极电动机增加了一个新的联结 法，便于进行方案比较，下面举出一个实施例。\n实施例6  Z1＝72槽4极电动机，采用上述的特殊结构的大小双星/大星联结法 设计的一个新方案的6段绕组所占槽号如下：\nAd：1，2，3，4，6，37，39，40，41，42，-55，-56，-57，-58，-59，-60。\nBd：16，18，49，50，51，52，53，54，-31，-33，-67，-68，-69，-70，-71，-72。\nCd：28，30，61，62，63，64，65，66，-7，-8，-9，-43，-45，-46，-47，-48。\nAs：5，38，-19，-20，-21，-22，-23，-24。\nBs：13，14，15，17，-32，-34，-35，-36。\nCs：25，26，27，29，-10，-11，-12，-44。\n取y1＝14，可求得：当大星Yd单独接入电网时，产生的最强三个磁动势波的幅值 为：2极主谐波40.94％，4极基波100％，6极副谐波23.79％，皆为正转波，满足三波起动 的要求。该方案与实施例5的比较，可见主谐波幅值有较大提高，副谐波幅值也有所提 高。将该方案应用于实施例5所用的同一台30kW 4极电动机时，获得的起动特性为： Ist＝3.67倍，Tst＝2.17倍，可见其起动特性远比实施例5所用的优越。\n三、三星/三角形联结法\n把定子绕组按正规60°相带绕组分配给三相的槽号联结成三个星形联结，每个星形 联结的二个相绕组对基波磁场说严格地三相对称，当电动机运行时，三个星形并联地接入 电网，这时只产生基波磁动势。起动时则通过开关操作丢弃其中一个星形并把剩下两个星 形改变为三角形联结，而由后者产生前述三波起动所需的三种极数的磁动势谐波。这种连 接法的特点是所有线圈的匝数和结构都相同，属于工艺性很好的等元件绕组。\n图3是该联结法通用于各种极对数电动机的接线图。每相所占槽号分为三段， 即A1、A2、A3、B1、B2、B3、C1、C2、C3。把它们连接成三个星形：Y1其三相 为A1、B1、C1；Y2其三相为A2、B2、C2；Y3其三相为A3、B3、C3。运行时三星 并联接于电网。起动时，在U、V、W三个端点从电网断开的条件下，把UQ、VQ、 WQ三个端点投入电网，此时A2、A3、B1、B2、C3、C1六段串联成一三角形。\n下面就6极、4极、8极电动机三种情况分别进行分析。\n1)6极电动机的三星/三角形联结法\n对6极电动机，a＝6，每相有6个等相带，可平分为3段绕组，每段由2 个等相带的槽号串联构成。显然，这时所得3段绕组对6极基波说必定符合同 相位、同大小的并联条件。因此图3所示3个星形联结Y1、Y2、Y3对6极基波 说都是对称三相联结，它们并联接于电网时，从电网每相流入三星的电流必定是 同相位、同大小，其情况与正规60°相带绕组的完全一样，这是最理想的情况。\n在此情况下，只要把绕组设计成起动时的三角形联结投入电网时产生三波起 动所需的三种极数的磁动势波就达到目的。下面举出一个实施例。\n实施例7  Z1＝72槽6极电动机，采用上述的三星/三角形联结法设计的一 个方案的9段绕组所占槽号如下：\nA1：25，26，27，28，-13，-14，-15，-16。\nA2：1，2，3，4，-61，-62，-63，-64。\nA3：49，50，51，52，-37，-38，-39，-40。\nB1：-69，-70，-71，-72，57，58，59，60。\nB2：-45，-46，-47，-48，33，34，35，36。\nB3：-21，-22，-23，-24，9，10，11，12。\nC1：-55，-56，41，42，43，44，-29，-30。\nC2：-31，-32，17，18，19，20，-5，-6。\nC3：-7，-8，65，66，67，68，-53，-54。\n从图3可见，起动时仅UQ、VQ、WQ三点单独接入电网，此时构成的三角形 联结三个边串联的槽号如下：\nUQ-VQ：A2-B2＝1，2，3，4，-61，-62，-63，-64，45，46，47，48，-33，-34， -35，-36。\nVQ-WQ：B1-C1＝-69，-70，-7 1，-72，57，58，59，60，55，56，-41，-42，-43，-44， 29，30。\nWQ-UQ：C3-A3＝-7，-8，65，66，67，68，-53，-54，-49，-50，-51，-52，37，38， 39，40。\n取y1＝9，可求得起动时构成的三角形联结单独接入电网时，产生的最强三 个磁动势波的幅值为：4极主谐波99.27％，6极基波100％，10极副谐波18.25％，皆 为正转波，满足三波起动的要求。该方案用于一台30kW 6极电动机时，获得 的起动特性为：Ist＝3.22倍，Tst＝1.94倍。\n2)4极电动机的三星/三角形联结法\n对4极电动机，a＝4，即每相只有4个等相带，不可能平分为3段绕组， 因此无法构成三条同相位、同大小的并联支路。常用对称绕组的每相槽数都是3 的倍数，因此都可平分为三，使三条支路所占槽号数相等，再在具体分配槽号时， 尽量做到三支路对4极基波说很接近同相位、同大小。\n一般说，每相三段绕组的相位结构型式可以各不相同。这时九段绕组构成三 个不同的星形联结Y1、Y2、Y3，但每个星形自己却都是三相对称的。这是因为 构成每个星形三相的三段绕组对4极基波说仍然是严格地同大小而在相位上互差 120°。在此情况下，三星形并联运行时，每个星形三相电流是对称的，但从电 网每相流入三星形的电流却是不同相位、也不同大小。这就引起定子绕组产生很 多额外的谐波磁场，显著影响电动机的运行性能，产生噪音、振动，降低过载能 力。\n为降低上述影响，最好的情况是：每相三并联支路的槽号由4极基波磁场感 应的电动势，在相位上严格同相位，在大小上有二条支路相等，只有第三条支路 在大小上存在较小差别。下面用一个具体例子说明。\n实施例8  Z1＝72槽的4极电动机，采用三星/三角形联结法设计的一个方 案的9段绕组所占槽号如表1所示。\n从表1可见对4极基波说每相三支路严格同相位，第一和第三支路同大小， 第二支路稍微小一点。具体计算结果：第二支路只比其他两支路小0.7654％。这 就大大削弱了前述的额外谐波磁场，使电动机具有优良的运行性能\n从图3可见，起动时仅UQ、VQ、WQ三点单独接入电网，此时构成的三角形 三个边串联的槽号如下：\nUQ-VQ：A2-B2＝1，3，4，6，-55，-57，-58，-60，-49，-51，-52，-54，31，33，34， 36。\nVQ-WQ：B1-C1＝50，53，-67，-68，-69，-70，-71，-72，-26，-29，43，44，45，46， 47，48。\nWQ-UQ：C3-A3＝-8，-11，61，62，63，64，65，66，56，59，-37，-38，-39，-40，- 41，-42。\n              表1  72槽4极电动机采用3Y/△联结法的9段绕组所占槽号     三相九段绕组所占槽号按4极相位排列  构成星形 A1      2        5 -19-20-21-22-23-24  B1     50       53 -67-68-69-70-71-72  C1         26       29     -43-44-45-46-47-48     Y1 A2   1    3  4     6 -55  -57-58   -60  B2  49   51 52   54 -31  -33-34  -36  C2     25    27 28    30     -7    -9-10    -12     Y2 A3    -56      -59 37 38 39 40 41 42  B3     -32      -35  13 14 15 16 17 18  C3        -8       -11     61 62 63 64 65 66     Y3\n取y1＝11，从上列三角形三相槽号可分析出起动时产生的三个最强的磁动势 波的幅值为：2极主谐波88.81％，4极基波100％，8极副谐波14.09％，满足三波 起动的要求。该方案用于一台30kW 4极电动机时，获得的起动特性为：Ist＝3.79 倍，Tst＝2.02倍。\n3)8级电动机的三星/三角形联结法\n8级电动机的三星/三角形联结法与4级电动机的相似，因此前面对4级电动 机的分析可全部用于8极电动机，只是具体数字不同，这里不再重复。下面举一例说明。\n实施例9  Z＝72的8极电动机，采用3Y/△联络法，仿照表1可列出1个可行方案， 如表2所示。\n从表2可见对8极基波说每相三条支路严格地同相位，第2和第3支路同大小，但第 1支路的大小则比其他两条支路的大些。具体计算结果表明：第1支路的大小比其他两条 支路的大1.5791％。这个数字不算大，但已有相当的分量了，实际运用时，必须根据具体 情况作进一步分析。\n从图3可见起动时该方案构成的三角形联结三个边串联的槽号如下：\nUQ-VQ：A2-B2＝-10，57，1，2，3，-64，-65，-66，52，54，-43，-44，-45，34，35，-63。\nVQ-WQ：B1-C1＝8，-53，61，62，9，-70，-71，-72，-32，59，-49，-50，60，40，41，42。\nWQ-UQ：C3-A3＝-58，51，67，68，69，-4，-5，-6，46，48，-37，-38，-39，-55，-56，30。\n                 表2    72槽8极电动机采用3Y/△联结法的9段绕组所占槽号     三相九段绕组所占槽号按8极相位排列   构成星形       A1          -11          -47    19     20     21   -28    -29    -12         B1             8            -53      61     62     9     -70    -71    -72         C1          32         -59    49    50   -60   -40   -41   -42         Y1     A2   -10            57    1      2      3   -64   -65     -66       B2     -52           -54      43     44     45     -34    -35     63       C2    31          33    13    14    15   -22   -23   -24       Y2     A3   -46           -48    37    38      39    55    56     -30       B3      7            -36      25     26     27     -16    -17    -18       C3   -58          51    67    68    69    -4    -5    -6       Y3 取y1＝8，从上列三角形三相槽号可分析出起动时产生的三个最强的磁动势波的幅值为： 6极主谐波88.81％，8极基波100％，12极副谐波15.55％，皆为正转波，满足三波起动的要 求。该方案用于一台130kW 8极电动机时，获得的起动特性为：Ist＝3.34倍，Tst ＝1.83倍。\n四、2大1小三星/三角形联结法\n把定子绕组每相所占槽号连接成三条支路，三条支路串联的线圈数(即槽号数)有两 条支路相同，而第三条支路的则较小，结合三相便构成2大1小的三个星形，为使三个星 形每相匝数相同，三星形的线圈匝数与其所在一相的串联线圈数成反比，为使所有线圈的 外观尺寸相同，线匝截面积与线圈匝数成反比，具体分配槽号时应使三星形对应相的三条 支路对基波说同相位、同大小，因此运行时三星形可并联于电网，起动时通过开关操作丢 弃小星形而把两个大星形改为三角形联结投入电网，这里要求绕组布置必须正确分配槽 号，以使所得三角形联结单独接入电网时产生前述三波起动法所需三种极数的磁动势谐 波。\n这时采用图4的接线图，图中A1、B1、C1为小星三相，A2、B2、C2为一个 大星三相，而A3、B3、C3为另一个大星三相。起动时，先把  U、V、W三点从电网断 开，然后再把  UQ、VQ、WQ三点投入电网。起动完毕，再把U、V、W三点分别投 入UQ、VQ、WQ三点所接的电网三相。\n2大1小三星/三角形联结法适合用于8级采用整数槽绕组的电动机，此时每 相有a＝8个等相带，可把六个等相带分配给2个大星，每相串联3个等相带的 槽号，而把剩下的两个等相带分配给小星，每相串联2个等相带的槽号。下面举 一实例说明。\n实施例10  Z＝72的8级电动机。采用2大1小三星/三角形联结法设计的一 个方案的九段绕组的槽号分配如下：\nA1：19，20，21，-28，-29，-30。\nA2：1，2，3，-10，-11，-12，-64，-65，-66。\nA3：37，38，39，55，56，57，-46，-47，-48。\nB1：25，26，27，-16，-17，-36。\nB2：7，8，9，61，62，-18，-70，-71，-72。\nB3：43，44，45，63，-34，-35，-52，-53，-54。\nC1：13，32，33，-22，-23，-24。\nC2：14，15，67，68，69，-4，-5，-6，-58。\nC3：31，49，50，51，-40，-41，-42，-59，-60。\n九段绕组按图4接线，起动时小星三相被断开，剩下两个大星构成的三角形 联结三个边串联的槽号为：\nUQ-VQ：A2-B3＝1，2，3，-10，-11，-12，-64，-65，-66，-43，-44，-45，-63，34，35，52， 53，54。\nVQ-WQ：B2-C3＝7，8，9，61，62，-18，-70，-71，-72，-31，-49，-50，-51，40，41，42， 59，60。\nWQ-UQ：C2-A3＝14，15，67，68，69，-4，-5，-6，-58，-37，-38，-39，-55，-56，-57，46， 47，48。\n取y1＝8，进行谐波分析，可求得起动时产生的主、副谐波和基波的磁动势 的幅值为：6极主谐波88.01％，8极基波100％，12极副谐波13.79％，皆为正转波， 满足三波起动的要求。该方案用于一台130kW 8极电动机时，获得的起动特性 为：Ist＝3.29倍，Tst＝1.71倍。\n五、复合四星/(星-三角)联结法\n在上述的2大1小三星/三角形联结中，构成每相2大星的两条并联支路所串 联的槽号对基波磁场说必定是：同相位、同大小。因此可将两并联中的一部分槽 号移到并联组外面，把移出的槽号串联为一条支路与剩下来的并联组串联，如图 5所示。图5中A4、B4、C4便是分别从图4中的A2、A3、B2、B3和C2、C3移出 来的槽号。这样移动必须遵循下列条件：①必须成对移出，每次从第2支路和第 3支路各移出一个符号；②被移出一对槽号对基波说必须是同相位；③被移出一 对槽号原来是并联，现改为串联，因此每个槽号代表的线圈的匝数为原来匝数的 一半，而匝截面积应为原来者的2倍。只要符合这3个条件，便可用电路理论严 格证明移动后的绕组对基波磁场说仍然与原来绕组等效，即不影响电动机的运行 性能。比较图4和图5可见，起动时U、V、W三点与电网断开，原来图4变为 三角形联结，而图5变为星-三角形联结，其中星形的三相为A4、B4、C4。这 就构成(Y-2Y)Y/(Y-△)的复合四星/(星-三角)联结法。\n只要符合前述3个条件，从并联组中移出多少对槽号和移出哪些槽号都没有 限制，可按需要任意选取。由此可见这种(Y-2Y)Y/(Y-△)联结的可 能不同方案是极其众多的，实际应用时必须多设计几个方案，以便从中优选最佳 方案。\n现从实施例10所示的2大1小三星/三角形联结演变为(Y-2Y)Y/(Y -△)联结，作为示例。\n实施例11  分析实施例10中每相2大星的槽号，可发现在A2、A3两段中， 槽号-10，-11，-12与槽号55，56，39对8极基波说同相位，因此可把它们移出 A2、A3，而作为A4段所串联槽号。同理可从B2、B3段移出槽号-18，7，8和 槽号63，-52，-35作为B4段所串联槽号。而从C2、C3段可移出槽号14，15， -4和槽号-59，-60，31作为C4段所串联槽号。于是，获得新方案12段绕组串 联的槽号如下：\nA1：19，20，21，-28，-29，-30。\nA2：1，2，3，-64，-65，-66。\nA3：37，38，57，-46，-47，-48。\nA4：39，55，56，-10，-11，-12。\nB1：25，26，27，-16，-17，-36。\nB2：9，61，62，-70，-71，-72。\nB3：43，44，45，-34，-53，-54。\nB4：7，8，63，-18，-35，-52。\nC1：13，32，33，-22，-23，-24。\nC2：67，68，69，-5，-6，-58。\nC3：49，50，51，-40，-41，-42。\nC4：14，15，31，-4，-59，-60。\n起动时构成的Y-△联结如图6所示，图6中三角形三个边串联的槽号如 下：\nUQ-VQ：A2-B3＝1，2，3，-64，-65，-66，-43，-44，-45，34，53，54。，\nVQ-WQ：B2-C3＝9，61，62，-70，-71，-72，-49，-50，-51，40，41，42。\nWQ-UQ：C2-A3＝67，68，69，-5，-6，-58，-37，-38，-57，46，47，48。\n取y1＝8，通过谐波分析可求得起动时由Y-△联结产生的三个最强磁动 势波的幅值大小为：6极主谐波72.90％，8极基波100％，12极副谐波16.89％，皆为 正转波，满足三波起动的要求。将该方案用于与实施例10相同的一台130kW 8 极电动机，获得的起动特性为：Ist＝2.89倍，Tst＝1.81倍。所得结果远优 于实施例10所得者。\n上面是从2大1小三星/三角形联结而演变出(Y-2Y)Y/(Y-△)联 结。其实，从3Y/△联结中，凡是每相有两条支路所串联槽号对基波说是同相 位、同大小，都可仿照上述方法而演变出(Y-2Y)Y/(Y-△)联结法。\n对6极电动机的3Y/△联结，由于3Y中每相三条支路对基波说严格地同相 位、同大小，都可仿照上述方法而演变为(Y-2Y)Y/(Y-△)联结。对 实施例8和实施例9所示的3Y/△联结法，由于3Y联结每相中都有两条支路对 基波说严格地同相位、同大小，因此也能仿照上述方法而演变出(Y-2Y)Y/ (Y-△)联结。由此可见，(Y-2Y)Y/(Y-△)联结法可普遍地应用 于各种极对数的三波起动电动机中。\n关于转子绕组的连接法，本发明的发明人曾在已授权的两个发明专利：“由 多段绕组组合成的转子变极绕组”(专利号ZL88106495.5)，和“异步电动机转 子绕组的叠加联结法”(专利号ZL89106902.X)中作了详细论述，有“并联联结 法”和“串联联结法”两种不同的方法。并联联结法用于起动时只有一种极数的 谐波磁动势，而串联联结法则用于有两种极数以上的谐波磁动势。本发明提出的 三波起动方法，利用三种极数(一个基波和两个谐波)的磁动势起动，因此转子 绕组必须采用串联联结法。\n采用并联联结法时须焊接很多并联铜环，而采用串联联结法时将转子线圈串 联成若干个闭合回路，取消了并联铜环，使制造工艺大大简化，既节省铜材又减 少制造工时。\n从以上所述可总结出本发明提出的三波起动方法及其绕组联结法与当前谐波 起动电动机采用的双波(一个基波和一个谐波)起动方法相比较，有以下突出优 点：\n1)对8极电动机显著提高起动转矩，双波起动时的起动转矩很难超过1.4 倍，三波起动时则可达到1.8-2.0倍。\n2)对6极和4极电动机，采用双波(一个基波和一个高次谐波)起动时， 转速不能达到额定转速，半途就须切换到基波起动，产生很大切换电流，往往引 起跳闸事故，采用三波起动，则起动后转速可直达额定转速附近，而彻底地消除 了切换电流。\n3)三波起动的转子绕组采用串联联结法，消除双波起动时所用的并联铜环， 简化转子结构而降低电机成本。\n4)本发明提出的大小双星联结法，使定子绕组每相只有两条并联支路，为 谐波起动电动机向高压电机发展创造了很好的条件。\n5)本发明提出的定子绕组采用了等元件线圈或准等元件线圈(外观尺寸相 同)，便于制造和嵌线，特别是线圈节距Y1的大小可按设计需要任意选取，而有 利于设计。\n下面对本说明书附图作一说明\n图1：大小双星联结的通用于各种极对数的接线图。\n图2：72槽4极电动机定子绕组采用特殊的大小双星联结的原理图。图2a\n为每相24个槽号按4极相位排列的形式，图2b为如何把24个槽号分为两组。\n图3：三星/三角形联结的接线图。\n图4：2大1小三星/三角形联结的接线图。\n图5：复合四星/(星-三角)联结的接线图。\n图6：起动时为(星-三角)联结的各段绕组的连接情况。