專利名稱：交流電動機動態(tài)高效節(jié)電裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明技術涉及交流電動機節(jié)能技術領域。具體涉及一種交流電動機動態(tài)高效節(jié)電裝置。
背景技術：
對于用戶允許交流電動機調(diào)速的高效節(jié)電器，目前已經(jīng)廣泛采取變頻調(diào)速器，在負載有節(jié)電空間時，改變速度節(jié)能，多年來已證實是行之有效的節(jié)電辦法。但對不允許改變交流電動機轉速的用戶，目前采用的節(jié)能手段大都是在電源供電至電動機主回路之間串接可控硅或IGBT等電力電子器件，或采用電抗器、磁飽和電抗器等非線性電磁器件；根據(jù)負載輕或重改變上述器件上的電壓降，負載重則上述器件上的電壓降小，負載輕則上述器件上的電壓降大；從而電源施加在電動機上的電壓就會使電動機始終在經(jīng)濟狀態(tài)下運轉達到節(jié)能目的，但這種節(jié)電方法存在下述問題①節(jié)電率低；②產(chǎn)生諧波污染電網(wǎng)；③采用非線性器件降低主電源至電動機的供電電壓，根據(jù)下述電動機典型轉矩公式
T=K · Φ · I · cos Φ
式中T-電動機電磁轉矩(牛 米)；κ-電磁轉矩系數(shù)；Φ-定子磁通量I -轉子電流；COSCj5-轉子功率因數(shù)。由上式可知，當輸入電機定子電壓降低，定子繞組匝數(shù)是不變的(即阻抗不變)所以電壓降低，就會使定子電流減少即定子的安培 匝數(shù)減小，其結果必導致Φ減少，轉子切割φ產(chǎn)生的I相應減小，兩者乘積使電磁轉矩T絕對值就會減小，所以采用上述簡單的降壓節(jié)能方法，除節(jié)能效率低外，在負載突變時這種降壓節(jié)能方法，因轉矩減小易造成失步或堵轉，使電動機不能正常運轉。采用上述電力器件和非線性電磁器件均屬非線性器件，都會產(chǎn)生嚴重諧波，除污染電力網(wǎng)外還會影響附近電子設備運行，同時電動機在諧波作用下，自身損耗增大，使節(jié)電率無法提高。與本發(fā)明最接近的專利技術是2002年6月12日中國實用新型專利授權公開的一種“三相交流異步電動機節(jié)電器”，授權公告號CNM95060Y ；是在電動機與三相電源之間連接有三相電抗器或串接自耦變壓器，電抗器分別與大功率模塊電路連接，大功率模塊電路與探測自動控制電路連接，探測自動控制電路與電動機自控電路連接，探測自動控制電路與電動機相連。雖然該專利稱節(jié)電器為電動機供電的方式，始終是正弦波供電，可以節(jié)電。但從電路圖上可以看出在三相電抗器上接有非線性器件的大功率模塊電路，還是避免不了產(chǎn)生諧波污染電網(wǎng)的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是當不允許改變交流電動機轉速的用戶，可以采取降壓節(jié)能措施時，要設法解決因電壓降低，引起交流電動機定子電流減小，帶來定子主磁通 Φ減小，使電動機電磁轉矩減小，輸出功率下降的問題，提出了一種交流電動機動態(tài)高效節(jié)電裝置，該節(jié)電器可以克服現(xiàn)有技術的降壓節(jié)能器件因非線性器件所帶來的弊病。
本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案是
一種交流電動機動態(tài)高效節(jié)電裝置，是在電動機與電源之間串接有線性電抗器，線性電抗器由鐵芯、三相初級主繞組和分別與初級主繞組相對應耦合的三個控制繞組構成；線性電抗器三相初級主繞組的同名端分別與三相電源連接，末端與電動機的三相輸入端子相連；線性電抗器每相的控制繞組同名端接該相初級主繞組的末端，控制繞組的末端設有一個或一個以上抽頭，通過選擇開關或電路連接其它相的初級主繞組電源端。進一步地，上述線性電抗器的鐵芯，三相可以是單獨分開的鐵芯，每個鐵芯獨立設置初級主繞組和控制繞組，鐵芯所采用材料可以是矽鋼片或其它導磁材料。進一步地，上述線性電抗器的三相鐵芯可以是三柱的鐵芯，每柱設置一相初級主繞組和控制繞組。更進一部上述的三相單獨分開的鐵芯可以是芯式，也可以是殼式。更進一部地，若本發(fā)明的負載是高壓型電動機，則上述的線性電抗器有兩組或兩組以上，每組線性電抗器均是由鐵芯、三相初級主繞組和分別與初級主繞組相對應耦合的三個控制繞組構成；每組線性電抗器三相初級主繞組的同名端分別與三相電源連接，末端與電動機的三相輸入端子相連；每組線性電抗器每相的控制繞組同名端接該相初級主繞組的末端，控制繞組的末端設有一個或一個以上的抽頭，通過選擇開關或電路連接其它相的初級主繞組同名端；第一組線性電抗器三相初級主繞組的同名端接三相電源，第二組或第二組以上線性電抗器三相初級主繞組的同名端接前面一組線性電抗器三相初級主繞組的末端，第二組或第二組以上線性電抗器三相初級主繞組的末端接高壓型電動機。更進一部地，當只采用上述三相交流電動機動態(tài)高效節(jié)電裝置其中的一相部件， 而電源僅使用一相交流電和零線組成供電形式，即為單相交流異步電動機電磁式動態(tài)高效節(jié)電器。本發(fā)明是采用電壓負反饋技術來工作的，是針對不允許改變交流電動機轉速的用戶提供無諧波污染符合環(huán)保要求的綠色高效節(jié)電產(chǎn)品。當三相電源與本發(fā)明的輸入端Lli L2iL3即三相初級主繞組的同名端接通時，電源通過本發(fā)明初級主繞組同名端和末端U、V、W 交流電動機開始有電流瞬間，控制繞組的同名端，通過鐵芯的電磁耦合而產(chǎn)生感應電壓，施加在繞組末端U、V、W，控制繞組的末端與相鄰相的電源輸入端連接，構成三角形接法。(也可以采用星型接法，即將控制繞組與電源一次繞組相位相同的同名端與一次繞組的末端互相連接，控制繞組的末端，三相連接在一起形成“星型接法”。)上述控制繞組的接法均可以使交流電動機形成電壓負反饋，使電源經(jīng)過本發(fā)明接至電動機輸入端，使電機繞組獲得的電壓除按設計值降低外，由于電源初級繞組存在一定的電感，故次級控制繞組的感應電流產(chǎn)生的補充磁通Φ ttfe因該磁通的相位與主磁通相位一致，所以供給電動機的電壓雖因電壓負反饋作用降低，使主磁通Φ下降，但控制繞組產(chǎn)生的Φ 疊加作用而得到補充，當正確設計選擇控制繞組的安匝數(shù)，可以使電動機主磁通維持在無電壓負反饋時的Φ值，從而保證了電機不會因電壓負反饋而減小電磁轉矩，還可根據(jù)用戶要求，通過設計控制繞組的安匝數(shù)，實現(xiàn)交流電動機的軟啟動和在負載突變時可以快速補磁，使電動機瞬間產(chǎn)生強大電磁扭矩，保證電動機正常運轉，不會出現(xiàn)失步或堵轉現(xiàn)象，從而保證了節(jié)電過程中的動態(tài)高效節(jié)電功能。本發(fā)明的選擇開關或電路部件可根據(jù)負載不同調(diào)整負反饋；
正確選擇本發(fā)明的鐵芯的導磁材料，使之不會出現(xiàn)磁飽和現(xiàn)象，則本發(fā)明技術在電動機具有節(jié)電空間實施動態(tài)節(jié)電時，電動機因電壓負反饋作用，定子電流會線性的跟隨負載變化，因此本發(fā)明技術實現(xiàn)電動機節(jié)能過程中不會產(chǎn)生諧波，不會污染電力網(wǎng)符合環(huán)保要求的綠色高效節(jié)能產(chǎn)品。本發(fā)明技術制成的節(jié)電產(chǎn)品，主要材料部件由鐵芯，線圈繞組等材料組成，結構簡單，生產(chǎn)、維護都比較簡單，較以電子器件為主的電子類產(chǎn)品的節(jié)電器節(jié)電率高外，還具有耐高溫、耐久性好、可靠性高等優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明線性電抗器的結構示意圖。圖2是圖1實際運行連接示意圖。圖3是本發(fā)明三柱的鐵芯線性電抗器實際運行連接示意圖。圖4是本發(fā)明殼式鐵芯線性電抗器實際運行連接示意圖。圖5是本發(fā)明芯式鐵芯線性電抗器接高壓電動機運行的結構示意圖。圖6是本發(fā)明殼式鐵芯線性電抗器接高壓電動機運行的結構示意圖。圖7是本發(fā)明三柱的鐵芯線性電抗器接高壓電動機運行的結構示意圖。圖8是本發(fā)明單相交流異步電動機電磁式動態(tài)高效節(jié)電器結構示意圖。附圖中1鐵芯；2初級主繞組；3控制繞組；4選擇開關或電路；Li、L2、L3三相電源；U、V、W電動機的三相輸入端子；M電動機；HM高壓型電動機。
具體實施例方式除實施例說明本發(fā)明的主要內(nèi)函外，因本發(fā)明技術原理涉及多種不同交流電動機，均可以采用本發(fā)明技術原理實現(xiàn)動態(tài)高效節(jié)能。特別是單相電動機，所涉及的線性電抗器只有一個初級主繞組和與初級主繞組相對應耦合的一個控制繞組，本發(fā)明的下面就將不同結構的電磁式節(jié)電器，不同電壓等級，不同性能特征的交流電機采用本發(fā)明技術的應用范例介紹如下
實施例1
參照圖1，一種交流電動機動態(tài)高效節(jié)電裝置，是在電動機M與電源Ll、L2、L3之間串接有線性電抗器；線性電抗器由芯式鐵芯1、三相初級主繞組2和分別與初級主繞組相對應耦合的三個控制繞組3構成；線性電抗器三相初級主繞組2的同名端“ ”分別與三相電源 Li、L2、L3連接，末端與電動機的三相輸入端子U、V、W相連；線性電抗器每相的控制繞組3 同名端“*”接該相初級主繞組2的末端，控制繞組3的末端設有三個抽頭，通過選擇開關4 或電路連接其它相的初級主繞組同名端“ ”。參照圖2，是本實施例連接電動機M的實際運行連接示意圖。當主繞組2流過電流時，通過芯式導磁體的鐵芯1是在控制繞組3上產(chǎn)生感應電壓；通過選擇開關4或電路，在主繞組2末端產(chǎn)生負反饋，負反饋的強弱可以通過選擇開關4或電路調(diào)整；將所感應的電壓作用在電動機上，從而使電流通過主繞組2后到電動機M的輸入電壓的降低程度根據(jù)負載大小可相應變化。實施例2
本實施例的線性電抗器的鐵芯1是三柱的鐵芯，見附圖3，鐵芯所采用材料是矽鋼片；每柱設置一相初級主繞組2和控制繞組3。其余同實施例1。實施例3
本實施例的線性電抗器的鐵芯1是殼式鐵芯，見附圖4，鐵芯所采用材料是鐵氧體磁芯。其余同實施例1。實施例4
本實施例的線性電抗器的鐵芯1是芯式鐵芯，鐵芯所采用材料是高導磁(Fe Si B) 98 (Cu Nb)2非晶合金鐵芯。其余同實施例1。實施例5
一種交流電動機動態(tài)高效節(jié)電裝置，參照圖5是在高壓型電動機HM與電源Li、L2、L3 之間串接有線性電抗器；線性電抗器有兩組或兩組以上，每組線性電抗器均是由殼式鐵芯 1、三相初級主繞組2和分別與初級主繞組相對應耦合的三個控制繞組3構成；每組線性電抗器三相初級主繞組2的同名端分別與三相電源L1、L2、L3連接，末端與電動機的三相輸入端子U、V、W相連；每組線性電抗器每相的控制繞組3同名端接該相初級主繞組2的末端， 控制繞組3的末端設有三個抽頭，通過選擇開關4或電路連接其它相的初級主繞組同名端； 第一組線性電抗器三相初級主繞組的同名端接三相電源，第二組或第二組以上線性電抗器三相初級主繞組的同名端接前面一組線性電抗器三相初級主繞組的末端，第二組或第二組以上線性電抗器三相初級主繞組的末端接高壓型電動機HM。實施例6
一種交流電動機動態(tài)高效節(jié)電裝置，參照圖6，是在高壓型電動機HM與電源Ll、L2、L3 之間串接有線性電抗器；線性電抗器有兩組或兩組以上，每組線性電抗器均是由芯式鐵芯 1、三相初級主繞組2和分別與初級主繞組相對應耦合的三個控制繞組3構成；其余同實施例5。實施例7
一種交流電動機動態(tài)高效節(jié)電裝置，參照圖7，是在高壓型電動機HM與電源Ll、L2、L3 之間串接有線性電抗器；線性電抗器有兩組或兩組以上，每組線性電抗器均是由三柱的鐵芯1、三相初級主繞組2和分別與初級主繞組相對應耦合的三個控制繞組3構成；其余同實施例5。實施例8
一種單相電動機電磁式動態(tài)高效節(jié)電器，參照圖8，是在電動機M與電源L的相線之間串接有線性電抗器；線性電抗器由鐵芯1、初級主繞組2和控制繞組3構成；線性電抗器初級主繞組2的同名端與電源L連接，末端與電動機相連；線性電抗器的控制繞組3同名端接初級主繞組2的末端，控制繞組3的末端直接或通過一個電路連接電源的零線N端。
權利要求
1.一種交流電動機動態(tài)高效節(jié)電裝置，其特征是在電動機(M)與電源(L1、L2、L3)之間串接有線性電抗器；線性電抗器由鐵芯(1)、三相初級主繞組(2)和分別與初級主繞組相對應耦合的三個控制繞組(3)構成；線性電抗器三相初級主繞組(2)的同名端分別與三相電源(L1、L2、L3)連接，末端與電動機的三相輸入端子(U、V、W)相連；線性電抗器每相的控制繞組(3)同名端接該相初級主繞組(2)的末端，控制繞組(3)的末端直接或通過一個電路連接其它相的初級主繞組電源端。
2.根據(jù)權利要求1所述的交流電動機動態(tài)高效節(jié)電裝置，其特征在于所述的線性電抗器的鐵芯(1 )，三相可以是單獨分開的鐵芯，每個鐵芯獨立設置初級主繞組(2)和控制繞組(3)，鐵芯所采用材料可以是矽鋼片或其它導磁材料。
3.根據(jù)權利要求1所述的交流電動機動態(tài)高效節(jié)電裝置，其特征在于上述線性電抗器的三相鐵芯(1)可以是三柱的鐵芯，每柱設置一相初級主繞組(2 )和控制繞組(3 )。
4.根據(jù)權利要求2所述的交流電動機動態(tài)高效節(jié)電裝置，其特征在于上述的三相單獨分開的鐵芯可以是芯式，也可以是殼式，所述控制繞組(3)的末端設有一個或一個以上抽頭，通過選擇開關(4)或電路連接其它相的初級主繞組電源端。
5.一種交流電動機動態(tài)高效節(jié)電裝置，其特征是在高壓型電動機(HM)與電源(L1、L2、 L3)之間串接有線性電抗器；線性電抗器有兩組或兩組以上，每組線性電抗器均是由鐵芯 (1)、三相初級主繞組(2)和分別與初級主繞組相對應耦合的三個控制繞組(3)構成；每組線性電抗器三相初級主繞組(2)的同名端分別與三相電源(L1、L2、L3)連接，末端與電動機的三相輸入端子(U、V、W)相連；每組線性電抗器每相的控制繞組(3)同名端接該相初級主繞組(2)的末端，控制繞組(3)的末端直接或通過一個電路連接其它相的初級主繞組同名端；第一組線性電抗器三相初級主繞組的同名端接三相電源，第二組或第二組以上線性電抗器三相初級主繞組的同名端接前面一組線性電抗器三相初級主繞組的末端，第二組或第二組以上線性電抗器三相初級主繞組的末端接高壓型電動機(HM)。
6.一種交流電動機動態(tài)高效節(jié)電裝置，其特征是在電動機(M)與電源(L)的相線之間串接有線性電抗器；線性電抗器由鐵芯(1)、初級主繞組(2)和控制繞組(3)構成；線性電抗器初級主繞組(2)的同名端與電源(L)連接，末端與電動機相連；線性電抗器的控制繞組 (3 )同名端接初級主繞組(2 )的末端，控制繞組(3 )的末端直接或通過一個電路連接電源的零線端。
全文摘要
本發(fā)明是一種交流電動機動態(tài)高效節(jié)電裝置。是在電動機(M)與電源(L1、L2、L3)之間串接有線性電抗器；它由鐵芯(1)、三相主繞組(2)和分別與主繞組相對應耦合的三個控制繞組(3)構成，三相主繞組(2)的同名端分別與電源(L1、L2、L3)連接，末端則與電動機輸入端子(U、V、W)及控制繞組(3)的同名端三者互相連接，這種負反饋連接使主繞組(2)構成了線性電抗器，故它降低電壓供電動機時，不會產(chǎn)生諧波。與主繞組共一磁路的控制繞組(3)，將感應主繞組獲得的能量灌入電動機，使定子主磁通獲動態(tài)補磁而保持轉矩不變，在負載突變，可瞬間增大轉矩防止堵轉，本發(fā)明為電磁式結構，節(jié)電率高，生產(chǎn)、維護簡單，較以電子器件組成的節(jié)電器無諧波、耐高溫、可靠性高、耐久性好。
文檔編號H02P25/16GK102412779SQ20111037730
公開日2012年4月11日 申請日期2011年11月24日 優(yōu)先權日2011年11月24日
發(fā)明者唐佶, 袁劍輝, 譚勛瓊 申請人:長沙理工大學