專利名稱：多繞組串聯(lián)變?nèi)萘扛袘?yīng)電動機(jī)及其控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多繞組串聯(lián)變?nèi)萘扛袘?yīng)電動機(jī)及其電氣控制裝置。
背景技術(shù)：
目前我國冶金礦山物料裝載中的皮帶輸送機(jī)，以及石油開采中的抽油機(jī)電機(jī)起動或是運(yùn)行時(shí)，重載和輕載甚至空載的情況經(jīng)常交替出現(xiàn)，存在著嚴(yán)重的“大馬拉小車”現(xiàn)象而導(dǎo)致效率低下，能耗嚴(yán)重。為適應(yīng)這樣的負(fù)載，電機(jī)一般要按重載起動或運(yùn)行要求選配， 但這樣又會造成電機(jī)輕載運(yùn)行時(shí)實(shí)際負(fù)載率小，效率和功率因數(shù)低下。為滿足輸送電機(jī)能夠自動匹配負(fù)載變化高效運(yùn)行的要求，國內(nèi)外曾提出過很多方案，如采用高轉(zhuǎn)差電機(jī)，永磁電機(jī)以及雙定子電機(jī)等，但這些方案或是改進(jìn)不大，或是成本過高及控制復(fù)雜等，因而并不能適應(yīng)實(shí)際應(yīng)用的要求。

實(shí)用新型內(nèi)容為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本實(shí)用新型的目的在于提出了一種多繞組串聯(lián)變?nèi)萘扛袘?yīng)電動機(jī)，該電動機(jī)能更好地適應(yīng)負(fù)載變化的情況，起動轉(zhuǎn)矩大，運(yùn)行效率和功率因數(shù)高，控制簡便，可靠性好，空載電流顯著下降，節(jié)能效果好。本實(shí)用新型的另一目的在于提供一種該多繞組串聯(lián)變?nèi)萘扛袘?yīng)電動機(jī)的控制裝置，具有性能穩(wěn)定，當(dāng)高功率電動機(jī)啟動后，由自動控制裝置延時(shí)，自動轉(zhuǎn)換到電動機(jī)的中功率或低功率運(yùn)行。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案該多繞組串聯(lián)變?nèi)萘扛袘?yīng)電動機(jī)， 具有定子繞組，其特征在于所述定子繞組由三套三相繞組復(fù)合構(gòu)成，該三套繞組各對應(yīng)串聯(lián)連接，每相繞組有3個(gè)出線端，三相共有9個(gè)出線端，每套繞組為單層布置，所述三套繞組的出線端分別與控制裝置中執(zhí)行電路中的三個(gè)接觸器連接，從而實(shí)現(xiàn)多功率變?nèi)萘壳袚Q。所述三相繞組為Y接法。所述三套繞組采用Y-Δ混合串聯(lián)連接，對于高功率容量接法為Δ聯(lián)接，對于中功率容量為Υ-Δ混合串聯(lián)接法，對于低功率為2Υ-Δ混合串聯(lián)接法。所述控制裝置具有高功率啟動電路、中功率運(yùn)行電路和低功率運(yùn)行電路，高功率啟動后經(jīng)啟動延時(shí)模塊數(shù)秒鐘延時(shí)后轉(zhuǎn)換為中功率運(yùn)行電路或低功率運(yùn)行電路，經(jīng)電流信號采集電路和鑒別電路對電動機(jī)電流大小的檢測鑒別，越上限時(shí)經(jīng)延時(shí)抗干擾電路轉(zhuǎn)換中功率運(yùn)行電路，中功率運(yùn)行電路信號反饋至鑒別電路，越下限時(shí)經(jīng)延時(shí)抗干擾電路轉(zhuǎn)換低功率運(yùn)行模塊，低功率運(yùn)行電路信號反饋至鑒別電路。所述低功率運(yùn)行電路和中功率電路運(yùn)行連接有累計(jì)運(yùn)行計(jì)時(shí)電路。所述電流信號采集電路連接有斷相保護(hù)電路和過電流保護(hù)電路。所述控制裝置的執(zhí)行電路中具有點(diǎn)動找平衡電路，所述點(diǎn)動找平衡電路具有分別并接在高功率啟動繼電器線圈、中功率運(yùn)行繼電器線圈和低功率運(yùn)行繼電器線圈支路上的微動開關(guān)，位于高功率啟動繼電器線圈支路中的微動開關(guān)并聯(lián)有高功率啟動繼電器常開開關(guān)。該多繞組串聯(lián)變?nèi)萘扛袘?yīng)電動機(jī)定子具有三套繞組，這些繞組串聯(lián)聯(lián)接，形成可選擇的變?nèi)萘康亩喙β蕶n，由三個(gè)接觸器實(shí)現(xiàn)多功率變?nèi)萘康那袚Q。其中高功率檔具有高起動轉(zhuǎn)矩，用于重載起動或運(yùn)行，起動過程完畢可視負(fù)載情況保持高功率檔運(yùn)行或是轉(zhuǎn)入中功率及低功率檔運(yùn)行。這種電機(jī)能很好地匹配輸送機(jī)負(fù)載或是抽油機(jī)負(fù)載，與目前這類拖動系統(tǒng)中研究的其它技術(shù)方案相比，能更好地適應(yīng)負(fù)載變化的情況，起動轉(zhuǎn)矩大，運(yùn)行效率和功率因數(shù)高，控制簡便，可靠性好，空載電流顯著下降，因而更具好的節(jié)能效果。該電機(jī)的電氣控制電路具有高功率啟動電路，開機(jī)時(shí)由高功率啟動后經(jīng)數(shù)秒鐘延時(shí)，自動轉(zhuǎn)到中功率或低功率運(yùn)行，在電動機(jī)運(yùn)行中自動測量電動機(jī)電流的大小，當(dāng)電動機(jī)中功率正常運(yùn)行時(shí)，由于負(fù)載減小(額定電流80% )時(shí)，自動轉(zhuǎn)換到低功率運(yùn)行；當(dāng)電動機(jī)在低功率正常運(yùn)行時(shí)，由于負(fù)載增加(額定電流120% )時(shí)，自動轉(zhuǎn)換到中功率運(yùn)行；當(dāng)電動機(jī)在中功率正常運(yùn)行時(shí)，由于負(fù)載一直在增加，增加到額定電流的120%倍時(shí)，過電流保護(hù)系統(tǒng)就會動作，使控制線路斷電，電動機(jī)停止運(yùn)行；電動機(jī)無論是在中功率或低功率狀態(tài)下運(yùn)行，如果電流或電動機(jī)某一相接觸不良或斷相，斷相保護(hù)電路就會立即動作，斷開控制線路，使電動機(jī)停止運(yùn)行；電動機(jī)無論是在某種狀態(tài)下運(yùn)行，如果電網(wǎng)的電壓低于規(guī)定值時(shí)，ND-3SK的欠壓保護(hù)系統(tǒng)就會斷開控制線路，使電動機(jī)停止運(yùn)行。累計(jì)運(yùn)行計(jì)時(shí)電路分別把電動機(jī)的記錄中功率或低功率運(yùn)行時(shí)間準(zhǔn)確的記錄下來，并從數(shù)碼管的顯示屏上直觀的看到電動機(jī)某種功率的運(yùn)行時(shí)間。在油田抽油機(jī)用電機(jī)中，在裝配試車調(diào)試時(shí)需要動力平衡配重，現(xiàn)有的方法操控不靈敏，通過點(diǎn)動找平衡電路中并接在高功率啟動繼電器線圈的微動開關(guān)，很容易對電機(jī)點(diǎn)動控制，較快的進(jìn)行動平衡調(diào)整，從而解決了找動平衡困難。
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1為三相繞組為Y接法的連接示意圖。圖2為三套繞組采用Υ-Δ串聯(lián)連接的連接示意圖。圖3為Z = 48，ρ = 2三相線圈槽號分布相位圖。圖4為Z = 48，ρ = 2三套單層三相繞組串聯(lián)組合多功率繞組接線圖。圖5電動機(jī)電氣控制圖。圖6電動機(jī)控制原理框圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示的多繞組串聯(lián)變?nèi)萘扛袘?yīng)電動機(jī)，這種電機(jī)定子繞組由三套三相繞組復(fù)合構(gòu)成，這三套繞組各對應(yīng)相串聯(lián)連接，分別以下標(biāo)“Al，Bi, Cl ；A2, B2, C2 ；A3, B3, C3” 區(qū)分，每相繞組有3個(gè)出線端，三相共有9個(gè)出線端，這9個(gè)對外出線端分別以“皿^札冊” 和“UM、VM、麗”及“UL、VL, WL"區(qū)分，其中下標(biāo)“H”和“M”及“L”分別表示高、中、低兩個(gè)容量等級。三相電源從出線端“UH、VH、WH”接入，這時(shí)三相繞組為Y接法，對應(yīng)高容量檔；三相電源從出線端““UM、VM、麗””接入，這時(shí)三相繞組為Y接法，對應(yīng)中容量檔；三相電源從出線端“UL、VL、WL”接入，這時(shí)三相繞組仍為Y接法，對應(yīng)低容量檔。由于這三種接法均對應(yīng)Y聯(lián)接，采用三個(gè)三相接觸器即能簡便可靠地進(jìn)行各容量間三擋切換，圖1所示的這三套繞組結(jié)構(gòu)從原理上來說是完全相同的，為減少繞組線圈在定子槽中的層數(shù)，一般要求每套繞組為單層繞組。這種接線方式的特點(diǎn)是采用三個(gè)接觸器即可簡便地進(jìn)行變?nèi)萘咳龘跚袚Q，調(diào)整三檔各自對應(yīng)的繞組線圈匝數(shù)則能方便得到三檔功率分配比值，也即這三檔實(shí)際功率可按需設(shè)計(jì)，從而使電機(jī)可根據(jù)負(fù)載調(diào)整運(yùn)行在最佳工作狀態(tài)。如圖2所示的三套繞組聯(lián)接也可以采用Υ-Δ串聯(lián)連接，這樣可能在低功率檔有著更好的性能。與目前感應(yīng)電機(jī)采用過的諸如三相繞組Υ-Δ接法轉(zhuǎn)換等技術(shù)相比較，該新型電機(jī)繞組的接法更具特點(diǎn)。傳統(tǒng)Υ-Δ接法轉(zhuǎn)換繞組只能做到對應(yīng)兩檔功率且換接復(fù)雜，而其Y和△接法兩檔對應(yīng)繞組線圈串聯(lián)匝數(shù)比值局限于固定數(shù)值VL不能進(jìn)行調(diào)整，很多情況下無法保證使電機(jī)按最佳工作狀態(tài)運(yùn)行。本實(shí)用新型采用了三套定子繞組串聯(lián)聯(lián)接的方法，使對應(yīng)不同檔位功率每相串聯(lián)匝數(shù)減少，而使電機(jī)容量隨匝數(shù)減少增大的設(shè)計(jì)思想，也即按電機(jī)容量分配，由低到高對應(yīng)兩個(gè)功率檔的電機(jī)繞組每相串聯(lián)匝數(shù)逐漸減少，低檔功率對應(yīng)最多匝數(shù)，高功率檔對應(yīng)最少匝數(shù)，這樣使得各個(gè)功率檔之間具備最簡單也最為可靠的轉(zhuǎn)換方式，也能夠適應(yīng)電機(jī)負(fù)載變化時(shí)仍能保持高效運(yùn)行的工況要求。采用三套定子繞組串聯(lián)聯(lián)接“減匝”技術(shù)的關(guān)鍵在于，每套繞組均為三相60°分布標(biāo)準(zhǔn)單層繞組，因此理論概念清楚，設(shè)計(jì)容易，調(diào)整方便，繞組諧波含量少，完全能夠保證電機(jī)在各檔位下的性能， 以滿足起動和運(yùn)行的要求。下面以電機(jī)極數(shù)2p = 4，槽數(shù)Z = 48的三相繞組為例具體說明。圖3所示為極數(shù)2p = 4，槽數(shù)Z = 48三相線圈槽號分布相位圖。對于圖3所示A、 B、C三相標(biāo)準(zhǔn)60°相帶的槽號線圈分布，取奇數(shù)或是偶數(shù)槽號線圈各自分別構(gòu)成三相單層繞組，這些單層的三相繞組對應(yīng)相串聯(lián)連接。圖3所示為用三套三相單層串聯(lián)繞組的具體連接法。圖4中這三套繞組的線圈分別用上標(biāo)“1、2、3”區(qū)分。從圖4可看出，低功率檔繞組為三套標(biāo)準(zhǔn)60°相帶串聯(lián)組合而成，這時(shí)全部繞組導(dǎo)體得以利用，具有最好的性能，而在很多情況下電機(jī)負(fù)載特點(diǎn)決定了低功率檔最為常用，適當(dāng)設(shè)計(jì)低功率檔對應(yīng)功率大小，就能保證電機(jī)機(jī)系統(tǒng)處于最佳高效運(yùn)行狀態(tài)。由圖4還可以看出，中功率檔為兩套標(biāo)準(zhǔn)60° 相帶串聯(lián)組合而成，相對低功率而言，每相串聯(lián)匝數(shù)減少，因而負(fù)載能力增強(qiáng)，高功率檔對應(yīng)一套三相單層繞組，由于這時(shí)每相串聯(lián)匝數(shù)最少，因而這時(shí)電機(jī)具有最大的起動能力。這里要說明的是，每套繞組的匝數(shù)可根據(jù)設(shè)計(jì)要求任意調(diào)整，從而保證繞組對應(yīng)三個(gè)功率檔既有著各自的特點(diǎn)又具有良好的性能，以適合大多數(shù)情況下電機(jī)負(fù)載工況。如圖5、6所示的控制裝置電路，所述控制電路具有高功率啟動電路、中功率運(yùn)行電路和低功率運(yùn)行電路，高功率啟動后經(jīng)啟動延時(shí)模塊數(shù)秒鐘延時(shí)后轉(zhuǎn)換為中功率運(yùn)行電路或低功率運(yùn)行電路，經(jīng)電流信號采集電路和鑒別電路對電動機(jī)電流大小的檢測鑒別，越上限時(shí)經(jīng)延時(shí)抗干擾電路轉(zhuǎn)換中功率運(yùn)行電路，中功率運(yùn)行電路信號反饋至鑒別電路，越下限時(shí)經(jīng)延時(shí)抗干擾電路轉(zhuǎn)換低功率運(yùn)行模塊，低功率運(yùn)行電路信號反饋至鑒別電路。所述低功率運(yùn)行電路和中功率運(yùn)行電路分別連接有累計(jì)運(yùn)行計(jì)時(shí)電路1ST、2ST，可以累計(jì)低功率運(yùn)行時(shí)間和中功率運(yùn)行時(shí)間，從而方便統(tǒng)計(jì)節(jié)電的效果，同時(shí)可以根據(jù)運(yùn)行時(shí)間可判斷所運(yùn)行的油井的工況，從而更好的進(jìn)行配重調(diào)整。所述電流信號采集電路連接有斷相保護(hù)電路和過電流保護(hù)電路。如果電流或電動機(jī)某一相接觸不良或斷相，斷相保護(hù)電路就會立即動作，斷開控制線路，使電動機(jī)停止運(yùn)行；電動機(jī)無論是在某種狀態(tài)下運(yùn)行，如果電網(wǎng)的電壓低于規(guī)定值時(shí)，ND-3SK的欠壓保護(hù)系統(tǒng)就會斷開控制線路，使電動機(jī)停止運(yùn)行。如圖 5所示，所述控制電路的執(zhí)行電路中具有點(diǎn)動找平衡電路，所述點(diǎn)動找平衡電路具有分別并接在高功率啟動繼電器線圈、中功率運(yùn)行繼電器線圈和低功率運(yùn)行繼電器線圈支路上的微動開關(guān)1AT、2AT、3AT，位于高功率啟動繼電器線圈支路中的微動開關(guān)并聯(lián)有高功率啟動繼電器常開開關(guān)1KM。在裝配需調(diào)整動平衡時(shí)，點(diǎn)動1AT、2AT、3AT，很方便實(shí)現(xiàn)動平衡的調(diào)整。
權(quán)利要求1.一種多繞組串聯(lián)變?nèi)萘扛袘?yīng)電動機(jī)，具有定子繞組，其特征在于所述定子繞組由三套三相繞組復(fù)合構(gòu)成，該三套繞組各對應(yīng)串聯(lián)連接，每相繞組有3個(gè)出線端，三相共有9 個(gè)出線端，每套繞組為單層布置，所述三套繞組的出線端分別與控制裝置中執(zhí)行電路中的三個(gè)接觸器連接，從而實(shí)現(xiàn)多功率變?nèi)萘壳袚Q。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多繞組串聯(lián)變?nèi)萘扛袘?yīng)電動機(jī)，其特征在于所述三相繞組為Y接法。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多繞組串聯(lián)變?nèi)萘扛袘?yīng)電動機(jī)，其特征在于所述三套繞組采用Υ-Δ混合串聯(lián)連接，對于高功率容量接法為Δ聯(lián)接，對于中功率容量為Υ-Δ混合串聯(lián)接法，對于低功率為2Υ-Δ混合串聯(lián)接法。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多繞組串聯(lián)變?nèi)萘扛袘?yīng)電動機(jī)控制裝置，其特征在于所述控制裝置具有高功率啟動電路、中功率運(yùn)行電路和低功率運(yùn)行電路，高功率啟動后經(jīng)啟動延時(shí)模塊數(shù)秒鐘延時(shí)后轉(zhuǎn)換為中功率運(yùn)行電路或低功率運(yùn)行電路，經(jīng)電流信號采集電路和鑒別電路對電動機(jī)電流大小的檢測鑒別，越上限時(shí)經(jīng)延時(shí)抗干擾電路轉(zhuǎn)換中功率運(yùn)行電路，中功率運(yùn)行電路信號反饋至鑒別電路，越下限時(shí)經(jīng)延時(shí)抗干擾電路轉(zhuǎn)換低功率運(yùn)行模塊，低功率運(yùn)行電路信號反饋至鑒別電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多繞組串聯(lián)變?nèi)萘扛袘?yīng)電動機(jī)控制裝置，其特征在于所述低功率運(yùn)行電路和中功率電路運(yùn)行連接有累計(jì)運(yùn)行計(jì)時(shí)電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多繞組串聯(lián)變?nèi)萘扛袘?yīng)電動機(jī)控制裝置，其特征在于所述電流信號采集電路連接有斷相保護(hù)電路和過電流保護(hù)電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多繞組串聯(lián)變?nèi)萘扛袘?yīng)電動機(jī)控制裝置，其特征在于所述控制裝置的執(zhí)行電路中具有點(diǎn)動找平衡電路，所述點(diǎn)動找平衡電路具有分別并接在高功率啟動繼電器線圈、中功率運(yùn)行繼電器線圈和低功率運(yùn)行繼電器線圈支路上的微動開關(guān)，位于高功率啟動繼電器線圈支路中的微動開關(guān)并聯(lián)有高功率啟動繼電器常開開關(guān)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種多繞組串聯(lián)變?nèi)萘扛袘?yīng)電動機(jī)及其控制裝置，具有定子繞組，其中所述定子繞組由三套三相繞組復(fù)合構(gòu)成，該三套繞組各對應(yīng)串聯(lián)連接，每相繞組有3個(gè)出線端，三相共有9個(gè)出線端，分別對應(yīng)高功率檔、中功率檔和低功率檔，每套繞組為單層布置，控制裝置的三個(gè)接觸器分別與該三套繞組的出線端連接，從而實(shí)現(xiàn)三功率三擋切換。所述三相繞組為Y接法。所述三套繞組采用Y-Δ混合串聯(lián)連接，對于高功率容量接法為Δ聯(lián)接，對于中功率容量為Y-Δ混合串聯(lián)接法，對于低功率為2Y-Δ混合串聯(lián)接法。與現(xiàn)有技術(shù)相比，能更好地適應(yīng)負(fù)載變化的情況，起動轉(zhuǎn)矩大，運(yùn)行效率和功率因數(shù)高，控制簡便，可靠性好，空載電流顯著下降，節(jié)能效果好。
文檔編號H02H7/09GK202004604SQ20112010733
公開日2011年10月5日 申請日期2011年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月7日
發(fā)明者衛(wèi)欣合, 易以睦, 王雪帆 申請人:南陽高特電機(jī)有限公司