專(zhuān)利名稱(chēng)：一種節(jié)能電動(dòng)機(jī)組合及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種節(jié)能電動(dòng)機(jī)組合及制造方法，通常被用于金屬切削機(jī)床、加工機(jī)械、中小型鼓風(fēng)機(jī)和水泵等生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備中，屬于三相異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
三相異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用的范圍相當(dāng)廣泛，一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)由輸出軸、風(fēng)扇、機(jī)殼、定子、轉(zhuǎn)子、軸承、底座、接線(xiàn)盒、機(jī)罩組成，其工作原理是將交流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能供生產(chǎn)使用，如果電動(dòng)機(jī)自身工作消耗電能忽略不計(jì)，那么電動(dòng)機(jī)消耗多少電能，基本上就轉(zhuǎn)換成多少機(jī)械能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是發(fā)明一種轉(zhuǎn)換成同量機(jī)械能不變時(shí)，僅消耗一半電能的節(jié)能電動(dòng)機(jī)組合及制造方法。
為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種節(jié)能電動(dòng)機(jī)組合，其特征在于，由兩臺(tái)相同銘牌數(shù)據(jù)的三相異步電動(dòng)機(jī)組成，兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)串聯(lián)連接。
一種節(jié)能電動(dòng)機(jī)組合的制造方法，其特征在于，它包括下列步驟(1)將電動(dòng)機(jī)1和電動(dòng)機(jī)2定子線(xiàn)槽內(nèi)的絕緣漆包線(xiàn)拆去；(2)在電動(dòng)機(jī)1和電動(dòng)機(jī)2定子線(xiàn)槽內(nèi)的絕緣漆包線(xiàn)以?xún)删€(xiàn)并繞的方式分別重新繞成三相繞組，每相繞組的匝數(shù)為原電動(dòng)機(jī)的匝數(shù)，繞好后接到接線(xiàn)盒上；(3)將定子線(xiàn)槽內(nèi)每?jī)筛^緣漆包線(xiàn)端部并聯(lián)在一起后接到接線(xiàn)盒上；(4)電動(dòng)機(jī)1接線(xiàn)盒中的輸入端U1、V1、W1不能相互接通，輸出端W2、U2、V2分別接到電動(dòng)機(jī)2接線(xiàn)盒中的輸入端U1、V1、W1；(5)將電動(dòng)機(jī)2接線(xiàn)盒中的輸出端W2、U2、V2并聯(lián)在一起。
所述的電動(dòng)機(jī)1和電動(dòng)機(jī)2定子繞組使用的絕緣漆包線(xiàn)為原電動(dòng)機(jī)的規(guī)格、型號(hào)不變。
三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁關(guān)系與變壓器的相似。三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組相當(dāng)于變壓器的一次繞組，轉(zhuǎn)子繞組相當(dāng)于變壓器的二次繞組，只不過(guò)是短路的繞組。但三相異步電動(dòng)機(jī)的每相繞組不像變壓器那樣集中地繞在鐵心上，而是分布在鐵心內(nèi)壁地槽內(nèi)，每一相繞組是由許多沿圓周分布的線(xiàn)圈串聯(lián)而成的，另外，三相異步電動(dòng)機(jī)的磁路中有一個(gè)較大的空氣隙。三相異步電動(dòng)機(jī)的每相電路如

圖1所示。
當(dāng)定子繞組接上三相電源后，有三相電流通過(guò)，并產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其磁通通過(guò)定、轉(zhuǎn)子的鐵心閉合，它分為兩部分其中絕大部分磁通既交鏈于定子繞組，又交鏈于轉(zhuǎn)子繞組，稱(chēng)為主磁通Φ；另一部分磁通僅交鏈于定子繞組本身，而不交鏈轉(zhuǎn)子繞組，稱(chēng)為定子漏磁通ΦS1，主磁通和定子漏磁通分別在定子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 和由漏磁感抗XS1產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 此外定子繞組還存在電阻R1，當(dāng)電流通過(guò)時(shí)產(chǎn)生電阻壓降 所以外加電源電壓1與電動(dòng)勢(shì) 以及電阻壓降 這三部分之和相平衡。若用向量表示，則為U·1=U·R1+U·S1+(-E·1)---(1)]]>考慮到 較小，可以忽略不計(jì)，所以定子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 近似地與電源電壓1相平衡，用式(2)表示為U·1≈-E·1---(2)]]>在數(shù)值上，定子繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E1＝-N1dφ/dt＝N1ΦmωSin(ωt-л/2)＝2лfΦmN1Sin(ωt-л/2) (3)式(3)中Φm為主磁通的最大值，N1為定子繞組的總匝數(shù)，2лfΦmN1為定子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值。
電磁轉(zhuǎn)矩是三相異步電動(dòng)機(jī)的最重要的物理量，電磁轉(zhuǎn)矩的存在是異步電動(dòng)機(jī)工作的先決條件。由三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理分析可知，電磁轉(zhuǎn)矩T是由轉(zhuǎn)子電流I2與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生的，所以電磁轉(zhuǎn)矩T的大小與旋轉(zhuǎn)磁通Φ及轉(zhuǎn)子電流I2的乘積成正比。轉(zhuǎn)子電路既有電阻又有漏電抗，所以轉(zhuǎn)子電流I2可以分解為有功分量I2COSφ2和無(wú)功分量I2SINφ2兩部分，因?yàn)殡姶呸D(zhuǎn)矩T決定了電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率即有功功率的大小，所以只有電流的有功分量I2COSφ2才能產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，故異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩
T＝CTΦmI2COSφ2(4)式(4)中CT為異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)，Φm為磁通的最大值，I2為轉(zhuǎn)子電流，COSφ2為功率因素。
上述的分析是基于電動(dòng)機(jī)為單體的三相異步電動(dòng)機(jī)的有關(guān)物理量的理論推導(dǎo)。
當(dāng)將兩臺(tái)單體的定子繞組經(jīng)改造后的異步電動(dòng)機(jī)串接在一起，就組合成一種節(jié)能的三相異步電動(dòng)機(jī)組合，如圖2所示，為電動(dòng)機(jī)1和電動(dòng)機(jī)2每相定子繞組經(jīng)改造后串聯(lián)組合成節(jié)能電動(dòng)機(jī)的每相線(xiàn)路。
將單體異步電動(dòng)機(jī)每相定子繞組在定子鐵心內(nèi)壁的槽內(nèi)占據(jù)的總槽數(shù)Y，每槽線(xiàn)圈的匝數(shù)N、線(xiàn)槽長(zhǎng)度L三者的乘積稱(chēng)作是感抗XL單，即XL單＝2лf·Y·N·L＝2лfL單，在節(jié)能電動(dòng)機(jī)組合中，每相繞組的匝數(shù)只有原來(lái)單體電動(dòng)機(jī)每相繞組匝數(shù)的1/2，同樣，占據(jù)的總槽數(shù)Y、線(xiàn)槽長(zhǎng)度L不變，那么節(jié)能電動(dòng)機(jī)組合的感抗XL節(jié)＝2лf·Y·1/2·N·L·(2臺(tái))＝2лfL節(jié)，由此XL單＝XL節(jié)；說(shuō)明單體電動(dòng)機(jī)的總感抗量與節(jié)能電動(dòng)機(jī)組合的總感抗量相等，由IL＝U/XL知，在外加電源電壓U的作用下，單體電動(dòng)機(jī)與節(jié)能電動(dòng)機(jī)組合的定子繞組電流強(qiáng)度相等，即I1＝I11＝I12。
節(jié)能電動(dòng)機(jī)每相定子繞組雙線(xiàn)并繞意味著線(xiàn)圈導(dǎo)線(xiàn)的橫截面積擴(kuò)大2倍，從R＝ρL/S中可知，由于電阻率ρ和導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度L不變，則節(jié)能電動(dòng)機(jī)組合中每臺(tái)電動(dòng)機(jī)電阻是單體電動(dòng)機(jī)的1/2，而兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)串聯(lián)后的總電阻R仍相當(dāng)于一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的電阻不變。
線(xiàn)圈匝數(shù)N與流過(guò)的電流I的乘積，即由此而產(chǎn)生磁通Φ＝IN/Rm，磁阻Rm＝L/μS，L為導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度，μ為常數(shù)，S為導(dǎo)線(xiàn)截面積；盡管節(jié)能電動(dòng)機(jī)組合的定子線(xiàn)圈導(dǎo)線(xiàn)的橫截面積擴(kuò)大了2倍，從而使磁阻Rm變?yōu)樵瓉?lái)的1/2，而在公式Φ＝IN/Rm的計(jì)算中，線(xiàn)圈匝數(shù)N同時(shí)也是原來(lái)的1/2，這樣計(jì)算的結(jié)果Φ仍不變。它的物理意義在于，當(dāng)節(jié)能電動(dòng)機(jī)組合接上三相電源后。產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其磁通通過(guò)定、轉(zhuǎn)子的鐵心閉合，分別產(chǎn)生的主磁通Φ及定子漏磁通Φs和單體電動(dòng)機(jī)的主磁通和定子漏磁通相等。
很顯然，在外接電源電壓不變的情況下，比照式(1)、(2)、(3)的推導(dǎo)過(guò)程，可以認(rèn)為，節(jié)能電動(dòng)機(jī)組合中，外來(lái)電源電壓與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 電阻壓降 這幾部分之和相平衡，若用相量表示，則為U·=U·R11+U·s11+(-E·11)+U·R12+U·s12+(-E·12)---(5)]]>考慮到 較小，可以忽略不計(jì)，所以節(jié)能電動(dòng)機(jī)組合的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 近似地與外加電源電壓相平衡，用式(6)表示為U·≈(-E·11)+(-E·12)---(6)]]>在數(shù)值上，節(jié)能電動(dòng)機(jī)組合的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E11+E12＝(-N11dφ/dt)+(-N12dφ/dt)＝N11ΦmωSin(ωt-л/2)+N12ΦmωSin(ωt-л/2)＝2лfΦm(N11+N12)Sin(ωt-л/2)＝2лfΦmN1Sin(ωt-л/2) (7)(注N1＝N11+N12，Φ不變)上式中，Φm為主磁通的最大值，N11、N12為節(jié)能電動(dòng)機(jī)1和節(jié)能電動(dòng)機(jī)2定子繞組的總匝數(shù)，N1為單體電動(dòng)機(jī)定子繞組的總匝數(shù)。
式(3)與式(7)的結(jié)果一致，意味著，在三相交流電網(wǎng)中，單體電動(dòng)機(jī)與節(jié)能電動(dòng)機(jī)組合消耗的電能相等。
但是，節(jié)能電動(dòng)機(jī)組合有兩個(gè)輸出端，它產(chǎn)生了兩個(gè)電磁轉(zhuǎn)矩T節(jié)＝T1+T2＝CTΦmI21COSφ21+CTΦmI22COSφ22＝2CTΦmI2COSφ2由此得T節(jié)＝2T1(8)這就是說(shuō)，節(jié)能電動(dòng)機(jī)組合的電磁轉(zhuǎn)矩是單體電動(dòng)機(jī)的2倍，可以進(jìn)一步推論節(jié)能電動(dòng)機(jī)組合的輸出功率P節(jié)P節(jié)＝P21+P22＝I21UCOSφ21+I22UCOSφ22＝2I1UCOSφ1(9)可以認(rèn)為，節(jié)能電動(dòng)機(jī)組合使用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的電能，就可以獲得雙倍的輸出功率；或者反過(guò)來(lái)說(shuō)，在電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能時(shí)，要使機(jī)械能總量不變，僅需一半的電能就能達(dá)到目的。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)換成同量機(jī)械能時(shí)，僅消耗一半的電能。附圖圖1為單體電動(dòng)機(jī)每相線(xiàn)路圖；圖2為節(jié)能電動(dòng)機(jī)組合每相線(xiàn)路圖；圖3為節(jié)能電動(dòng)機(jī)組合示意圖；圖4為節(jié)能電動(dòng)機(jī)組合接線(xiàn)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
實(shí)施例如圖3所示，為節(jié)能電動(dòng)機(jī)組合示意圖，由電動(dòng)機(jī)1和電動(dòng)機(jī)2組成，電動(dòng)機(jī)1和電動(dòng)機(jī)2串聯(lián)，電動(dòng)機(jī)1和電動(dòng)機(jī)2為相同銘牌數(shù)據(jù)的三相異步電動(dòng)機(jī)。
如圖4所示，為節(jié)能電動(dòng)機(jī)接線(xiàn)示意圖，它包括下列步驟(1)將電動(dòng)機(jī)1和電動(dòng)機(jī)2的定子線(xiàn)槽內(nèi)的絕緣漆包線(xiàn)拆去；(2)在電動(dòng)機(jī)1和電動(dòng)機(jī)2定子線(xiàn)槽內(nèi)的絕緣漆包線(xiàn)以?xún)删€(xiàn)并繞的方式分別繞成三相繞組，每相繞組的匝數(shù)為原電動(dòng)機(jī)的匝數(shù)，繞好后接到接線(xiàn)盒上；(3)將定子線(xiàn)槽內(nèi)每?jī)筛^緣漆包線(xiàn)端部并聯(lián)在一起后接到接線(xiàn)盒上；(4)電動(dòng)機(jī)1接線(xiàn)盒3中的輸入端U1、V1、W1不能相互接通，輸出端W2、U2、V2分別接到電動(dòng)機(jī)2接線(xiàn)盒4中的輸入端U1、V1、W1；(5)將電動(dòng)機(jī)2接線(xiàn)盒4中的輸出端W2、U2、V2并聯(lián)在一起。
所述的電動(dòng)機(jī)1和電動(dòng)機(jī)2定子繞組使用的絕緣漆包線(xiàn)為原電動(dòng)機(jī)的規(guī)格、型號(hào)不變。
權(quán)利要求
1.一種節(jié)能電動(dòng)機(jī)組合，其特征在于，由電動(dòng)機(jī)(1)和電動(dòng)機(jī)(2)組成，電動(dòng)機(jī)(1)和電動(dòng)機(jī)(2)串聯(lián)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種節(jié)能電動(dòng)機(jī)，其特征在于，電動(dòng)機(jī)(1)和電動(dòng)機(jī)(2)為相同銘牌數(shù)據(jù)的三相異步電動(dòng)機(jī)。
3.一種節(jié)能電動(dòng)機(jī)組合的制造方法，其特征在于，它包括下列步驟(1)將電動(dòng)機(jī)(1)和電動(dòng)機(jī)(2)的定了線(xiàn)槽內(nèi)的絕緣漆包線(xiàn)拆去；(2)在電動(dòng)機(jī)(1)和電動(dòng)機(jī)(2)定子線(xiàn)槽內(nèi)的絕緣漆包線(xiàn)以?xún)删€(xiàn)并繞的方式分別重新繞成三相繞組，每相繞組的匝數(shù)為原電動(dòng)機(jī)的匝數(shù)；(3)將定子線(xiàn)槽內(nèi)每?jī)筛^緣漆包線(xiàn)端部并聯(lián)在一起后接到接線(xiàn)盒上；(4)電動(dòng)機(jī)(1)接線(xiàn)盒(3)中的輸入端U1、V1、W1不能相互接通，輸出端W2、U2、V2分別接到電動(dòng)機(jī)(2)接線(xiàn)盒(4)中的輸入端U1、V1、W1；(5)將電動(dòng)機(jī)(2)接線(xiàn)盒(4)中的輸出端W2、U2、V2并聯(lián)在一起。
4.據(jù)權(quán)利要求3所述的一種節(jié)能電動(dòng)機(jī)組合的制造方法，其特征在于，所述的電動(dòng)機(jī)(1)和電動(dòng)機(jī)(2)定子繞組使用的絕緣漆包線(xiàn)為原電動(dòng)機(jī)的規(guī)格、型號(hào)不變。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種節(jié)能電動(dòng)機(jī)組合及制造方法，其特征在于，由兩臺(tái)相同銘牌數(shù)據(jù)的三相異步電動(dòng)機(jī)組成，兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)串聯(lián)連接；一種節(jié)能電動(dòng)機(jī)組合的制造方法，其特征在于，它包括下列步驟將兩臺(tái)相同銘牌數(shù)據(jù)的三相異步電動(dòng)機(jī)的定子線(xiàn)槽內(nèi)的絕緣漆包線(xiàn)拆去；在兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)定子線(xiàn)槽內(nèi)的絕緣漆包線(xiàn)以?xún)删€(xiàn)并繞的方式分別重新繞成三相繞組，每相繞組的匝數(shù)為原電動(dòng)機(jī)的1/2匝數(shù)，將定子線(xiàn)槽內(nèi)每?jī)筛^緣漆包線(xiàn)端部并聯(lián)在一起后接到接線(xiàn)盒上；電動(dòng)機(jī)1接線(xiàn)盒中的輸入端U
文檔編號(hào)H02K17/02GK1674416SQ20041001715
公開(kāi)日2005年9月28日 申請(qǐng)日期2004年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月24日
發(fā)明者李銀春, 李曉紅 申請(qǐng)人:上海出類(lèi)電力機(jī)械設(shè)備廠