專利名稱：異步電機(jī)智能繞組移相方法及其電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及異步電機(jī)的全新移相技術(shù)，具體涉及在電機(jī)鐵芯內(nèi)部，罩極分流主繞組極相中的能量通過智能橋式分流繞組再次移相，產(chǎn)生兩相新的極相，成為移相配件與電驅(qū)繞組一體化的異步電機(jī)智能繞組移相新方法及異步電機(jī)智能繞組移相電路。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有電機(jī)技術(shù)中，單相異步電機(jī)主要是靠電容移相技術(shù)進(jìn)行移相，不但成本高，而且配置的電容器成為電機(jī)外的包袱，存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、占用空間等缺陷；電容器還是易損件，損壞后回收價值很低，造成環(huán)境污染與干電池相當(dāng)。而原始的罩極電機(jī)由于罩極產(chǎn)生的電流被白白浪費(fèi)，存在轉(zhuǎn)矩極小，效率很低的問題，其應(yīng)用范圍受到限制?，F(xiàn)有的電容移相電機(jī)技術(shù)，大都是主、副繞組分別處于對方的磁距位置，副相電源通過磁感電流會大量直接流入主相電源波谷產(chǎn)生電網(wǎng)干擾而浪費(fèi)能量；只能靠容抗將副相電流限制到一定程度來控制，導(dǎo)致電能經(jīng)副繞組電驅(qū)輸入不足其磁驅(qū)飽和輸出的30％；加之僅有兩組極相輸出，磁驅(qū)行程出現(xiàn)死角現(xiàn)象；存在運(yùn)行轉(zhuǎn)矩小、效率低和諸多安全隱患。中國專利02244670.2公開的“二次移相單相電機(jī)”存在工藝難度大、耗費(fèi)繞組多、成本高的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)單相異步電機(jī)使用電容器移相，不但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，電容器成為電機(jī)外的包袱，而且只能移成兩相電機(jī)實(shí)際運(yùn)行的缺點(diǎn)，而提供一種結(jié)構(gòu)更簡單、成本更低，能實(shí)現(xiàn)三相實(shí)際運(yùn)行的異步電機(jī)智能繞組移相方法及其電路。
實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明采用的技術(shù)手段是異步電機(jī)智能繞組移相方法，將電機(jī)接入供電電源的繞組稱為主繞組A，以每個主繞組A電極距為對稱中線，在其兩側(cè)分別設(shè)定兩個控制繞組B3、B4，兩個供電繞組A1、A2和兩個副繞組B1、B2；兩個控制繞組B3、B4重疊于主繞組A中線Y兩側(cè)45°范圍內(nèi)，兩個供電繞組A1、A2重疊于主繞組A中線Y的兩側(cè)60°范圍內(nèi)；兩個副繞組B1、B2設(shè)置在距中線兩側(cè)60°至90°范圍內(nèi)；分別將一側(cè)的控制繞組B3或B4與另一側(cè)的副繞組B1或B2順副繞組繞向串聯(lián)后并聯(lián)成智能電橋，并頭為電橋接電源端；兩個供電繞組A1、A2順主繞組繞向串聯(lián)后兩抽頭端經(jīng)過倒向開關(guān)K并與電橋接電源端相連接，實(shí)現(xiàn)智能繞組移相設(shè)備與電機(jī)驅(qū)動設(shè)備一體化。
異步電機(jī)智能繞組移相電路，在距主繞組A∠ωt電極距中心線Y的兩側(cè)±30°處，各重疊一個副相控制繞組B3(∠ωt+30°)、B4(∠ωt-30°)和供電繞組A1(∠ωt+30°)、A2(∠ωt-30°)；又在距主繞組A∠ωt的±75°處，各設(shè)定一個副繞組B1(∠ωt-75°)和B2(∠ωt+75°)；B1和B3、B2和B4分別順B1、B2的繞向串聯(lián)后并接成電橋環(huán)路，并接點(diǎn)為電源端；A1和A2順A的繞向串聯(lián)后抽頭端通過倒向并關(guān)K接入智能電橋環(huán)路。
本發(fā)明重點(diǎn)是在繞組鐵芯內(nèi)索取副相電源的方法和智能電橋環(huán)路的組合結(jié)構(gòu)，能隨時傳感到磁通旋轉(zhuǎn)的狀況，將無驅(qū)動能力的磁通量感應(yīng)成電流送入環(huán)路有驅(qū)動能力的位置還原成磁通量，以感應(yīng)繞組和電驅(qū)繞組巨大的匝數(shù)差來達(dá)到被移相的磁通量協(xié)調(diào)飽和，實(shí)現(xiàn)智能繞組移相與繞組驅(qū)動一體化，克服電容器占用空間、結(jié)構(gòu)復(fù)雜和環(huán)境污染的問題，同時克服電容器移相對電網(wǎng)的干擾；且它的副相電流回路是個封閉的環(huán)路，可將其繞組匝數(shù)最少化，減少用線量，簡化制造工藝；即大小電機(jī)都可用幾圈繞線同時代替原電容移相電機(jī)中必用的運(yùn)轉(zhuǎn)電容器和副繞組進(jìn)行移相，達(dá)到三相運(yùn)行效果。
工作原理本發(fā)明繞組移相是引用互感法則的原理，互感電動勢的方向應(yīng)以互感磁通的方向?yàn)闇?zhǔn)，并用安培定則確定。當(dāng)電流增大時，電流變化率Δi/Δt＞0，互感電動勢為負(fù)值，表示實(shí)際方向與參考方向相反；當(dāng)電流減少時，電流變化率Δi/Δt＜0，互感電動勢為正值，表明實(shí)際方向與參考方向相同。


圖1是本發(fā)明三相實(shí)際運(yùn)行電機(jī)電路圖。
圖2是繞組移相最基本的電路圖。
圖3是智能分流電路。
圖4是圖1的變形電路。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明異步電機(jī)智能繞組移相方法，將電機(jī)接入供電電源的繞組稱為主繞組A，以每個主繞組A電極距為對稱中線，在其兩側(cè)分別設(shè)定兩個控制繞組B3、B4，兩個供電繞組A1、A2和兩個副繞組B1、B2；兩個控制繞組B3、B4重疊于主繞組A中線Y兩側(cè)45°范圍內(nèi)，兩個供電繞組A1、A2重疊于主繞組A中線Y的兩側(cè)60°范圍內(nèi)；兩個副繞組B1、B2設(shè)置在距中線兩側(cè)60°至90°范圍內(nèi)；分別將一側(cè)的控制繞組B3或B4與另一側(cè)的副繞組B1或B2順副繞組繞向串聯(lián)后并聯(lián)成智能電橋，并頭為電橋接電源端；兩個供電繞組A1、A2順主繞組繞向串聯(lián)后兩抽頭端經(jīng)過倒向開關(guān)K并與電橋接電源端相連接，實(shí)現(xiàn)智能繞組移相設(shè)備與電機(jī)驅(qū)動設(shè)備一體化。
異步電機(jī)智能繞組移相電路，在距主繞組A∠ωt電極距中心線Y的兩側(cè)±30°處，各重疊一個副相控制繞組B3(∠ωt+30°)、B4(∠ωt 30°)和供電繞組A1(∠ωt+30°)、A2(∠ωt-30°)；又在距主繞組A∠ωt的±75°處，各設(shè)定一個副繞組B1(∠ωt-75°)和B2(∠ωt+75°)；B1和B3、B2和B4分別順B1、B2的繞向串聯(lián)后并接成電橋環(huán)路，并接點(diǎn)為電源端；A1和A2順A的繞向串聯(lián)后抽頭端通過倒向并關(guān)K接入智能電橋環(huán)路。
按照此方法可做成如下電路如圖1所示，異步電機(jī)智能繞組移相電路，本發(fā)明結(jié)構(gòu)扭矩和效率均比電容運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)明顯改善，鐵芯利用率可在其它異步電機(jī)的基礎(chǔ)上增加25％，而且成本大幅降低，可完全取代電容運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)。由于沒有電容移相的諸多限制，可將電機(jī)功率大幅度做大。將主繞組改為雙向繞組接入相應(yīng)的半導(dǎo)體元件，兩端取交流信號輸入半導(dǎo)體控制端，可將電機(jī)變?yōu)橹绷鹘蛔円惑w化異步電機(jī)使用。
如圖2所示，為了更省成本和簡化工藝，用普通繞組B代替智能繞組B1、B2、B3和B4，并在單轉(zhuǎn)向時，可省掉供電繞組A1或A2即構(gòu)成繞組移相最基本的結(jié)構(gòu)。但這種結(jié)構(gòu)扭矩小、效率低，只適用于吊扇之類的電機(jī)繞組。
當(dāng)主相電流增加時，A1或A2產(chǎn)生互感分流降低了(∠ωt-30°)位置主繞組的電驅(qū)能力，加大了(∠ωt+30°)位置主繞組的電驅(qū)能力，并且(∠ωt+90°)位置的副繞組同時電驅(qū)磁通協(xié)助偏移，主繞組在極弧產(chǎn)生的極相被偏在(∠ωt+30°)位置一邊；當(dāng)主電流減小時，由于實(shí)際電流方向的改變，主繞組在極弧中產(chǎn)生的極相位置被改偏到(∠ωt-30°)一邊，便產(chǎn)生的初步的旋轉(zhuǎn)磁場。
如圖3所示，是圖1簡化A1、A2的繞組智能化移相電路圖；在電機(jī)具有兩相電源的時候，使用圖3的電路可成倍增加電機(jī)轉(zhuǎn)矩和大幅提高電機(jī)效率。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計(jì)，在單給主繞組通電時，環(huán)路繞組B1、B2、B3、B4處于互感平衡狀態(tài)，其電源端無電輸入時，不會產(chǎn)生互感電流，一旦完全接通所有供電電源，電流便直接進(jìn)入B1、B2、B3、B4組成的智能分流回路，啟動磁通旋轉(zhuǎn)變化。由于繞組驅(qū)動磁通量是按磁通位置距電極距夾角正弦值大小決定磁通密度，從電極距一側(cè)經(jīng)過極弧通向另一側(cè)。電極距兩側(cè)極弧中產(chǎn)生的磁極便相反；而在磁驅(qū)感應(yīng)電壓時，磁感電流與互感電流方向的交變相位大約相差105°。磁極距一側(cè)磁感電流與另一側(cè)磁感電壓方向相反；實(shí)現(xiàn)磁驅(qū)行為必須將磁驅(qū)方向磁距前半部分磁通量按要求遞增而消耗繞組電流，后半部分磁通量同步減弱而產(chǎn)生繞組電流，并且同一極相中，繞組產(chǎn)生互感行為的位置與其磁極產(chǎn)生驅(qū)動行為的位置無外力作用時相距90°。由此可見，在電機(jī)繞組排列中，繞組受到的感應(yīng)電流在互感和磁驅(qū)的共同作用下，變成180°為一個周期，頻率比主電源增加一倍。然而極弧中繞組分布確定為主電驅(qū)、輔電驅(qū)、磁感電流反饋和磁感電壓反饋四個不同功能的極相分布區(qū)域。本電機(jī)分別在這四個區(qū)域設(shè)立專用繞組，根據(jù)磁場與繞組做相對運(yùn)動時各區(qū)電極變換規(guī)律，利用各區(qū)域繞組匝數(shù)的設(shè)定，按感應(yīng)電流方向的變化規(guī)則，組合成合適四個極相功能的副相電橋，能隨時傳感到磁通的運(yùn)行情況，及時修正磁通的旋轉(zhuǎn)行為。
圖4是為了簡化倒向開關(guān)K的變形電路，但它只能給一相副繞組供電。
運(yùn)行中，一相副繞組將其主相電驅(qū)磁通用罩極回流方法移位30°角距，調(diào)整到處于峰值電驅(qū)狀態(tài)的控制繞組磁極相中；由此，主相磁驅(qū)行程被綜合調(diào)整成三個等效磁極相，其作用范圍被擴(kuò)伸至極弧的60％，磁驅(qū)行程周期達(dá)到五相磁極相分布；主繞組位置處于兩個副相的磁極相之間，其磁感電流波峰避開了主電流波谷，進(jìn)入主繞組的磁感電流直接被控制繞組磁極相吸收為磁驅(qū)能量。而電容運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)僅有兩個極相分布，且副極相磁驅(qū)很弱，轉(zhuǎn)子磁能輻射至磁驅(qū)死角，不能驅(qū)動轉(zhuǎn)子又無法回收。
使用本發(fā)明的電機(jī)在各項(xiàng)性能優(yōu)于電容運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)的前題下，用線量少于相應(yīng)的電容運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)，直接省掉了電容器，制造工藝更簡單化。電機(jī)極相能達(dá)到更適合電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的三相實(shí)際運(yùn)行。對罩極電機(jī)而言，罩極效果增加一倍；同時，增加了兩個副繞組極相的驅(qū)動能力。
本發(fā)明不局限于圖1至圖3所示的實(shí)施方式電路形式，還可以是具有上述結(jié)構(gòu)的等效電路。只要采用了本發(fā)明的方法，即在異步電機(jī)中采用智能繞組移相均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.異步電機(jī)智能繞組移相方法，其特征在于將電機(jī)接入供電電源的繞組稱為主繞組A，以每個主繞組A電極距為對稱中線，在其兩側(cè)分別設(shè)定兩個控制繞組B3、B4，兩個供電繞組A1、A2和兩個副繞組B1、B2；兩個控制繞組B3、B4重疊于主繞組A中線Y兩側(cè)45°范圍內(nèi)，兩個供電繞組A1、A2重疊于主繞組A中線Y的兩側(cè)60°范圍內(nèi)；兩個副繞組B1、B2設(shè)置在距中線兩側(cè)60°至90°范圍內(nèi)；分別將一側(cè)的控制繞組B3或B4與另一側(cè)的副繞組B1或B2順副繞組繞向串聯(lián)后并聯(lián)成智能電橋，并頭為電橋接電源端；兩個供電繞組A1、A2順主繞組繞向串聯(lián)后兩抽頭端經(jīng)過倒向開關(guān)K并與電橋接電源端相連接，實(shí)現(xiàn)智能繞組移相設(shè)備與電機(jī)驅(qū)動設(shè)備一體化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能繞組移相方法，其特征在于所述兩個控制繞組B3、B4之間和兩供電繞組A1、A2之間的相帶角均為60°；兩個副繞組B1、B2之間的相帶角為30°。
3.異步電機(jī)智能繞組移相電路，其特征在于在距主繞組A∠ωt電極距中心線Y的兩側(cè)±30°處，各重疊一個副相控制繞組B3(∠ωt+30°)、B4(∠ωt-30°)和供電繞組A1(∠ωt+30°)、A2(∠ωt-30°)；又在距主繞組A∠ωt的±75°處，各設(shè)定一個副繞組B1(∠ωt-75°)和B2(∠ωt+75°)；B1和B3、B2和B4分別順B1B2的繞向串聯(lián)后并接成電橋環(huán)路，并接點(diǎn)為電源端；A1和A2順A的繞向串聯(lián)后抽頭端通過倒向并關(guān)K接入智能電橋環(huán)路。
全文摘要
異步電機(jī)智能繞組移相方法及其電路，在距主繞組A∠ωt電極距中心線Y的兩側(cè)±30°處，各重疊一個副相控制繞組B
文檔編號H02K3/28GK1780114SQ20041008134
公開日2006年5月31日 申請日期2004年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月23日
發(fā)明者陳伯川 申請人:陳伯川