專利名稱：交流調(diào)速無(wú)刷繞線型感應(yīng)電動(dòng)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調(diào)速無(wú)刷繞線型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，適用于高起動(dòng)力矩、低起動(dòng)電流和交流無(wú)級(jí)調(diào)速的各類容量電動(dòng)機(jī)。
感應(yīng)電動(dòng)機(jī)有鼠籠型和繞線型兩類，籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)電流為額定電流的6～7倍，引起電網(wǎng)電壓較大壓降，不利于電機(jī)和電網(wǎng)上其它電氣設(shè)備正常運(yùn)行。采用降壓起動(dòng)，雖然限制了起動(dòng)電流，但同時(shí)起動(dòng)力矩與電壓平方成比例下降。對(duì)于既要限制起動(dòng)電流，又要有足夠的起動(dòng)力矩的生產(chǎn)機(jī)械，則采用繞線型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，通過(guò)電刷的滑環(huán)在轉(zhuǎn)子回路中串接電阻或靜止頻敏變阻器進(jìn)行起動(dòng)。目前，繞線型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法有切換轉(zhuǎn)子外接電阻、斬波和串接調(diào)速。切換電阻只能有級(jí)調(diào)速，使用接觸器多，可靠性差。斬波和串接調(diào)速的裝置復(fù)雜，成本高。由于有電刷和滑環(huán)，容易磨損，產(chǎn)生火花和噪音，需要經(jīng)常維護(hù)和檢修，不利于安全和可靠生產(chǎn)，不適用于易燃易爆的場(chǎng)合。
本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種交流調(diào)速無(wú)刷繞線型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，它取消了滑環(huán)和電刷，有高起動(dòng)力矩，低起動(dòng)電流的優(yōu)良起動(dòng)性能，不用變頻方法進(jìn)行大范圍的交流無(wú)級(jí)調(diào)速，效率高于現(xiàn)有的轉(zhuǎn)子外接電阻能耗調(diào)速。
本實(shí)用新型提供的交流無(wú)刷繞線型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)如

圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7所示。
圖1為交流調(diào)速無(wú)刷繞線型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。
(1)機(jī)殼，(2)(3)定子鐵心，(4)(5)定子繞組，(6)轉(zhuǎn)軸，(7)軸承，(8)(9)轉(zhuǎn)子鐵心，(10)(11)轉(zhuǎn)子繞組，(12)出線端，(13)絕緣導(dǎo)線，(14)軸心孔，(15)電阻器，(16)螺栓，(17)旋轉(zhuǎn)電阻器，(18)螺栓，(19)接線柱，(20)套筒，(21)鍵，(22)彈簧圈，(23)防護(hù)罩，(24)通風(fēng)孔，(25)入水孔，(26)出水孔。
電動(dòng)機(jī)機(jī)殼(1)內(nèi)側(cè)裝有兩個(gè)定子鐵心(2)和(3)，其中嵌有相同排列的定子繞組(4)和(5)。支撐在軸承(7)上的轉(zhuǎn)軸(6)上有兩段轉(zhuǎn)子鐵心(8)和(9)，兩段轉(zhuǎn)子鐵心中各有轉(zhuǎn)子繞組(10)和(11)。轉(zhuǎn)子繞組(10)的三個(gè)出線端(12)與轉(zhuǎn)子繞組(11)的三個(gè)出線端分別對(duì)應(yīng)連接，并在連接處分別引出三根絕緣導(dǎo)線(13)，通過(guò)轉(zhuǎn)軸中心孔(14)引出至非軸伸端，與旋轉(zhuǎn)電阻器(17)的接線柱(19)相聯(lián)接。
圖2為壓緊鐵板的側(cè)視圖。
圖3為一片旋轉(zhuǎn)電阻器的側(cè)視圖。
旋轉(zhuǎn)電阻器由三片、六片或多片高阻率材料組成，電阻器上有接線孔(31)，可接成三相Y形或△形。每片電阻器之間或電阻器與兩側(cè)壓緊鐵板(15)之間設(shè)有耐熱絕緣墊片(16)，整個(gè)旋轉(zhuǎn)電阻器靠?jī)蓧K壓緊鐵板用螺栓(18)連接成整體，壓緊鐵板上有六個(gè)孔(28)供夾緊螺栓(18)穿過(guò)之用。通過(guò)套筒(20)上的燕尾槽，將壓緊鐵板固定在套筒上。套筒上有鍵槽(30)，用鍵(21)將套筒固緊在轉(zhuǎn)軸(6)上，最后用彈簧圈(22)鎖緊，以防止電阻器向軸向移動(dòng)。
圖4為旋轉(zhuǎn)電阻器的另一實(shí)例的剖視圖。
圖5為鐵板(35)的俯視圖。
旋轉(zhuǎn)電阻器也可用鎳鉻絲纏繞在電瓷或耐熱絕緣材料制成的管(33)上構(gòu)成六個(gè)分電阻器，鐵板(35)上面有六個(gè)孔(37)供穿過(guò)螺栓(34)，用螺栓將鐵板和管夾緊。六個(gè)電阻器用并聯(lián)或串聯(lián)接成Y形或△形，最后的三個(gè)出線端引至孔(39)，用螺栓與轉(zhuǎn)子繞組中引出的導(dǎo)線(13)相聯(lián)接，該接線柱與鐵板絕緣。鐵板通過(guò)燕尾槽固緊在套筒(36)上，套筒通過(guò)鍵槽(40)用鍵(21)與轉(zhuǎn)軸聯(lián)接，用彈簧圈(22)鎖緊。
旋轉(zhuǎn)電阻器(17)也可放在機(jī)殼內(nèi)的兩個(gè)轉(zhuǎn)子鐵心中間的空隙處，不再需要軸心孔和引出線，對(duì)于容量較大的電機(jī)，可在機(jī)殼中間加裝強(qiáng)冷風(fēng)扇和通風(fēng)孔。
改變定子繞組接線方式也可用手動(dòng)鼓形開(kāi)關(guān)或其它換接開(kāi)關(guān)。
進(jìn)行調(diào)壓調(diào)速時(shí)，也可以使用調(diào)壓變壓器、晶閘管調(diào)壓裝置。也可以不用調(diào)壓裝置，而用渦輪渦桿傳動(dòng)使其中一個(gè)定子繞組機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)移相來(lái)獲得無(wú)級(jí)調(diào)速。
圖6為調(diào)速系統(tǒng)的主接線例示圖。
圖中UVW為三相電源，KP是隔離閘刀開(kāi)關(guān)。要求電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，接觸器JK0閉合，JK1斷開(kāi);要求反轉(zhuǎn)時(shí)，JK1閉合，JK0斷開(kāi);ZR是過(guò)電流熔斷器。CT是電流互感器。SL是經(jīng)特殊設(shè)計(jì)的電壓、電流波形畸變小的飽和電抗器，A1、B1、C1、A2、B2、C2和X1、Y1、Z1、X2、Y2、Z2分別是電機(jī)的兩個(gè)定子繞組(4)和(5)的首端和末端。JK2，JK3，JK4，JK5，JK6，JK7是改變定子繞組(5)的首、末端接線方式以獲得不同移相所需的接觸器，接觸器也可改為晶閘管無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，以適用于易燃易爆場(chǎng)合。當(dāng)JK2和JK7閉合，而JK3～JK6斷開(kāi)，則定子繞組(4)和(5)所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相同(0°相位);當(dāng)JK3和JK7閉合，而JK2、JK4、JK5、JK6斷開(kāi)，則兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)移相120°;當(dāng)JK4和JK6閉合，而JK2，JK3，JK5，JK7斷開(kāi)，則移相60°;當(dāng)JK5和JK6閉合，而JK2、JK3、JK4、JK7斷開(kāi)，則移相180°。這樣就可獲得分級(jí)調(diào)速或轉(zhuǎn)速的“粗調(diào)”。起動(dòng)時(shí)，如依次移相180°、120°、60°、0°，則可得到高起動(dòng)力矩，低起動(dòng)電流，起動(dòng)平滑的優(yōu)良起動(dòng)性能。如調(diào)節(jié)飽和電抗器SL的直流控制回路的直流電流大小，從而改變其等效電抗，可以實(shí)現(xiàn)調(diào)壓，這樣可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速或速度“細(xì)調(diào)”。
圖7為自動(dòng)調(diào)速控制系統(tǒng)的例示圖。
自動(dòng)調(diào)速控制系統(tǒng)由單片微機(jī)(41)、存儲(chǔ)器(42)和I/O擴(kuò)展口(43)組成，電源(44)接自閘刀KP之后，穩(wěn)壓電源(45)供給整個(gè)控制系統(tǒng)，同步信號(hào)發(fā)生器(46)檢測(cè)電源電壓過(guò)零點(diǎn)，并產(chǎn)生脈沖信號(hào)向CPU請(qǐng)求中斷，CPU根據(jù)調(diào)速要求進(jìn)行計(jì)算后，通過(guò)觸發(fā)脈沖產(chǎn)生器(47)去觸發(fā)晶閘管(48)，經(jīng)整流器(49)后送入飽和電抗器的直流回路(50)以實(shí)現(xiàn)調(diào)壓調(diào)速。電流互感器CT的交流信號(hào)變?yōu)橹绷麟妷盒盘?hào)(51)和(52)。測(cè)速器(53)檢測(cè)電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。(54)產(chǎn)生速度給定指令。(55)為多路開(kāi)關(guān)，(56)為A/D轉(zhuǎn)換器，(58)和(59)分別為中間繼電器和交流接觸器。(60)為發(fā)光二極管，指示當(dāng)時(shí)閉合的交流接觸器。(61)為定子繞組(4)和(5)的電流以及轉(zhuǎn)速的選擇顯示開(kāi)關(guān)或按鍵，并通過(guò)數(shù)碼管(57)予以顯示。(62)為DIP配置開(kāi)關(guān)，根據(jù)負(fù)載性質(zhì)對(duì)起動(dòng)力矩的要求予以整定，以使起動(dòng)過(guò)程平穩(wěn)。(63)為電機(jī)正轉(zhuǎn)、停轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的指令開(kāi)關(guān)或按鍵。
本實(shí)用新型的交流調(diào)速無(wú)刷繞線型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)具有如下優(yōu)點(diǎn)1、電動(dòng)機(jī)由兩個(gè)定子和一個(gè)轉(zhuǎn)子組成。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，只需通過(guò)改變接線方式和調(diào)壓就可以調(diào)節(jié)兩個(gè)定子繞組旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的大小和相位差。當(dāng)改變其中一定子繞組旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的大小和相位差時(shí)，將有電流通過(guò)電阻器，這樣相當(dāng)于增加了轉(zhuǎn)子繞組的等效電阻，提高了功率因數(shù)和效率，使低速時(shí)效率大大提高。配合負(fù)載性質(zhì)和負(fù)載轉(zhuǎn)矩的需要進(jìn)行交流調(diào)壓調(diào)速，進(jìn)一步擴(kuò)大了調(diào)速范圍。并在起動(dòng)時(shí)能獲得高起動(dòng)力矩，低起動(dòng)電流，而無(wú)需電刷、滑環(huán)和附加的起動(dòng)裝置。成本低，可靠性高。
2、電動(dòng)機(jī)僅將每相繞組的首端和末端引出，不再?gòu)睦@組中抽頭，通過(guò)不同的接線方式，就可得到0°，60°，120°，180°的相移。為了大范圍平滑調(diào)速，只用調(diào)壓裝置對(duì)定子繞組調(diào)壓，特別是在低速時(shí)相應(yīng)的降低電壓，減少了輸入電磁功率，提高了電機(jī)效率，相應(yīng)的轉(zhuǎn)差損耗降低，溫升低，增加了電機(jī)絕緣壽命，尤其適用于風(fēng)機(jī)，泵類負(fù)載，電動(dòng)機(jī)還可以構(gòu)成交流自動(dòng)調(diào)速控制系統(tǒng)。
3、旋轉(zhuǎn)電阻器裝設(shè)在機(jī)殼的非軸伸端，在低速時(shí)嚴(yán)重發(fā)熱的電阻器的高溫不會(huì)威脅電機(jī)絕緣的安全。同時(shí)，電阻器的幾何尺寸不受電機(jī)機(jī)殼內(nèi)部空間的限制，可以加大尺寸以便增加電機(jī)的熱容量，這種結(jié)構(gòu)形式使得電阻器的冷卻方式大為改善，可以強(qiáng)制冷卻如風(fēng)冷或噴水冷卻，對(duì)大容量電機(jī)是非常重要的。也可將電阻器裝設(shè)在兩段轉(zhuǎn)子鐵心中間的空隙處。
實(shí)施例本實(shí)用新型的交流調(diào)速無(wú)刷繞線型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)〔1〕結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，機(jī)殼、定子和轉(zhuǎn)子等均能在一般電機(jī)制造廠加工，旋轉(zhuǎn)電阻器選擇高阻率材料由普通車、鉆等機(jī)械加工制作，也可用鎳鉻絲繞制。其他電子元件及連接件可以直接在商店購(gòu)買，本專業(yè)技術(shù)人員均能按圖紙組裝、調(diào)試和正常生產(chǎn)。
權(quán)利要求
1.一種交流調(diào)速無(wú)刷繞線型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)[1]，含有機(jī)殼、定子和轉(zhuǎn)子。其特征在于該電動(dòng)機(jī)機(jī)殼(1)內(nèi)側(cè)裝有兩個(gè)定子鐵心(2)和(3)，其中嵌有相同排列的定子繞組(4)和(5)，支撐在軸承(7)上的轉(zhuǎn)軸(6)上有兩段轉(zhuǎn)子鐵心(8)和(9)，兩段轉(zhuǎn)子鐵心中各有轉(zhuǎn)子繞組(10)和(11)轉(zhuǎn)子繞組(10)的三個(gè)出線端(12)與轉(zhuǎn)子繞組(11)的三個(gè)出線端分別對(duì)應(yīng)連接，并在連接處分別引出三根絕緣導(dǎo)線(13)，通過(guò)轉(zhuǎn)軸中心孔(14)引出至非軸伸端與旋轉(zhuǎn)電阻器(17)的接線柱(19)相聯(lián)接，電阻器上有接線孔(31)，可接成Y形或Δ形，每片電阻器之間或電阻器與兩側(cè)壓緊鐵板(15)之間設(shè)有耐熱絕緣墊片(16)。整個(gè)旋轉(zhuǎn)電阻器靠?jī)蓧K壓緊鐵板用螺栓(18)連接成整體。改變定子繞組的接線方式、調(diào)壓或機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)移相可獲得高起動(dòng)力矩、低起動(dòng)電流和分級(jí)或無(wú)級(jí)調(diào)速的優(yōu)良性能，也可由自動(dòng)調(diào)速控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
2.按照權(quán)利要求1所述交流調(diào)速無(wú)刷繞線型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，其特征在于該電動(dòng)機(jī)的電阻器由一片、三片或多片高阻率材料組成。也可用鎳鉻絲纏在電瓷或耐熱絕緣材料制的管(33)上構(gòu)成六個(gè)分電阻器，鐵板(35)上面有六個(gè)孔(37)供穿過(guò)螺栓(34)，用螺栓將鐵板和管夾緊。六個(gè)分電阻器用并聯(lián)或串聯(lián)接成Y形或△形。最后的三個(gè)出線端引至孔(39)，用螺栓與轉(zhuǎn)子繞組中引出的導(dǎo)線(13)相聯(lián)接，該接線柱與鐵板絕緣。鐵板通過(guò)燕尾槽固緊在筒(36)上，套筒通過(guò)鍵槽(40)用鍵(21)與轉(zhuǎn)軸(6)聯(lián)接，用彈簧圈(22)鎖緊。旋轉(zhuǎn)電阻器(17)也可放在機(jī)殼內(nèi)的兩段轉(zhuǎn)子鐵心中間的空隙處。
3.按照權(quán)利要求1或2所述交流調(diào)速無(wú)刷繞線型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，其特征在于該電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)主結(jié)線〔6〕中UVW三相電源，KP是隔離閘刀開(kāi)關(guān)。要求電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，接觸器JKO閉合，JK1斷開(kāi);要求反轉(zhuǎn)時(shí)，JK1閉合，JK0斷開(kāi)。ZR是過(guò)電流熔斷器，CT是電流互感器，SL是經(jīng)特殊設(shè)計(jì)的電壓、電流波形畸變小的飽和電抗器，A1、B1、C1、A2、B2、C2和X1、Y1、Z1、X2、Y2、Z2分別是電機(jī)的兩個(gè)定子繞組(4)和(5)的首端和末端，JK2、JK3、JK4、JK5、JK6、JK7是改變定子繞組(5)的首、末端接線方式以獲得不同移相所需的接觸器，接觸器也可改為晶閘管無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)。當(dāng)JK2和JK7閉合，而JK3～JK6斷開(kāi)，則定子繞組(4)和(5)所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同相(0°相位);當(dāng)JK3和JK7閉合，而JK2，JK4，JK5，JK6斷開(kāi)，則兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)移相120°;當(dāng)JK4和JK6閉合，而JK2，JK3，JK5，JK7斷開(kāi)，則移相60°;當(dāng)JK5和JK6閉合，而JK2，JK3，JK5，JK7斷開(kāi)，則移相180°。這樣就可獲得分級(jí)調(diào)速或轉(zhuǎn)速的“粗調(diào)”。起動(dòng)時(shí)，如依次移相180°、120°、60°、0°，則可得到高起動(dòng)力矩，低起動(dòng)電流，起動(dòng)平滑的優(yōu)良起動(dòng)性能。如調(diào)節(jié)飽和電抗器SL的直流控制回路的直流電流大小，從而改變其等效電抗，進(jìn)行調(diào)壓，這樣可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速或速度“細(xì)調(diào)”。
4.按照權(quán)利要求1或2所述交流調(diào)速無(wú)刷繞線型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，其特征在該電動(dòng)機(jī)的自動(dòng)調(diào)速控制系統(tǒng)〔7〕由單片微機(jī)(41)存儲(chǔ)器(42)和I/O擴(kuò)展口(43)組成，電源(44)接自閘刀KP之后，穩(wěn)壓電源(45)供給整個(gè)控制系統(tǒng)，同步信號(hào)發(fā)生器(46)檢測(cè)電源電壓過(guò)零點(diǎn)，并產(chǎn)生脈沖信號(hào)向CPU請(qǐng)求中斷，CPU根據(jù)調(diào)速要求進(jìn)行計(jì)算后，通過(guò)觸發(fā)脈沖產(chǎn)生器(47)去觸發(fā)晶閘管(48)，經(jīng)整流器(49)后送入飽和電抗器的直流回路(50)以實(shí)現(xiàn)調(diào)壓調(diào)速。電流互感器CT的交流信號(hào)變?yōu)橹绷麟妷盒盘?hào)(51)和(52)。測(cè)速器(53)檢測(cè)電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。(54)產(chǎn)生速度給定指令。(55)為多路開(kāi)關(guān)，(56)為A/D轉(zhuǎn)換器。(58)和(59)分別為中間繼電器和交流接觸器。(60)為發(fā)光二極管，指示當(dāng)時(shí)閉合的交流接觸器。(61)為定子繞組(4)和(5)的電流以及轉(zhuǎn)速的選擇顯示開(kāi)關(guān)或按鍵，并通過(guò)數(shù)碼管(57)予以顯示。(62)為DIP配置開(kāi)關(guān)，根據(jù)負(fù)載性質(zhì)對(duì)起動(dòng)力矩的要求予以整定，以使起動(dòng)過(guò)程中平穩(wěn)。(63)為電機(jī)正轉(zhuǎn)，停轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的指令開(kāi)關(guān)或按鍵。
5.按照權(quán)利要求1或2所述交流調(diào)速無(wú)刷繞線型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，其特征在于該電動(dòng)機(jī)用渦輪渦桿傳動(dòng)使其中一個(gè)定子繞組機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)移相來(lái)獲得無(wú)級(jí)調(diào)速。
全文摘要
一種交流調(diào)速無(wú)刷繞線型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)由兩個(gè)定子和一個(gè)轉(zhuǎn)子組成。其轉(zhuǎn)子分為兩段，各有其自身的轉(zhuǎn)子繞組，兩個(gè)轉(zhuǎn)子繞組的三個(gè)線端在機(jī)殼內(nèi)部連接，在連接處再接三根導(dǎo)線通過(guò)轉(zhuǎn)軸中心孔引至非軸伸端與裝在非軸伸端的旋轉(zhuǎn)電阻器連接。也可以將電阻器置于兩段轉(zhuǎn)子中間的空隙處。改變定子繞組的接線方式和調(diào)壓就可調(diào)節(jié)兩個(gè)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的大小和相位差，也可轉(zhuǎn)動(dòng)其中一個(gè)定子繞組進(jìn)行機(jī)械移相來(lái)獲得高起動(dòng)力矩，低起動(dòng)電流和分級(jí)或無(wú)級(jí)調(diào)速的性能。
文檔編號(hào)H02K16/00GK1064376SQ91107140
公開(kāi)日1992年9月9日 申請(qǐng)日期1991年2月11日 優(yōu)先權(quán)日1991年2月11日
發(fā)明者李興源, 黃耀群, 廖民, 楊國(guó)強(qiáng) 申請(qǐng)人:李興源