專(zhuān)利名稱(chēng)：雙定子雙磁回路鼠籠交流調(diào)速電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種交流異步調(diào)速電機(jī)，特別是一種雙定子雙磁回路鼠籠交流調(diào)速電機(jī)。
自交流異步電動(dòng)機(jī)問(wèn)世以來(lái)，人們對(duì)交流異步電機(jī)的調(diào)速問(wèn)題一直在進(jìn)行深入廣泛的研究。特別是交流鼠籠電機(jī)，因其具有工藝制造技術(shù)簡(jiǎn)單，電機(jī)本身可靠性高，無(wú)電接觸元件，成本低的優(yōu)點(diǎn)，而得到廣泛的應(yīng)用，但交流鼠籠電動(dòng)機(jī)的調(diào)速問(wèn)題，幾十年來(lái)一直未得到理想的解決方案。目前人們的基本觀點(diǎn)認(rèn)為交流異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性不佳，無(wú)論就其調(diào)速范圍和調(diào)速的平滑性來(lái)講都不能和直流電動(dòng)機(jī)相比，如需在寬廣范圍內(nèi)調(diào)速的機(jī)械負(fù)載，異步電動(dòng)機(jī)便不能采用，利用直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速，雖然它具有良好的自然外特性，但由于直流電機(jī)工藝制造技術(shù)復(fù)雜，電機(jī)本身可靠性低，有電接觸元件，成本高的缺點(diǎn)，在應(yīng)用上也受到限制?，F(xiàn)有的異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法是改變供電電源的頻率，改變電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)，改變轉(zhuǎn)差率，這些調(diào)速方法雖也可以調(diào)速，但所能應(yīng)用的范圍是有限的。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種具有交流鼠籠電機(jī)的全部?jī)?yōu)點(diǎn)又具有或十分接近直流電機(jī)的調(diào)速特性的雙定子雙磁回路鼠籠交流調(diào)速電機(jī)。
本實(shí)用新型是用如下方式完成的雙定子雙磁回路鼠籠交流調(diào)速電機(jī)，它包括在機(jī)座1上裝有轉(zhuǎn)子鐵芯及其繞組9，機(jī)座1內(nèi)分別裝有兩組獨(dú)立的定子鐵芯2和3，在定子鐵芯2上嵌裝有定子三相繞組4，在定子鐵芯3上嵌裝有定子三相繞組5，轉(zhuǎn)子鐵芯及其繞組9穿插在定子鐵芯2和3之中。轉(zhuǎn)子鐵芯及其繞組9是在轉(zhuǎn)軸6上裝有兩段獨(dú)立的轉(zhuǎn)子鐵芯8和7分別對(duì)應(yīng)兩組獨(dú)立的定子鐵芯2和3，在兩段獨(dú)立的轉(zhuǎn)子鐵芯8和7上嵌裝一組轉(zhuǎn)子繞組9。
本實(shí)用新型雙定子雙磁回路鼠籠交流調(diào)速電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)電接觸元件，可靠性高，成本低，由于其結(jié)構(gòu)與交流鼠籠電機(jī)類(lèi)似，故它具有交流鼠籠電機(jī)的一切優(yōu)點(diǎn)。它的調(diào)速范圍寬，可由0一直調(diào)到額定轉(zhuǎn)速，且調(diào)速的穩(wěn)定性好，在調(diào)速特性上具有接近直流電機(jī)調(diào)速的性能。它的功率因素高，對(duì)電網(wǎng)無(wú)任何污染，其自然特性可按使用需要進(jìn)行調(diào)整，采用不同的參數(shù)可獲得恒轉(zhuǎn)、短恒功率、恒轉(zhuǎn)速等特性，與控制系統(tǒng)相配能獲得與變頻調(diào)速類(lèi)似的人工特性，本實(shí)用新型在異步電機(jī)調(diào)速方面有著廣闊的應(yīng)用前景。


圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖圖2是本實(shí)用新型等效電路圖
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明如圖1所示，本實(shí)用新型雙定子雙磁回路鼠籠交流調(diào)速電機(jī)是由在機(jī)座1內(nèi)排列裝有兩組獨(dú)立的定子鐵芯2和3，轉(zhuǎn)子鐵芯及其鼠籠繞組9穿插在兩組獨(dú)立的定子鐵芯2和3之中，在定子鐵芯2上嵌裝有定子三相繞組4，在定子鐵芯3上嵌裝有定子三相繞組5，轉(zhuǎn)子鐵芯及鼠籠繞組9可以是普通的鼠籠電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，只是比普通鼠籠電機(jī)轉(zhuǎn)子要長(zhǎng)；因它要同時(shí)穿插在兩組獨(dú)立的定子鐵芯2和3之中，但采用這結(jié)構(gòu)無(wú)疑要多消耗一些材料，同時(shí)也增加一些電能損耗，故最好是采用如圖1所示的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，即在轉(zhuǎn)軸6上分兩段裝設(shè)轉(zhuǎn)子鐵芯8和7分別對(duì)應(yīng)定子鐵芯2和3，在兩段轉(zhuǎn)子鐵芯8和7上裝設(shè)一組鼠籠繞組9，在兩段轉(zhuǎn)子鐵芯8和7之間用絕緣材料充填，這樣的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不僅能節(jié)省金屬材料，而且能減少電能損耗，提高電機(jī)效率，轉(zhuǎn)軸6裝在機(jī)座1兩端蓋上的軸承內(nèi)。該電機(jī)與普通鼠籠電機(jī)結(jié)構(gòu)十分類(lèi)似，只是多一組定子鐵芯和定子三相繞組，它的三相定子繞組4接電網(wǎng)電源，三相定子繞組5經(jīng)移相器后接電網(wǎng)電源，通過(guò)調(diào)節(jié)定子繞組5中電源的相位即可達(dá)到調(diào)速的目的。
本實(shí)用新型雙定子雙磁回路鼠籠交流調(diào)速電機(jī)的工作原理是在交流鼠籠電動(dòng)機(jī)中，氣隙磁場(chǎng)，激磁電流由電網(wǎng)電壓提供，定子的激磁電流在氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，交流鼠籠式電機(jī)的基本方程式為 從上述基本方程式可見(jiàn)，r′2和x′2均很小， 接近 ，則電動(dòng)機(jī)要工作在一定電功率條件下，轉(zhuǎn)差率S必須很小，即電機(jī)要在接近同步速運(yùn)行。
本實(shí)用新型雙定子雙磁回路鼠籠交流電機(jī)，同時(shí)具備兩個(gè)獨(dú)立的定子鐵芯及其繞組，轉(zhuǎn)子上的結(jié)構(gòu)與普通鼠籠電機(jī)完全一樣，只是鐵芯分為兩段，中間一段無(wú)鐵芯，轉(zhuǎn)子繞組只有一組，且處于兩組定子鐵芯及其繞組之下，兩組定子繞組接有各自的電源，等效電路圖如附圖2所示。
圖2所示等效電路圖，將本電機(jī)分成A和B兩側(cè)，也即定子鐵芯2和繞組4設(shè)為A側(cè)，定子鐵芯3和繞組5設(shè)為B側(cè)，A側(cè)由U1供電，而B(niǎo)側(cè)由U2供電 ＝U1sinw0t ＝U1sin(w0t＋θ)它們?cè)诟髯缘亩ㄗ优c轉(zhuǎn)子之間的氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，作用于轉(zhuǎn)子繞組9。用最簡(jiǎn)單的方式來(lái)說(shuō)明作用原理，即取兩組定子鐵芯的氣隙、電壓以及繞組線(xiàn)圈等參數(shù)完全相同，只是供電壓的相位不同，兩側(cè)產(chǎn)生電勢(shì)為E1和E2，根據(jù)磁勢(shì)變換計(jì)算上述等效電路得到 這相當(dāng)兩臺(tái)交流異步鼠籠電機(jī)的轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)在一起，暫認(rèn)為兩側(cè)均處于電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。
如上所述，當(dāng)A，B兩側(cè)定子鐵芯、線(xiàn)圈、氣隙、電壓幅值等參數(shù)完全相同時(shí)，則 ，但相位將近似差θ角，即供電電源的相位差角。
若設(shè)想θ＝180°時(shí)，則 ，此時(shí)轉(zhuǎn)子中沒(méi)有電流。
若設(shè)想θ＝0°時(shí)，則 此時(shí)相當(dāng)兩臺(tái)共軸異步鼠籠電機(jī)，改變?chǔ)戎?，由下?
可知將引起 的改變，進(jìn)而引起轉(zhuǎn)子繞組中電流 的改變。
由于電機(jī)兩組定子繞組分別由各自外電壓供電，負(fù)載電流I2的關(guān)系不再是簡(jiǎn)單的與轉(zhuǎn)子回路中的電抗和電阻值有關(guān)，但電流轉(zhuǎn)換關(guān)系仍然按磁勢(shì)關(guān)系 ，同時(shí)轉(zhuǎn)子電流與兩側(cè)電勢(shì)的幅值與相位有關(guān)，因而 的相位與 或 之間的夾角可能大于90這時(shí) 將會(huì)出現(xiàn) 值大于 值的情況，此時(shí)該側(cè)電機(jī)即以發(fā)電機(jī)方式運(yùn)行另一側(cè)除供給轉(zhuǎn)軸輸出機(jī)械功率外同時(shí)向發(fā)電機(jī)一側(cè)提供電能，這種發(fā)電機(jī)的工作原理既不同于同步發(fā)電機(jī)，又不同于異步發(fā)電機(jī)，可稱(chēng)之為交流激磁同步發(fā)電機(jī)。
該機(jī)與一般同步發(fā)電機(jī)的不同之處在于它由f1＝Sf0的交流電源向轉(zhuǎn)子激磁，在轉(zhuǎn)子表面產(chǎn)生n1＝60(f0－f1)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，此時(shí)轉(zhuǎn)子以n0－n1的轉(zhuǎn)速運(yùn)行，磁場(chǎng)的實(shí)際空間轉(zhuǎn)速為n0，即為電源的同步速，該機(jī)的同步轉(zhuǎn)速同時(shí)取決于激磁電流頻率與電源的頻率，除電樞反應(yīng)與同步電機(jī)有不同外，該機(jī)的特性與同步電機(jī)十分接近。
該機(jī)與一般異步發(fā)電機(jī)的不同之處在于發(fā)電機(jī)一側(cè)的激磁電流由另一側(cè)提供。
該機(jī)的交流激磁同步發(fā)電機(jī)有三種工作狀態(tài)，狀態(tài)的劃分取決于相位角θ，如前所述，相位角θ由180°變到0°時(shí)，電機(jī)為B側(cè)由發(fā)電機(jī)狀態(tài)變?yōu)殡妱?dòng)機(jī)狀態(tài)，在該期間存在著某種特殊的狀態(tài)為1 0＝θ0時(shí)，這時(shí)電機(jī)的A側(cè)向轉(zhuǎn)軸提供轉(zhuǎn)速n1的機(jī)械能，又向電機(jī)的B側(cè)提供頻率為f1的激磁電流，此時(shí)電機(jī)B側(cè)不向電網(wǎng)提供或吸收有功功率，而向電網(wǎng)提供或吸收無(wú)功功率，電機(jī)的B側(cè)是作為同步補(bǔ)償器用，θ0稱(chēng)之為臨界相位角。
2.θ＜θ0時(shí)，電機(jī)的A側(cè)向轉(zhuǎn)軸提供轉(zhuǎn)速為n1的機(jī)械能P1，同時(shí)向B側(cè)提供交流激磁電流，B側(cè)則向轉(zhuǎn)軸提供P2的機(jī)械能，此時(shí)電機(jī)B側(cè)作為異步交流激磁電動(dòng)機(jī)方式運(yùn)行。
3.θ＞θ0＞0時(shí)，電機(jī)的A側(cè)向轉(zhuǎn)軸提供轉(zhuǎn)速為n1的機(jī)械功率，同時(shí)向B側(cè)提供頻率為f1的交流電源，B側(cè)轉(zhuǎn)速為n1向電網(wǎng)反饋供電頻率為f0此時(shí)電機(jī)的A側(cè)既是電動(dòng)機(jī)，又是交流變頻機(jī)，電機(jī)的B側(cè)則為發(fā)電機(jī)。
由上述工作狀態(tài)分析可知，本實(shí)用新型有電機(jī)能量的變換過(guò)程是若設(shè)電機(jī)A側(cè)從電網(wǎng)吸收的能量為P1，B側(cè)反饋給電網(wǎng)的或從電網(wǎng)吸收的能量為P2，該電機(jī)從電網(wǎng)吸收的總能量為P。
則θ由180°趨向θ0時(shí)，P1增加，向電網(wǎng)輸出的能量P2減少，P增加，θ由θ0趨向0時(shí)，P1增加，從電網(wǎng)吸收的能量P2增加，P增加，在力矩不變的條件下，輸出能量的大小決定了轉(zhuǎn)速的高低，使該電機(jī)達(dá)到調(diào)速的目的。
調(diào)節(jié)θ角實(shí)際上是調(diào)整電機(jī)的功率角，無(wú)論同步電機(jī)或異步電機(jī)，功率角決定了電機(jī)的輸出功率，功率角大于零時(shí)為發(fā)電機(jī)狀態(tài)，功率角小于零時(shí)為電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，由于本實(shí)用新型電機(jī)具有變頻特性，因此功率的輸出將取決于轉(zhuǎn)速，而不是頻率。
調(diào)節(jié)θ角的方法有兩種，一種是電控，在B側(cè)定子繞組與電源之間接入一移相變壓器。二是在B側(cè)定子上加一機(jī)械回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，這種方法對(duì)機(jī)床電機(jī)可進(jìn)行直接調(diào)節(jié)，既省事又可降低整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的造價(jià)。
權(quán)利要求1.一種雙定子雙磁回路鼠籠交流調(diào)速電機(jī)，它包括在機(jī)座[1]上裝有轉(zhuǎn)子鐵芯及其繞組[9]，其特征是在機(jī)座[1]內(nèi)分別裝有兩組獨(dú)立的定子鐵芯[2]和[3]，在定子鐵芯[2]上嵌裝有定子三相繞組[4]，在定子鐵芯[3]上嵌裝有定子三相繞組[5]，轉(zhuǎn)子鐵芯及其繞組[9]穿插在定子鐵芯[2]和[3]之中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述交流調(diào)速電機(jī)，其特征在于轉(zhuǎn)子鐵芯及其繞組［9］是在轉(zhuǎn)軸［6］上裝有兩段獨(dú)立的轉(zhuǎn)子鐵芯［8］和［7］分別對(duì)應(yīng)兩組獨(dú)立的定子鐵芯［2］和［3］，在兩段獨(dú)立的轉(zhuǎn)子鐵芯［8］和［7］上嵌裝一組轉(zhuǎn)子繞組［9］，構(gòu)成兩組磁回路同時(shí)作用在轉(zhuǎn)子繞組上。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種交流異步調(diào)速電機(jī)，它解決了目前交流電機(jī)調(diào)速范圍小，自然特性差的問(wèn)題。它是由兩組獨(dú)立的定子鐵芯及其繞組，共同作用于一組鼠籠電機(jī)轉(zhuǎn)子構(gòu)成，兩組定子繞組分別接不同的電源，通過(guò)移相器改變一組定子繞組供電的相位角來(lái)達(dá)到調(diào)速的目的。它具有交流鼠籠電動(dòng)機(jī)的一切優(yōu)點(diǎn)，而其調(diào)速范圍可以從0平穩(wěn)調(diào)到額定轉(zhuǎn)速，其自然特性好，是一種較理想的交流調(diào)速電機(jī)。
文檔編號(hào)H02K17/16GK2205605SQ9423837
公開(kāi)日1995年8月16日 申請(qǐng)日期1994年10月14日 優(yōu)先權(quán)日1994年10月14日
發(fā)明者王逸民 申請(qǐng)人:王逸民