專(zhuān)利名稱(chēng)：交流調(diào)速鼠籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種交流調(diào)速鼠籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，適用于需要高起動(dòng)力矩、低起動(dòng)電流和交流分級(jí)或無(wú)級(jí)調(diào)速的風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)和其它類(lèi)型的負(fù)載場(chǎng)合。
鼠籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)電流為額定電流的6～7倍，引起電網(wǎng)電壓較大壓降，不利于電機(jī)和電網(wǎng)上其它電氣設(shè)備正常運(yùn)行。采用降壓起動(dòng)，能限制起動(dòng)電流，但起動(dòng)力矩與電壓平方成比例下降。對(duì)于既要限制起動(dòng)電流，又要有足夠起動(dòng)力矩的生產(chǎn)機(jī)械，必須采用價(jià)格昂貴的繞線(xiàn)型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和附加的起動(dòng)設(shè)備，而且有滑環(huán)和電刷產(chǎn)生火花和噪音，易磨損，維修量大。目前，交流調(diào)速方法主要有變極調(diào)速、調(diào)壓調(diào)速、變頻調(diào)速和串接調(diào)速。變極調(diào)速的缺點(diǎn)是增大了電機(jī)尺寸和成本，而且只能有級(jí)調(diào)速；調(diào)壓調(diào)速的缺點(diǎn)是調(diào)速范圍窄，在低速時(shí)力矩小，效率低，電機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)熱嚴(yán)重；變頻調(diào)速和串接調(diào)速需用變頻器，技術(shù)復(fù)雜、成本高，可靠性差，對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生諧波污染，對(duì)電機(jī)(尤其是低速時(shí))產(chǎn)生振蕩電磁噪音和聲噪，成為人們十分關(guān)注的問(wèn)題。日本佐竹利彥向中國(guó)申請(qǐng)專(zhuān)利CN87104033A試圖解決上述問(wèn)題，該專(zhuān)利指出其電動(dòng)機(jī)具有一個(gè)制成一個(gè)整體的轉(zhuǎn)子和多個(gè)定子，轉(zhuǎn)子具有多個(gè)轉(zhuǎn)子鐵心和彼此相互連接的多個(gè)電阻元件；各定子則具有各自的定子繞組，各定子線(xiàn)組串聯(lián)連接，各電阻元件則由連接元件在氣隙處或配置在轉(zhuǎn)子鐵心之間的非磁心件短接起來(lái)。其原理是用機(jī)械移相器使其中一個(gè)定子繞組的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)移相，從而各轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電勢(shì)的矢量和發(fā)生改變，也就是改變了流經(jīng)各電阻元件的電流的大小，即改變電磁力矩來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。
眾所周知，如果負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩為T(mén)L，轉(zhuǎn)速為Wr(電氣角速度)，極對(duì)數(shù)為p，則電動(dòng)機(jī)輸出機(jī)械功率為PL＝ 1/(P) ·TL·Wr電機(jī)從電源接受的，通過(guò)氣隙傳至轉(zhuǎn)子的電磁功率Pe為Pe＝ 1/(P) ·TL·W1式中W1為電源角頻率，則轉(zhuǎn)差功率為Ps＝ 1/(P) ·TL·(W1－Wr)＝PL· (W1- Wr)/(Wr)＝Pe· (W1- Wr)/(W1)＝SPe如果交流電源角頻率W1保持不變，電機(jī)轉(zhuǎn)速越低，則轉(zhuǎn)差功率Ps越大，轉(zhuǎn)差功率就全部消耗在轉(zhuǎn)子電路中。在上述電機(jī)中，功率主要消耗在電阻元件上，并使其發(fā)熱嚴(yán)重，直接威脅電機(jī)安全。在變速傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行中，電動(dòng)機(jī)能否在負(fù)載所要求的轉(zhuǎn)矩和變速范圍內(nèi)可靠地運(yùn)行，這要受兩個(gè)條件的限制一是在指定的速度變化范圍內(nèi)電機(jī)是否具有運(yùn)行穩(wěn)定性；二是在指定的轉(zhuǎn)速變化范圍內(nèi)電機(jī)的功率損耗是否大到導(dǎo)致電機(jī)因過(guò)熱而損壞。因此，為了防止溫升過(guò)高破壞電機(jī)絕緣，佐竹利彥和大野木幸男又在中國(guó)申請(qǐng)了專(zhuān)利，申請(qǐng)?zhí)枮?8107350.4，提出了復(fù)雜的風(fēng)冷系統(tǒng)和溫度檢測(cè)控制系統(tǒng)，這不僅大大增加了成本，而且難于解決大容量電機(jī)低速時(shí)的溫升過(guò)高的問(wèn)題。該發(fā)明的電動(dòng)機(jī)僅使用移相器改變其中一個(gè)定子繞組的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相位來(lái)達(dá)到調(diào)速的目的，而電機(jī)的電壓不變時(shí)，輸入電磁功率Pe并未改變，此時(shí)電機(jī)的效率η＝ (PL)/(Pe) ＝ (Wr)/(W1) ，使該電機(jī)低速時(shí)的效率極低。該電機(jī)使用多個(gè)電阻元件，由連接元件在氣隙處的非磁心件處短接起來(lái)，這種結(jié)構(gòu)制作復(fù)雜，受電機(jī)高速時(shí)的離心力較大，運(yùn)行不可靠。為了平滑調(diào)速，還必須使用復(fù)雜而昂貴的相位檢測(cè)和機(jī)械移相裝置，導(dǎo)致成本更高，難于推廣應(yīng)用。
本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種交流調(diào)速鼠籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，以更為簡(jiǎn)單合理的結(jié)構(gòu)和方法來(lái)獲得高起動(dòng)力矩，低起動(dòng)電流和寬范圍調(diào)速的優(yōu)良性能，并且在低速時(shí)利用適當(dāng)調(diào)壓而減少輸入電磁功率，使電機(jī)的效率更高，冷卻方式簡(jiǎn)單，不影響電機(jī)的正常溫升，使電機(jī)更為安全可靠地運(yùn)行，適用于各種容量電動(dòng)機(jī)。
本實(shí)用新型提供的交流調(diào)速鼠籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)如

圖1、圖2、圖3、圖4、圖5所示。
圖1為交流調(diào)速鼠籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖(1)機(jī)殼，(2)(3)定子鐵心，(4)(5)定子繞組，(6)轉(zhuǎn)軸，(7)軸承，(8)(9)轉(zhuǎn)子鐵心，(10)轉(zhuǎn)子導(dǎo)線(xiàn)，(11)(12)端環(huán)，(13)絕緣導(dǎo)線(xiàn)，(14)轉(zhuǎn)軸中心孔，(15)旋轉(zhuǎn)電阻器，(16)螺栓，(17)鍵，(18)彈簧圈，(19)風(fēng)扇，(20)防護(hù)罩，(21)通風(fēng)口，(22)進(jìn)水口，(23)出水孔。
機(jī)殼(1)內(nèi)設(shè)有兩個(gè)定子鐵心(2)和(3)，其中分別嵌有定子繞組(4)和(5)，支撐在軸承(7)上的轉(zhuǎn)軸(6)上有兩段轉(zhuǎn)子鐵心(8)和(9)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條(10)橫貫于兩段轉(zhuǎn)子鐵心中，并在轉(zhuǎn)子鐵心外側(cè)各有端環(huán)(11)和(12)將導(dǎo)條連接，在兩段轉(zhuǎn)子鐵心中間的空隙處的導(dǎo)條上均勻間隔地接上適當(dāng)根數(shù)的絕緣導(dǎo)線(xiàn)(13)，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)軸中心孔(14)將絕緣導(dǎo)線(xiàn)引出至非軸伸端，用螺栓(16)與旋轉(zhuǎn)電阻器(15)相聯(lián)接。在緊靠電阻器上裝設(shè)風(fēng)扇(19)，防護(hù)罩(20)上開(kāi)通風(fēng)孔(21)，亦可通過(guò)進(jìn)水孔(22)噴冷水冷卻，由出水孔(23)排出。電阻器也可設(shè)在兩段鐵心中心間的空隙處，用加大轉(zhuǎn)軸直徑，在轉(zhuǎn)軸直徑中裝設(shè)充有工作介質(zhì)的熱管(24)，并在非軸伸端上裝散熱器(25)只需通過(guò)改變接線(xiàn)方式和調(diào)壓，就可以調(diào)節(jié)兩個(gè)定子繞組之一旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的大小和相位，獲得高起動(dòng)力矩，低起動(dòng)電流和分級(jí)或無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)。換接定子繞組接線(xiàn)方式可用手動(dòng)鼓形開(kāi)關(guān)或交流接觸器。調(diào)壓裝置可用飽和電抗器、調(diào)壓變壓器或晶閘管調(diào)壓裝置。也可由自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
圖2為旋轉(zhuǎn)電阻器例示圖。
旋轉(zhuǎn)電阻器由高阻率金屬材料制作，可以作成幅條形、圓環(huán)形或其他幾何形狀，通過(guò)鍵(17)將電阻器裝置到轉(zhuǎn)軸上，由彈簧圈(18)鎖住以防上軸向移動(dòng)，這樣，低調(diào)速時(shí)嚴(yán)重發(fā)熱的電阻器的高溫不會(huì)威脅電機(jī)絕緣的安全，同時(shí)，電阻器的幾何尺寸不受電機(jī)機(jī)殼內(nèi)部空間的限制，可以加大尺寸以便增加電阻器的熱容量，使溫升不至過(guò)高，這對(duì)于大容量電機(jī)是非常重要的。
圖3為充有工作介質(zhì)的熱管例示圖。
圖4為調(diào)速裝置的主接線(xiàn)例示圖。
圖中兩個(gè)定子繞組(4)和(5)串接電流互感器CT和飽和電抗器SL，并經(jīng)電流熔斷器ZR和閘刀開(kāi)關(guān)KP接于三相電源UVW，通過(guò)控制接觸器或晶閘管無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)JK0，JK1，JK2，JK3，JK4，JK5，JK6，JK7開(kāi)斷或閉合可以改變定子繞組(4)和(5)的首末端A1，B1，C1，A2，B2，C2和X1，Y1，Z1，X2，Y2，Z2，的接線(xiàn)方式以獲得移相180°，120°，60°，0°，即要求電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，接觸器JK0閉合，JK1斷開(kāi)，要求反轉(zhuǎn)時(shí)，JK1閉合，JK0斷開(kāi)，當(dāng)JK2和JK7閉合、而JK3，JK4，JK5，JK6斷開(kāi)，則定子繞組(4)和(5)所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同相(0°相位)；當(dāng)JK3和JK7閉合，而JK2、JK4、JK5、JK6斷開(kāi)，則兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)移相120°；當(dāng)JK4和JK6閉合，而JK2、JK3、JK5、JK7斷開(kāi)。則移相60°；當(dāng)JK5和JK6閉合，而JK2、JK3、JK4、JK7斷開(kāi)，則移相180°。這樣就可獲得分級(jí)調(diào)速或轉(zhuǎn)速的“粗調(diào)”。起動(dòng)時(shí)，如依次移相180°、120°60°0°，則可得到高起動(dòng)力矩，低起動(dòng)電流、起動(dòng)平滑的優(yōu)良起動(dòng)性能。如調(diào)節(jié)飽和電抗器SL的直流控制回路的直流電流大小，從而改變其等效電抗，可以實(shí)現(xiàn)調(diào)壓，這樣可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速或速度的“細(xì)調(diào)”。
圖5為自動(dòng)調(diào)速控制系統(tǒng)的例示圖自動(dòng)調(diào)速控制系統(tǒng)由單片微機(jī)(26)存儲(chǔ)器(27)和1／0擴(kuò)展口(28)組成，電源(29)接自閘刀KP之后，穩(wěn)壓電源(30)供給整個(gè)控制系統(tǒng)，同步信號(hào)發(fā)生器(31)檢測(cè)電源電壓過(guò)零點(diǎn)，并產(chǎn)生脈沖信號(hào)向CPU請(qǐng)求中斷，CPU根據(jù)調(diào)速要求進(jìn)行計(jì)算后，通過(guò)觸發(fā)脈沖產(chǎn)生器(32)去觸發(fā)晶閘管(33)，經(jīng)整流器(34)后送入飽和電抗器的直流回路(35)以實(shí)現(xiàn)調(diào)壓調(diào)速。電流互感器CT的交流信號(hào)變?yōu)橹绷麟妷盒盘?hào)(36)和(37)，測(cè)速器(38)檢測(cè)電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，(39)產(chǎn)生速度給定指令，(40)為多路開(kāi)關(guān)，(41)為A／D轉(zhuǎn)換器，(43)和(44)分別為中間繼電器和交流接觸器，(45)為發(fā)光二極管，指示當(dāng)時(shí)閉合的交流接觸器，(46)為定子繞組(4)和(5)的電流以及轉(zhuǎn)速的選擇顯示開(kāi)關(guān)或按鍵，并通過(guò)數(shù)碼管(42)予以顯示，(47)為DIP配置開(kāi)關(guān)，根據(jù)負(fù)載性質(zhì)對(duì)起動(dòng)力矩的要求予以整定，以使起動(dòng)過(guò)程平穩(wěn)，(48)為電機(jī)正轉(zhuǎn)、停轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的指令開(kāi)關(guān)或按鍵。
本實(shí)用新型的交流調(diào)速鼠籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)具有如下優(yōu)點(diǎn)1.電動(dòng)機(jī)由兩個(gè)定子和一個(gè)轉(zhuǎn)子組成，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，只需通過(guò)改變接線(xiàn)方式和調(diào)壓就可以調(diào)節(jié)兩個(gè)定子繞組旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的大小和相位差，獲得高起動(dòng)力矩，低起動(dòng)電流和分級(jí)或無(wú)級(jí)調(diào)速的優(yōu)良性能。
2.電動(dòng)機(jī)僅將每相繞組的首端和末端引出，不再?gòu)睦@組中抽頭，通過(guò)不同的接線(xiàn)方式，就可得到0°，60°，120°，180°的相移。為了大范圍平滑調(diào)速，只用調(diào)壓裝置對(duì)定子繞組調(diào)壓。這不僅降低了成本，增加了可靠性，更重要的是在低速時(shí)相應(yīng)降低電壓，減少了輸入電磁功率。提高了電機(jī)效率。相應(yīng)的轉(zhuǎn)差損耗降低、溫升低，增加了電機(jī)絕緣壽命，尤其適用于風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)負(fù)載。電動(dòng)機(jī)還可以構(gòu)成交流自動(dòng)調(diào)速控制系統(tǒng)。
3.旋轉(zhuǎn)電阻器裝設(shè)在機(jī)殼的非軸伸端，在低速時(shí)嚴(yán)重發(fā)熱的電阻器的高溫不會(huì)威脅電機(jī)絕緣的安全，同時(shí)，電阻器的幾何尺寸不受電機(jī)機(jī)殼內(nèi)部空間的限制，可以加大尺寸以便增加電機(jī)的熱容量，這種結(jié)構(gòu)形式使得電阻器的冷卻方式大為改善，可以強(qiáng)制冷卻如風(fēng)冷或噴水冷卻，對(duì)大容量電機(jī)是非常重要的，也可以將電阻器裝設(shè)在兩段轉(zhuǎn)子鐵心中間，加大轉(zhuǎn)軸直徑，加設(shè)熱管和散熱器，可以有效地散熱而簡(jiǎn)化了冷卻設(shè)施。
4.本實(shí)用新型與現(xiàn)有類(lèi)似電機(jī)相比，省去了復(fù)雜昂貴的機(jī)械移相裝置和相位檢測(cè)器，不需要改變定子繞組的極對(duì)數(shù)和每相繞組槽移，也不需要多個(gè)抽頭使用相應(yīng)多的接觸器，因此，成本低、適用廣，有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
實(shí)施例本實(shí)用新型的交流調(diào)速鼠籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，機(jī)殼、定子和轉(zhuǎn)子等均能在一般電機(jī)制造廠(chǎng)加工，旋轉(zhuǎn)電阻器選擇高阻率材料由普通車(chē)、鉆等機(jī)械加工制作，其他電子元件及連接件可以直接在商店購(gòu)買(mǎi)，本專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員均能按圖紙組裝，調(diào)試和正常工作。
權(quán)利要求1.一種交流調(diào)速鼠籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)[1]，含有機(jī)殼，定子和轉(zhuǎn)子，其特征在于該電動(dòng)機(jī)機(jī)殼(1)內(nèi)設(shè)有兩個(gè)定子鐵心(2)和(3)，其中分別嵌有定子繞組(4)和(5)，支撐在軸承(7)上的轉(zhuǎn)軸(6)上有兩段轉(zhuǎn)子鐵心(8)和(9)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條(10)橫貫于兩段轉(zhuǎn)子鐵心中，并在轉(zhuǎn)子鐵心外側(cè)各有端環(huán)(11)和(12)將導(dǎo)條連接，在兩段轉(zhuǎn)子鐵心中間的空隙處的導(dǎo)條上，均勻間隙地接上適當(dāng)根數(shù)的絕緣導(dǎo)線(xiàn)(13)，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)軸中心孔(14)將絕緣導(dǎo)線(xiàn)引出至非軸伸端，用螺栓(16)與旋轉(zhuǎn)電阻器(15)相連接，在緊靠電阻器上裝設(shè)風(fēng)扇(19)，防護(hù)罩(20)上開(kāi)通風(fēng)孔(21)，亦可通過(guò)進(jìn)水孔(22)噴冷水冷卻，由出水孔(23)排出，電阻器也可設(shè)在兩段鐵心中心間的空隙處，用加大轉(zhuǎn)軸直徑，在轉(zhuǎn)軸中心孔中裝設(shè)充有工作介質(zhì)的熱管(24)，并在非軸伸端上裝散熱器(25)來(lái)解決散熱問(wèn)題，只需通過(guò)改變接線(xiàn)方式和調(diào)壓，就可以調(diào)節(jié)兩個(gè)定子繞組旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)大小和相位差，獲得高起動(dòng)力矩，低起動(dòng)電流和分級(jí)或無(wú)級(jí)調(diào)速優(yōu)良性能，也可由自動(dòng)調(diào)速控制裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。
2.按照權(quán)利要求1所述交流調(diào)速鼠籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，其特征在于該電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)電阻器(15)由高阻率金屬材料制作，可以作成幅條形、圓環(huán)形或其他幾何形狀，通過(guò)鍵(17)將電阻器裝配到轉(zhuǎn)軸上，由彈簧圈(18)鎖住以防軸向移動(dòng)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述交流調(diào)速鼠籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，其特征在于該電動(dòng)機(jī)的調(diào)速裝置由電機(jī)的兩個(gè)定子繞組(4)和(5)串接電流互感器CT和飽和電抗器SL，并經(jīng)電流熔斷器ZR和閘刀開(kāi)關(guān)KP接于三相電源UVW，通過(guò)控制接觸器或晶閘管無(wú)接觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)JK0，JK1，JK2，JK3，JK4，JK5，JK6，JK7的開(kāi)斷或閉合可以改變定子繞組(4)和(5)的首末A1，B1，C1，A2，B2，C2，和X1，Y1，Z1，X2，Y2，Z2端接線(xiàn)方式以獲得移相180°，120°，60°，0°，則可得到高起動(dòng)力矩，低起動(dòng)電流的優(yōu)良起動(dòng)性能和分級(jí)調(diào)速，如調(diào)節(jié)飽和電抗器SL的直流控制回路的直流電流大小來(lái)進(jìn)行調(diào)壓，則可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。
專(zhuān)利摘要一種交流調(diào)速鼠籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，由兩個(gè)定子和一個(gè)轉(zhuǎn)子組成，其特征鐵心分為兩段，籠型轉(zhuǎn)子導(dǎo)線(xiàn)橫貫于兩段轉(zhuǎn)子鐵心之中，在中間空隙處的導(dǎo)條上均勻間隔地接上若干根絕緣導(dǎo)線(xiàn)，通過(guò)轉(zhuǎn)軸中心孔引至機(jī)殼外的非軸伸端與同軸旋轉(zhuǎn)的電阻器相接；也可以將電阻器放在兩段轉(zhuǎn)子鐵心中間，而轉(zhuǎn)軸加裝熱管和散熱器。其定子繞組通過(guò)改變接線(xiàn)方式和調(diào)壓就可調(diào)節(jié)兩個(gè)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的大小和相位差，獲得高起動(dòng)力矩，低起動(dòng)電流和分級(jí)或無(wú)級(jí)調(diào)速的優(yōu)良性能。
文檔編號(hào)H02K16/00GK2096154SQ9121416
公開(kāi)日1992年2月12日 申請(qǐng)日期1991年2月11日 優(yōu)先權(quán)日1991年2月11日
發(fā)明者李興源, 黃耀群, 楊國(guó)強(qiáng), 廖民 申請(qǐng)人:楊興源