專(zhuān)利名稱(chēng):?jiǎn)蜗嚯娙葸\(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種單相交流異步電動(dòng)機(jī),具體的是一種單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù):
目前生產(chǎn)使用的單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)的工作電路如圖I,主繞組M與副繞組A在空間相隔90°電角度,副繞組A串接一個(gè)工作電容C后,再與主繞組M并接于單相電源,且副繞組A長(zhǎng)期參與運(yùn)行,其實(shí)質(zhì)上構(gòu)成兩相電動(dòng)機(jī),電動(dòng)機(jī)的電流相量,參看《單相異步電動(dòng)機(jī)原理計(jì)算與試驗(yàn)》,郭五昌編著,河北科學(xué)技術(shù)出版社1984年12月第一版,第8頁(yè)。電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)、效率以及過(guò)載能力、節(jié)材均比其它種類(lèi)的單相電動(dòng)機(jī)高,在家用電器中應(yīng)用最為普遍。該技術(shù)與本發(fā)明相關(guān)的特點(diǎn)是主、副繞組工作于并聯(lián)狀態(tài),必然要求主、副繞組各自有足夠多的匝數(shù)以產(chǎn)生足夠的阻抗及磁勢(shì),同時(shí)由于副繞組有高于電源電壓的工作電壓,因此副繞組要求有更多的匝數(shù),也就是要有更小的電磁線直徑以及較小容量的電容器,以避免副繞組超壓造成電機(jī)的工作電流超過(guò)額定電流。例如D02-7112型 電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī),其參數(shù)為額定功率250W,額定電流1=1. 73A,實(shí)測(cè)空載電流I. 35A左右,定子鐵芯外徑110毫米,內(nèi)徑58毫米,長(zhǎng)度50毫米,效率69%,功率因數(shù)O. 95,主繞組是直徑O. 50毫米的電磁銅線,總匝數(shù)542,平均匝長(zhǎng)296. 2毫米。副繞組是直徑O. 45毫米的電磁銅線,總匝數(shù)764,平均匝長(zhǎng)296. 2毫米。配置電容器容量8 μ F/450V,堵轉(zhuǎn)電流10Α,在滿載輸入電流為1.73Α時(shí),電容兩端的電壓為342V,副繞組兩端的電壓為251V,超過(guò)電源電壓10%。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的繞組匝數(shù)減少,特別是副繞組的繞組匝數(shù)減少時(shí),251V的繞組電壓將使繞組的電流增加并導(dǎo)致電機(jī)的工作電流超過(guò)額定電流。對(duì)比D02-7112型電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的C02-7122型電容起動(dòng)電動(dòng)機(jī),其參數(shù)為額定功率250W,額定電流1=2. 40Α,定子鐵芯外徑110毫米,內(nèi)徑58毫米,長(zhǎng)度62毫米,效率64%,功率因數(shù)O. 74,主繞組是直徑O. 63毫米的電磁銅線,總匝數(shù)470,平均匝長(zhǎng)320. 4毫米。副繞組是直徑O. 47毫米的電磁銅線,總匝數(shù)480,平均匝長(zhǎng)340. 6毫米,堵轉(zhuǎn)電流15Α。參看《電機(jī)常用技術(shù)數(shù)據(jù)速查手冊(cè)》,孫克軍主編,中國(guó)電力出版社2009年6月第I版。由參數(shù)的對(duì)比知道電容起動(dòng)電動(dòng)機(jī)由于副繞組的匝數(shù)較少,將使電動(dòng)機(jī)的工作電流大大超過(guò)額定電流,因此電動(dòng)機(jī)的副繞組僅僅能工作數(shù)秒就必須切斷電源,退出電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn),同時(shí)電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的匝數(shù)較多,電磁線徑較小,直流電阻較大,導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的銅耗較大,電動(dòng)機(jī)的體積成本也較大。根據(jù)以上分析得出結(jié)論目前的單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)有體積大、耗材多、電耗高、溫升高、效率低、制造復(fù)雜等缺點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述的電動(dòng)機(jī)電路工作方式存在的不足,本發(fā)明提出一種單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī),其采用不同的工作電路,在現(xiàn)有的單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)制造、工作方式下,通過(guò)改變電機(jī)的主、副繞組的工作電路,減少主、副繞組的匝數(shù)并重新配置,適當(dāng)增加電容器的容量,增加電動(dòng)機(jī)電磁線的電流密度,進(jìn)而減少定子鐵芯的體積重量,以達(dá)到節(jié)能、省材、減少電動(dòng)機(jī)的制造工時(shí)及成本,提高電動(dòng)機(jī)的電壓、電流、過(guò)載能力的目的。本發(fā)明使得生產(chǎn)制造電源電壓為380伏或更高電壓下的單相高功率電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)成為可能。本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī),包括主繞組M和副繞組A,其特征在于主繞組M與副繞組A在空間相隔90°電角度,主繞組或副繞組之一與電容C并聯(lián),再與余下的繞組串聯(lián)之后串接于單相電源,主、副繞組同時(shí)投入運(yùn)行。其實(shí)質(zhì)上也是構(gòu)成兩相電動(dòng)機(jī),電動(dòng)機(jī)的工作電路如圖2。所述的主繞組是在原有單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)制造的基礎(chǔ)上減少20-40%的線圈匝數(shù)。
所述的副繞組是在原有單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)制造的基礎(chǔ)上減少20-50%的線圈匝數(shù)。所述的電容的容值是在原有單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)使用電容容值的基礎(chǔ)上增加2. 5-4倍。本發(fā)明提供的單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)與現(xiàn)有技術(shù)比較具有如下優(yōu)點(diǎn)I、主繞組與副繞組的串聯(lián),使繞組有了更大的電感量,因此電動(dòng)機(jī)能夠在更高的電源電壓下正常工作,電動(dòng)機(jī)也就有更大的電壓過(guò)載能力,而不是現(xiàn)有技術(shù)限定的額定電壓220V、正負(fù)10%的電機(jī)電壓工作范圍,同時(shí)也可以生產(chǎn)制造高電壓條件下的高容量電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)。2、由于電動(dòng)機(jī)是依靠繞組與電容器并聯(lián)產(chǎn)生振蕩并與余下的繞組形成相位差的,振蕩的結(jié)果是與電容器并聯(lián)的繞組的電流及磁勢(shì)得到了增強(qiáng)。在對(duì)本發(fā)明提供的新型電動(dòng)機(jī)的試驗(yàn)中,采用本發(fā)明提供的工作電路而未改變電動(dòng)機(jī)繞組匝數(shù)空載時(shí),從與電容器并聯(lián)繞組中流過(guò)的電流是從電源輸入電機(jī)電流,也就是從后串聯(lián)繞組中流過(guò)的電流的3倍以上。例如前述的D02-7112型電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī),配置25yF/400V電容器,拆下冷卻風(fēng)扇后,從電源向電機(jī)輸入的空載電流1=0. 21A,而從與電容器并聯(lián)的主繞組M中流過(guò)的電流是IM=1. 26A,電容器的電流是Ic=I. 38A,堵轉(zhuǎn)電流3A左右,僅為原電機(jī)電路的3/10,電動(dòng)機(jī)空載時(shí)的電流相量如圖3,電流的相量角計(jì)算如下I. 382=1· 262+0. 212_2Χ I. 26X0. 21 XcosB 求出相量角 Β=121· 02 度,由I. 262=1. 382+0. 212_2Χ I. 38X0. 21 XcosA 求出相量角 Α=51. 49 度,由O. 212=1. Se2+!. 262_2Χ I. 38X1. 26XcosC 求出相量角 C=7. 49 度,相量角B是主繞組與副繞組之間的移相角度,這個(gè)值表示電機(jī)的轉(zhuǎn)矩很小,因此阻抗很高,電流很小,消耗功率也很小??蛰d時(shí)電動(dòng)機(jī)電源電壓230伏、主繞組和副繞組的電壓都為174伏時(shí),電動(dòng)機(jī)的電壓相量如圖4,電壓相量角計(jì)算如下2302=1742+1742-2X 174X 174X cosB 求出相量角 Β=82· 74 度,相應(yīng)的相量角A=C=48. 63 度。改變D02-7112型電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)為本發(fā)明的工作電路,不改變電動(dòng)機(jī)的繞組匝數(shù)滿載運(yùn)行時(shí),電源電流I=Ia=I. 73A,電容器的電流Ic=I. 56A,其中Ia是副繞組的電流;主繞組的電流Im=2. 07A,配置25 μ F/400V電容器,電流的相量如圖5,電流相量角計(jì)算如下
I. 732=2· 072+1. 562_2 X 2. 07 X I. 56 X cosB 求出相量角 Β=54. 77 度,由2. 072=1. Ta2+!. 562_2Χ I. 73X 1. 56XcosA 求出相量角 Α=77. 79 度,由I. 562=2. 072+1. 732_2 X 2. 07 X I. 73 X cosC 求出相量角 C=47. 44 度,相量角C是D02-7112型單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)采用本發(fā)明的技術(shù),不改變電動(dòng)機(jī)的繞組匝數(shù)滿載運(yùn)行時(shí)的移相角度。
改變D02-7112型單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)為本發(fā)明電路并減少繞組匝數(shù)后且電機(jī)空載的電流的相量如圖6,電流相量角計(jì)算如下I. 262=2. 72+l. 792_2 X 2. 7 X I. 79 X cosA 求出相量角 A=22. 86 度,由2. 72=1. 262+1. 792_2 X I. 26 X I. 79 X cosB 求出相量角 B=123. 63 度,由I. 792=2. 72+l. 262_2 X 2. 7 X I. 26 X cosC 求出相量角 C=33. 50 度,圖中相量角C是D02-7112型單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)采用本發(fā)明的技術(shù),不改變電動(dòng)機(jī)的繞組匝數(shù)滿載運(yùn)行時(shí)的移相角度。改變D02-7112型單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)為本發(fā)明電路并減少繞組匝數(shù)后且電機(jī)空載的電流相量如圖7,電流相量角計(jì)算如下I. 722=2. 212+1. 792_2Χ1· 79X2. 21 XcosA 求出相量角 Α=49. 58 度,由2. 212=1. 722+1. 792_2Χ I. 72X 1. 79XcosB 求出相量角 Β=78. 02 度,由I. 792=2. 212+1. 722_2 X I. 72 X 2. 21 X cosC 求出相量角 C=52. 40 度,圖中相量角C是D02-7112型單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)采用本發(fā)明的技術(shù),且改變電動(dòng)機(jī)的繞組匝數(shù)滿載運(yùn)行時(shí)的移相角度。這表明隨著負(fù)載的增加,移相角度也在增加,電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)需要的功率是隨著負(fù)載的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)的,這種增長(zhǎng)是為能量轉(zhuǎn)化而有的,也就是說(shuō)電動(dòng)機(jī)有極高的效率,測(cè)量的結(jié)果是D02-7112型單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)采用本發(fā)明的工作電路而不減少繞組匝數(shù)后,節(jié)能20%以上。3、本發(fā)明的電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)由于繞組匝數(shù)可大幅的減少而大量節(jié)省了電磁線,減少了繞制電動(dòng)機(jī)的工時(shí),使得電機(jī)的繞制更加簡(jiǎn)單,繞組匝數(shù)的減少還使繞組的端部長(zhǎng)度減少。這不僅節(jié)省了電磁線,同時(shí)也可以使電機(jī)的整個(gè)長(zhǎng)度減少。這也就能使電機(jī)的體積和重量都能減少,繞組匝數(shù)的減少還必然的使定子槽腔的面積減少,這就可以使電機(jī)的定子直徑減小進(jìn)而減小電機(jī)的體積重量,也可以增大電機(jī)定子的內(nèi)徑及轉(zhuǎn)子的直徑,從而增加電機(jī)的轉(zhuǎn)矩,繞組匝數(shù)的減少還可以適當(dāng)增加電磁線的直徑而不改變電機(jī)的其他部分。這就使得電動(dòng)機(jī)有了增加容量和節(jié)省電能的條件,也就使得設(shè)計(jì)制造電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)時(shí)有了更多的選擇。
圖I為現(xiàn)有技術(shù)使用的工作電路圖,圖中,主繞組M,副繞組A,電容C,電源輸入電機(jī)的電流I,主繞組的電流IM,副繞組電流IA,電容器的電流Ic。圖2為本發(fā)明的工作電路圖,圖中主繞組M,副繞組A,電容C,電源輸入電機(jī)的電流I,主繞組的電流IM,副繞組電流IA,電容器的電流Ic。圖3為采用本發(fā)明的工作電路而不減少繞組匝數(shù)的D02-7112型單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)空載時(shí)的電流相量圖,圖中,相量角B=121. 02度是主繞組M的電流Im與副繞組A的電流Ia之間的移相角度,各相量的符號(hào)表不同圖2。圖4為采用本發(fā)明的工作電路而不減少繞組匝數(shù)的D02-7112型單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)空載時(shí)的電壓相量圖,圖中,主繞組的電壓UM,副繞組的電壓UA,電源電壓U。
圖5為采用本發(fā)明的工作電路而不減少繞組匝數(shù)的D02-7112型單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)滿載時(shí)的電流相量圖,相量角C=47. 44度是主繞組M的電流Im與副繞組A的電流Ia之間的移相角度,各相量的符號(hào)表不同圖2。圖6為采用本發(fā)明的工作電路而減少繞組匝數(shù)的D02-7112型單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)空載時(shí)的電流相量圖,相量角C=33. 50度是主繞組M的電流Im與副繞組A的電流Ia之間的移相角度,各相量的符號(hào)表不同圖2。圖7為采用本發(fā)明的工作電路而減少繞組匝數(shù)的D02-7112型單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)滿載時(shí)的電流相量圖,相量角A=49. 58度是主繞組M的電流Im與副繞組A的電流Ia之間的移相角度,各相量的符號(hào)表不同圖2。圖8為現(xiàn)有技術(shù)使用的D02-7112型單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)主副繞組匝數(shù)及排列方法,參看《電機(jī)常用技術(shù)數(shù)據(jù)速查手冊(cè)》,孫克軍主編,中國(guó)電力出版社2009年6月第I版第423 頁(yè)。圖9為采用本發(fā)明的工作電路且減少繞組匝數(shù)的D02-7112型單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)主副繞組匝數(shù)及排列方法。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合上述附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。如圖2所示,單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)主繞組M與副繞組A在空間相隔90°電角度,主繞組或副繞組之一與電容器C并聯(lián),再與余下的繞組串聯(lián)之后串接于單相電源,主、副繞組同時(shí)投入運(yùn)行,其實(shí)質(zhì)上構(gòu)成兩相電動(dòng)機(jī)。實(shí)施例一采用容量在90W及以上的現(xiàn)有電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī),按照?qǐng)D2的工作電路聯(lián)接,只改變配備的電容器容量為原有技術(shù)時(shí)使用容量的2. 5-4倍。原有的D02-7112型電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī),額定功率250W,配置電容器容量8 μ F/450V,額定電流1=1. 73Α,主繞組是直徑O. 50毫米的電磁銅線,總匝數(shù)542,平均匝長(zhǎng)296. 2毫米。副繞組是直徑O. 45毫米的電磁銅線,總匝數(shù)764,平均匝長(zhǎng)296. 2毫米,堵轉(zhuǎn)電流10Α。電容改用20 μ F/400V的電容器,并改為圖2所示的工作電路且不減少繞組匝數(shù),電壓220V時(shí),在拖動(dòng)大小不同的風(fēng)扇時(shí),電流隨風(fēng)扇的增大而增加。在拖動(dòng)原電機(jī)容量配置的風(fēng)扇時(shí),電流為I. 35Α左右。較原電機(jī)的額定電流小20%左右。消耗的功率也減少20%以上。配備適當(dāng)?shù)碾娙萜?,還可以直接在較高的電源電壓下正常使用,電機(jī)的特性也有所提高。在配備2(^ /100(^的電容器后,在22(^-44(^電源電壓下均能正常的工作。在拖動(dòng)原電機(jī)配置的風(fēng)扇時(shí),電源電壓為440V時(shí),電流為I. 1-1.25Α左右。又如QDX1. 5-32-0. 75型電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)潛水泵(制造商臺(tái)州惠龍機(jī)電有限公司),在配備40UF/1000V電容器,使用圖2所示的工作電路后,在440V電源電壓條件下,電流較原有技術(shù)減少30%,電機(jī)的性能有所提高,轉(zhuǎn)差率有所提高,電機(jī)的工作溫度大幅下降,水泵的流量及揚(yáng)程均有小幅增加。實(shí)施例二
利用現(xiàn)有的單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī),在改變運(yùn)行電容的容值后,改為圖2所示的電路后,發(fā)現(xiàn)原有技術(shù)的電動(dòng)機(jī)匝數(shù)太多,市電220V的電源電壓下電機(jī)的使用時(shí)會(huì)限制了電源電流進(jìn)入電機(jī),不利于更好的提高電機(jī)的性能。因此在市電220V的電源電壓下,減少主、副繞組的匝數(shù),電機(jī)的性能會(huì)顯得更加優(yōu)秀。如D02-7112型電動(dòng)機(jī),改為圖2所示的電路后,主繞組是直徑O. 50mm的電磁銅線,減少為總匝數(shù)360,銅線重量由280g減少為190g,副繞組是直徑O. 42mm的電磁銅線,減少為總匝數(shù)為480,銅線重量由320g減少為230g。配用電容器40uF/400V,電機(jī)的空載電流只為O. 9-1. 1A,在帶風(fēng)扇滿載使用,電流僅為I. 4A左右,比較原電機(jī)技術(shù)條件減少O. 33A。實(shí)施例3 一臺(tái)DX3-10-0. 25型潛水泵,原為電阻啟動(dòng)電動(dòng)機(jī),原電動(dòng)機(jī)主繞組398膽,是直徑O. 71mm的電磁銅線,銅線重量493g左右,副繞組是直徑O. 42mm的電磁銅線,總匝數(shù)296,銅線重量125g左右,在按照?qǐng)D2所示的電路,改為電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)后,主繞組總匝數(shù)減至224,銅線重量280g,電磁銅線的直徑是O. 71_,副繞組是O. 64mm直徑的電磁銅線,總匝數(shù) 改為262,銅線重量270g,在配用60uF/400V的電容器后,空載電流I. 3A左右,電機(jī)的功率由250W增至400W以上。在換用新的水泵輪殼及葉輪后,水泵的流量I. 3升/秒,揚(yáng)程增加為20M,滿載電流只在3. 4A左右,電機(jī)升溫低于60攝氏度。
權(quán)利要求
1.一種單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī),包括主繞組M和副繞組A,其特征在于主繞組M與副繞組A在空間相隔90°電角度,主繞組或副繞組之一與電容C并聯(lián),再與余下的繞組串聯(lián)之后串接于單相電源,主、副繞組同時(shí)投入運(yùn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī),其特征在于所述的主繞組M在原有單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)制造的基礎(chǔ)上減少20-40%的線圈匝數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī),其特征在于所述的副繞組A在原有單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)制造的基礎(chǔ)上減少20-50%的線圈匝數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī),其特征在于所述的電容C的容值在原有單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)使用電容容值的基礎(chǔ)上增加2. 5-4倍。
全文摘要
一種單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī),包括主繞組M和副繞組A,其特征在于主繞組M與副繞組A在空間相隔90°電角度,主繞組或副繞組之一與電容C并聯(lián),再與余下的繞組串聯(lián)之后串接于單相電源,主、副繞組同時(shí)投入運(yùn)行;所述的主繞組M在原有單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)制造的基礎(chǔ)上減少20-40%的線圈匝數(shù);所述的副繞組A在原有單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)制造的基礎(chǔ)上減少20-50%的線圈匝數(shù);所述的電容C的容值在原有單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)使用電容容值的基礎(chǔ)上增加2.5-4倍。本發(fā)明使得生產(chǎn)制造電源電壓為380伏或更高電壓下的單相高功率電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)成為可能。
文檔編號(hào)H02K3/28GK102780344SQ20121029304
公開(kāi)日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月17日
發(fā)明者張樂(lè), 張湘明 申請(qǐng)人:張湘明