專利名稱：交流繞線式轉(zhuǎn)子無(wú)集電環(huán)調(diào)速電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種旋轉(zhuǎn)電機(jī)，特別是一種串級(jí)交流繞線式轉(zhuǎn)子無(wú)集電環(huán)調(diào)速電動(dòng)機(jī)。
目前代表國(guó)際先進(jìn)水平的交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)，系變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)，該電機(jī)靠電子系統(tǒng)將50／60赫芝市電進(jìn)行頻率變換后供給感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)使之進(jìn)行調(diào)速的電動(dòng)機(jī)。該機(jī)電子線路復(fù)雜價(jià)格昂貴，使用環(huán)境要求苛刻，因而對(duì)于低速大轉(zhuǎn)矩大功率電機(jī)及對(duì)一些要求不高的場(chǎng)合，其他傳統(tǒng)電機(jī)仍占很大市場(chǎng)。又因該機(jī)成本過(guò)大及維修困難在我國(guó)國(guó)情下難已推廣。
目前我國(guó)沿用的交流換向器式調(diào)速電機(jī)、電磁滑差離合器調(diào)速電動(dòng)機(jī)，分別由于轉(zhuǎn)子帶換向器并集電環(huán)運(yùn)行維修困難且體積大，力能指標(biāo)低，電磁滑差離合器工作溫度200K以上高發(fā)熱，及低速時(shí)轉(zhuǎn)速脈動(dòng)因而應(yīng)用受到限制，更不便制成防爆電機(jī)應(yīng)于于礦山、石油、化工………等易燃易爆的環(huán)境。
與本實(shí)用新型相近的繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，仍沿用集電環(huán)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性低，轉(zhuǎn)子需要龐大的整流設(shè)備及逆變裝置，一個(gè)電機(jī)需配三
面開(kāi)關(guān)控制柜，體積龐大控制繁瑣，運(yùn)行功率因數(shù)很差價(jià)格很貴，僅用于調(diào)頻電機(jī)難以承擔(dān)的中、大型調(diào)速驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合。
本實(shí)用新型的目的就在于克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述缺點(diǎn)和不足而提供一種交流繞線轉(zhuǎn)子無(wú)集電環(huán)的調(diào)速電動(dòng)機(jī)，它是利用兩個(gè)同機(jī)殼安裝的交流繞線式轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)串級(jí)，而使轉(zhuǎn)子回路阻抗隨電機(jī)轉(zhuǎn)速而變化進(jìn)行調(diào)壓調(diào)速的節(jié)能調(diào)速電動(dòng)機(jī)該電機(jī)低速大力矩輸出。目的之二，本實(shí)用新型繞線轉(zhuǎn)子式電動(dòng)機(jī)不帶集電環(huán)系統(tǒng)易于維修，易于防爆，工作可靠，目的之三本實(shí)用新型解決需用低速大力矩恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速又需小范圍具有恒功率特性的類似機(jī)床直接驅(qū)動(dòng)變速的系統(tǒng)作調(diào)速之用。
本實(shí)用新型效果在于由于在同一電機(jī)機(jī)殼內(nèi)，裝置一個(gè)由調(diào)壓電源供電的主電機(jī)和串級(jí)一個(gè)作頻敏電阻使用的付電機(jī)，所以本實(shí)用新型其轉(zhuǎn)子阻抗能隨轉(zhuǎn)速變化而獲得良好的無(wú)級(jí)調(diào)速特性。
由于本實(shí)用新型主、付電機(jī)的轉(zhuǎn)子同軸安裝，其兩轉(zhuǎn)子三相繞組相串聯(lián)的導(dǎo)線，沿轉(zhuǎn)軸綁扎布線，因而省去了集電環(huán)，電刷裝置。在電機(jī)起動(dòng)運(yùn)行時(shí)，無(wú)需外接電阻和切換裝置。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，易制成防爆電機(jī)，易于維修，制造成本低。
由于本實(shí)用新型主電機(jī)串級(jí)的付電機(jī)，除起阻抗變換作用外，還將主電機(jī)的滑差功率變?yōu)楦峨姍C(jī)電磁轉(zhuǎn)矩，變?yōu)闄C(jī)械能疊加于電機(jī)轉(zhuǎn)軸，使滑差功率得到再生利用，因而節(jié)能效果明顯。
由于本實(shí)用新型系在我國(guó)YR基本系列上派生設(shè)計(jì)的，因而工廠無(wú)需另外投資即可轉(zhuǎn)產(chǎn)。
本實(shí)用新型電控系統(tǒng)，僅為變頻調(diào)速電控箱體積、重量的1／2。
本實(shí)用新型產(chǎn)品售價(jià)，僅為變頻調(diào)速電機(jī)的1／2，易于推廣。
本實(shí)用新型目的是這樣實(shí)現(xiàn)的在同一電機(jī)機(jī)殼內(nèi)，裝置兩個(gè)三相繞線式轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)。其兩個(gè)電機(jī)串級(jí)聯(lián)結(jié)，轉(zhuǎn)子同軸安裝，電機(jī)在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下通過(guò)調(diào)壓進(jìn)行調(diào)速。
其中由三相交流調(diào)壓電源供電的電機(jī)稱主電機(jī)〈主機(jī)〉。主機(jī)定、轉(zhuǎn)子與普通繞線式轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)相同。其轉(zhuǎn)子三相繞組的尾端封接為星形中點(diǎn)，端頭2U、2V、2W與付機(jī)轉(zhuǎn)子三相繞組端頭4U、4V、4W接成閉合電路。當(dāng)交流調(diào)變電壓輸入主機(jī)定子后，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子有電流流過(guò)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。
同一機(jī)殼內(nèi)另一電機(jī)稱付電機(jī)〈付機(jī)〉，付機(jī)定、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)亦同普通繞線轉(zhuǎn)子式異步電動(dòng)機(jī)，但其付機(jī)定子繞組的接線，則按普通電機(jī)鼠籠式或繞線式轉(zhuǎn)子短路封接，其三相繞組的尾端封接為三相星形中點(diǎn)，其三個(gè)端頭3U、3V、3W相短接類似鼠籠轉(zhuǎn)子接線，實(shí)質(zhì)上付機(jī)定子起到普通電機(jī)轉(zhuǎn)子的作用，但結(jié)構(gòu)上不旋轉(zhuǎn)。
付機(jī)轉(zhuǎn)子繞組接線，完全相同繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子，其三相繞組尾端接為星形中點(diǎn)，端頭與主機(jī)轉(zhuǎn)子繞組三相的端頭反相序?qū)有纬墒箖呻姍C(jī)轉(zhuǎn)向一致的串聯(lián)閉合電路。在工作時(shí)付機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)質(zhì)上接受主機(jī)轉(zhuǎn)子的感應(yīng)電壓作為電源，在主機(jī)調(diào)速運(yùn)行時(shí)，主機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的滑差功率被引入付機(jī)，產(chǎn)生付機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩，主付機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩在同一轉(zhuǎn)軸上疊加，將普通繞線式轉(zhuǎn)子電機(jī)被外接電阻消耗的滑差功率，本實(shí)用新型付機(jī)將其轉(zhuǎn)換為機(jī)械能回收利用實(shí)現(xiàn)節(jié)能?！匆?jiàn)圖2〉付電機(jī)實(shí)質(zhì)上又是主電機(jī)的串聯(lián)″頻敏電阻″。在電機(jī)調(diào)速運(yùn)行時(shí)，隨著不同轉(zhuǎn)速，在主機(jī)轉(zhuǎn)子中感應(yīng)不同頻率轉(zhuǎn)子電壓，此作為付機(jī)轉(zhuǎn)子電源，而主要影響付機(jī)等效電阻〈阻抗〉的渦流損耗與電源頻率平方成正比，付機(jī)在此頻敏特性作用下，使調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)子回路總阻抗隨轉(zhuǎn)速而變化，使本實(shí)用新型獲得良好的無(wú)級(jí)調(diào)速特性。
由于本電機(jī)主、付機(jī)轉(zhuǎn)子同軸安裝，其電氣串聯(lián)引線，可沿軸綁扎布線因而省去電刷及集電環(huán)裝置，在電機(jī)運(yùn)行時(shí)無(wú)需再外接電阻器及切換裝置，構(gòu)成本交流繞線式轉(zhuǎn)子的無(wú)集電環(huán)電機(jī)結(jié)構(gòu)。
本實(shí)用新型是由下面實(shí)施例及附圖實(shí)現(xiàn)的

圖1本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)原理圖；圖2本實(shí)用新型電機(jī)電氣接線圖；圖3本實(shí)用新型開(kāi)環(huán)晶閘管控制系統(tǒng)的調(diào)速電動(dòng)機(jī)方框圖；圖4本實(shí)用新型閉環(huán)晶閘管控制系統(tǒng)的調(diào)速電動(dòng)機(jī)方框圖；圖5本實(shí)用新型應(yīng)用磁放大器閉環(huán)控制的調(diào)速電動(dòng)機(jī)方框圖。
下面將結(jié)合實(shí)施例及附圖1－5對(duì)本實(shí)用新型具體結(jié)構(gòu)及其原理進(jìn)行說(shuō)明本實(shí)用新型是在國(guó)家基本電機(jī)系列基礎(chǔ)上，派生設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)為電機(jī)機(jī)殼1、主機(jī)定子2、主機(jī)轉(zhuǎn)子3、轉(zhuǎn)軸4、付機(jī)定子5、付機(jī)轉(zhuǎn)子6、端蓋7、11、軸承8、12、電機(jī)風(fēng)扇9、風(fēng)罩10及控制電路構(gòu)成本實(shí)用新型，在配用閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)時(shí)加裝測(cè)速元件13，其特征在于由主機(jī)定子2、主機(jī)轉(zhuǎn)子3、組成的主電機(jī)；由付機(jī)定子5、付機(jī)轉(zhuǎn)子6、組成的付電機(jī)。主付電機(jī)裝于同一電機(jī)機(jī)殼；主機(jī)轉(zhuǎn)子3和付機(jī)轉(zhuǎn)子6同裝于轉(zhuǎn)軸4；主付電機(jī)串級(jí)聯(lián)結(jié)?！匆?jiàn)圖1〉現(xiàn)將本實(shí)用新型的工作機(jī)理簡(jiǎn)述如下根據(jù)電機(jī)原理交流異步電動(dòng)機(jī)欲得高比功，在一定條件下轉(zhuǎn)子電阻越小機(jī)械特性越硬，電機(jī)效率越高。
欲獲得良好的電機(jī)調(diào)速特性，其轉(zhuǎn)子回路電阻必須大于相對(duì)于臨界滑差時(shí)轉(zhuǎn)子電阻值rR2。
因此兩個(gè)方面是相互矛盾的，但對(duì)調(diào)速電機(jī)產(chǎn)品這兩個(gè)指標(biāo)都必需滿足。
為滿足調(diào)速電機(jī)對(duì)電機(jī)效率的要求，本實(shí)用新型主機(jī)定子2和主機(jī)轉(zhuǎn)子3組成的主電機(jī)，系按高磁導(dǎo)、低鐵耗、低阻抗、高轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)的。當(dāng)轉(zhuǎn)子回路阻抗呈現(xiàn)最小值時(shí)，調(diào)速電機(jī)在高速段高性能運(yùn)行。
為滿足調(diào)速電機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)子回路電阻的要求，用作主機(jī)串聯(lián)的″頻敏電阻″付機(jī)，設(shè)計(jì)時(shí)采用高飽和磁路，低繞組電阻電路。在主機(jī)轉(zhuǎn)速變化時(shí)，主機(jī)轉(zhuǎn)子3所感應(yīng)的轉(zhuǎn)子電壓頻率不同，供付機(jī)后其渦流損耗為主的等效電阻rm隨電壓頻率成正比變化，主電機(jī)轉(zhuǎn)速高時(shí)rm小，轉(zhuǎn)速低時(shí)rm大滿足了電機(jī)調(diào)速時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)子電阻的不同要求，獲得無(wú)級(jí)調(diào)速特性。
本實(shí)用新型在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，主電機(jī)定子2由調(diào)壓電源經(jīng)端子1U、1V、1W供三相交流低電壓，電機(jī)低速轉(zhuǎn)動(dòng)。主機(jī)轉(zhuǎn)子3內(nèi)感應(yīng)電壓頻率很高(f2≈f1)，轉(zhuǎn)速接近于零時(shí)，頻率接近于電綱頻率。此電壓供給付機(jī)轉(zhuǎn)子6與付機(jī)定子5所組成的付電機(jī)，此時(shí)等效電阻r′m處于最大值。由于付機(jī)轉(zhuǎn)子6與主機(jī)轉(zhuǎn)子3串聯(lián)因而調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)子回路總阻抗處于最大值，因而限制了低速時(shí)的滑差電流，增加了力矩，使本實(shí)用新型在低速段機(jī)械特性很到穩(wěn)定。
本實(shí)用新型在中高速運(yùn)行時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速逐漸上升，轉(zhuǎn)子電壓頻率下降(f2≈Sf)，在最高速時(shí)降至1～3赫芝幾乎與直流電相同。此時(shí)付機(jī)渦流損耗降至接近于零，付機(jī)繞組設(shè)計(jì)直流電阻很小此時(shí)調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)子回路總阻抗呈最小值。本實(shí)用新型在高速高效率下運(yùn)行，從而解決了調(diào)速電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下對(duì)轉(zhuǎn)子電阻不同的要求，使產(chǎn)品全面達(dá)到予期指標(biāo)。
本實(shí)用新型付機(jī)轉(zhuǎn)子6，在主機(jī)轉(zhuǎn)子3感應(yīng)電壓供電下，建立三相旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)在付機(jī)定子5的鼠籠電路中感生電流，產(chǎn)生付機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與主機(jī)共同驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)軸4。主機(jī)滑差功率被轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，得以回收利用，達(dá)到節(jié)能目的。
本實(shí)用新型易于制成低速大力矩產(chǎn)品根據(jù)電機(jī)原理電機(jī)串級(jí)后轉(zhuǎn)速nK= (60f)/(P1+P2)f電源頻率P1、P2被串級(jí)各電機(jī)的極對(duì)數(shù)。
串級(jí)后電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩關(guān)系M1M2MK＝1／n11／n21／nKM1，M2，MK各組成串級(jí)電機(jī)的力矩；n1，n2，nK各組成串級(jí)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速。
所以本原理制成的交流調(diào)速電機(jī)易制成低速區(qū)段大力矩產(chǎn)品。
本實(shí)用新型與調(diào)壓控制系統(tǒng)組成的交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)。
本實(shí)用新型配用開(kāi)環(huán)控制調(diào)壓系統(tǒng)的調(diào)速電動(dòng)機(jī)，該系統(tǒng)由控制回路與主回路組成，控制回路采用集成化元件，設(shè)置三相輸出相位同步及電壓平衡電路、軟起動(dòng)、相位判別、內(nèi)外調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，采用高達(dá)35KHz調(diào)制脈沖大大降低了觸發(fā)功耗，主回路采用模塊式晶閘管。由此組成的系統(tǒng)由一個(gè)電位器給定轉(zhuǎn)速指令相應(yīng)調(diào)壓的電控系統(tǒng)。用于對(duì)轉(zhuǎn)速精度要求不高的調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)調(diào)速用?！匆?jiàn)圖3〉本實(shí)用新型配用晶閘管調(diào)壓閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)，該系統(tǒng)按工作轉(zhuǎn)速需要由給定電位器給出一個(gè)轉(zhuǎn)速給定電壓Vgn與測(cè)速機(jī)SCF、放大器SF的負(fù)反饋電壓Vpn通過(guò)ST環(huán)節(jié)相比較得偏差電壓△V＝Vgn－Vpn經(jīng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)輸出控制電壓VK，再經(jīng)觸發(fā)器CF輸出控制角α，以控制調(diào)壓裝置雙向晶閘管的導(dǎo)通相位角達(dá)到控制本調(diào)速電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速，本系統(tǒng)能控制速度精度誤差在＜2％。〈見(jiàn)圖4〉本實(shí)用新型配用磁放大器調(diào)壓閉環(huán)群控調(diào)速系統(tǒng)，系統(tǒng)主回路系由交直流聯(lián)合激磁的可變電壓磁放大器構(gòu)成，當(dāng)直流激磁電流逐漸變化時(shí)電抗隨之變化達(dá)到調(diào)壓目的。其控制電路〈同圖3〉。該系統(tǒng)可組成群控調(diào)速電動(dòng)機(jī)集群。本系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)安全、簡(jiǎn)單、可靠。缺點(diǎn)相對(duì)重量較重，但一臺(tái)控制器控制多臺(tái)電機(jī)，則此缺點(diǎn)不突出，相應(yīng)成本大幅度下降，易于推廣?！匆?jiàn)圖5〉
權(quán)利要求1.一種交流繞線式轉(zhuǎn)子無(wú)集電環(huán)調(diào)速電動(dòng)機(jī)，由電機(jī)機(jī)殼1、主機(jī)定子2、主機(jī)轉(zhuǎn)子3、轉(zhuǎn)軸4、付機(jī)定子5、付機(jī)轉(zhuǎn)子6、端蓋7、軸承8、電機(jī)風(fēng)扇9、風(fēng)罩10、端蓋11、軸承12及控制電路其采用閉環(huán)控制系統(tǒng)時(shí)加裝測(cè)速元件13構(gòu)成，其特征在于由主機(jī)定子2，主機(jī)轉(zhuǎn)子3，組成的主電機(jī)，由付機(jī)定子5、付機(jī)轉(zhuǎn)子6組成的付電機(jī)，主付電機(jī)裝于同一電機(jī)機(jī)殼1中，主機(jī)轉(zhuǎn)子3和付機(jī)轉(zhuǎn)子6同裝于轉(zhuǎn)軸4，主付機(jī)串級(jí)聯(lián)結(jié)。
2.按照權(quán)利要求1所述的交流繞線式轉(zhuǎn)子無(wú)集電環(huán)調(diào)速電動(dòng)機(jī)，其特征主電機(jī)與付電機(jī)裝于同一電機(jī)機(jī)殼1中，主機(jī)轉(zhuǎn)子3與付機(jī)轉(zhuǎn)子6裝于同一轉(zhuǎn)軸4，主付機(jī)轉(zhuǎn)子繞組各自接成星形后三相引出線端頭按對(duì)應(yīng)反相序沿轉(zhuǎn)軸4布置導(dǎo)線綁扎對(duì)接，無(wú)集電環(huán)電刷結(jié)構(gòu)。
專利摘要一種交流繞線式轉(zhuǎn)子無(wú)集電環(huán)調(diào)速電動(dòng)機(jī)，其結(jié)構(gòu)是在同一電機(jī)機(jī)殼內(nèi)裝置兩個(gè)三相交流繞線式轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)。由調(diào)壓供電運(yùn)行的為主電機(jī)，串級(jí)一個(gè)作頻敏電阻使用的副電機(jī)。兩電機(jī)轉(zhuǎn)子同軸安裝，其兩轉(zhuǎn)子繞組通過(guò)軸上導(dǎo)線相串聯(lián)。主電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下感應(yīng)不同頻率的轉(zhuǎn)子電壓供副電機(jī)，其頻敏特性使轉(zhuǎn)子阻抗隨轉(zhuǎn)速而變化電機(jī)獲得調(diào)速特性和高力能指標(biāo)。副電機(jī)的轉(zhuǎn)子與其鼠籠式定子所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與主電機(jī)共同驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)軸，滑差電能得到回收利用電機(jī)節(jié)能。
文檔編號(hào)H02K16/02GK2140112SQ92238630
公開(kāi)日1993年8月11日 申請(qǐng)日期1992年10月30日 優(yōu)先權(quán)日1992年10月30日
發(fā)明者楊德欣 申請(qǐng)人:楊德欣