能調速運行的籠型感應轉子的製作方法

2023-05-26 23:33:06

專利名稱：能調速運行的籠型感應轉子的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種高效率交流自調速電動機的調速轉子，特別涉及一種有無級調速運行功能的籠型感應轉子。
背景技術：
除了直流電動機的轉子適合於無級調速運行外，在三相交流繞線轉子的三個集電環上用電刷引出三相過剩的轉子轉差功率，通過在轉子的主迴路中串聯能無級調節三相阻值的可變電阻器，或串聯三相水電阻設備，也能實現無級調速運行。但過剩的轉子轉差功率全部都在電阻器上轉換成熱能耗散掉了。是屬於一種耗能的方式調速。交流串級調速裝置，能將繞線轉子過剩的轉子轉差功率，通過三相集電環上的三組電刷引出後，經整流器，濾波器、逆變器和逆變變壓器等大功率電子換流裝置，以及在三相交流定子鐵心上設置回饋轉子過剩轉差功率的內饋繞組等回收一部分電能再利用。由於串級調速系統中的設備結構複雜，使製造成本大幅度上升，而且運行事故多，加上在轉子主迴路中的整流橋和逆變橋都使用大功率電力電子開關器件，在這兩種換流裝置中，都產生大量的高次諧波汙染電網和汙染電機。除了上述缺點與不足外，串級調速系統是兩次從電網吸收無功功率，至使這種調速系統的功率因數過低，限制著它的推廣使用。由於交流感應電動機的電磁參數中存在著多變量強耦合問題，如其勵磁電流與轉矩電流就是強耦合在一起的，難以對其中之一獨立進行調控，再加上籠型感應轉子的繞組是短路的，運行在高轉差率下時，轉子的過剩轉差功率轉化成無功電流後，經由定子繞組向電網回饋無功電能，使得轉子、定子的功率因數都大幅度下降，電動機溫升過高，力能指標嚴重下降。在已公開的各種交流自調速電動機的專利技術中，全是用增加籠型轉子電阻值的方法來實現減少滯後無功電流的。然而高電阻鼠籠轉子本身就是把轉差功率消耗在轉子發熱上。因此，在已公開的這些交流自調速電動機中都尚未能達到取代電磁滑差調速電動機的水平。

發明內容
為了克服在交流感應電動機外部附加交流變頻調速裝置等各種大功率電子調速裝置，給電動機帶來的多種負面效應和汙染電網等問題。本發明的第一個目的是提供一種結構簡單，製造成本低，調速運行時能大幅度抑制無功電流的產生，提高交流自調速電動機調速運行力能指標和可靠性的能調速運行的籠型感應轉子；本發明的目的之二是，提供一種通用的，能簡捷地向定子邊回饋過剩轉差功率的， 能調速運行的籠型感應轉子；本發明的目的之三是，使安裝在井下的潛水電動機及潛油電動機，能在井下無級下調轉速節能運行的，能調速運行的籠型感應轉子；本發明的目的之四是，用能調速運行的籠型感轉子取代現有技術中YZ、YZR、YH等系列交流感應電動機，用增加轉子迴路電阻的耗能方法來實現其變速運行目的。
本發明的目的是這樣實現的，能調速運行的籠型感應轉子，由轉子軸、轉子鐵心、 轉子導條和導條短路端環構成，其特徵是設置在有槽絕緣轉子鐵心槽內的導條，一端是電聯接籠型轉子全部導條的短路端環，另一端是將280° 士25°電角度跨距的每兩根導條， 都電聯接成獨立的電流迴路。在三相交流籠型感應轉子電動機中，每極氣隙磁通Φπι是由定子磁勢和轉子磁勢的矢量和建立起來的，而且籠型轉子繞組是自短路的，隨著轉差率S的增大，轉子電流的增大要比定子電流增加的快得多，致使合成的氣隙磁通矢量是隨著S的增大而向轉子的磁通軸線轉移，進而使定、轉子繞組中都感應出很大的滯後無動電流。在上述過程中電機從電網中吸收的全部電能，一部分轉換成機械能，經由軸伸輸出拖動負載做功；一部分轉換成滯後 90°電度角的無功電能，經由定子繞組回饋到電網；然而在轉、定子繞組中的大量無功電流，會造成電動機的力能指標大幅度下降，使一部分電能在定子、轉子的結構中轉換為熱能損耗掉。為了抑制籠型轉子感應電動機在大轉差率下不致造成過大的無功電流，在現有技術中都是用高電阻值的鼠籠轉子，來解決這一難題的。可是其效果有限，僅僅適用於在轉差率變化範圍不大的場合下使用，如YZ系列、YH系列電動機等。本發明的籠型感應轉子，是一種能在超高轉差率下直接向三相交流定子繞組回饋過剩轉差功率的鼠籠型感應轉子，其結構特徵是轉子將跨距為280° 士25°電角度上的每兩根和鐵心有絕緣層的轉子導條，都電聯接成獨立的電流迴路，這種新電路結構的感應轉子，在其電流迴路中，能將瞬時為主感應導條上的過剩轉差功率，通過在瞬時為副感應導條上的電流方向，與所感生的電動勢方向反向流動的時段，將該電路中的過剩轉差功率直接回饋給定子邊的繞阻，來取代串級調速系統需經過多次換流轉換的複雜回饋過程，以及取代現有技術中的YZ、YH系列高轉差率籠型轉子電動機等眾多用增加鼠籠轉子電阻值，將過剩的轉差功率變成轉子的發熱量，使電能轉換成熱能消耗掉的耗能方式來實現其所需轉距特性的。其從屬特徵1.電聯接成獨立電流迴路上的一對轉子導條，是由焊接在轉子端部的離心風扇銅板葉片一頭的上下兩根扁銅漆包線構成導條對(7)，焊接在每一個導條對上的兩根導條的另一頭，分別從跨距為280° 士25°電角度的一個轉子槽的上層和另一個轉子槽的下層穿過，並將從上下層穿過的全部轉子導條端頭都電聯接焊接在一個銅短路端環上。2.全部離心風扇葉片(3)另一頭的側面，有固定在全部葉片側面的絕緣風輪側板 ⑷。3.安裝在定子鐵心內孔一頭的一種比定子鐵心短的鑄銅、鑄鋁籠型感應轉子，在縮進定子鐵心內孔的一頭，有電聯接在全部導條下半槽與轉子軸外圓之間的異型小直徑轉子端環(2)，在轉子鐵心與定子鐵心對齊的一頭，有電聯接焊接在跨距為280° 士25°電角度兩根導條端頭上的人字形電聯接器(圖4)，用鋁板、銅板衝壓成形的電聯接器的一個邊上有寬度小於半個槽深的上、下兩個同導條端頭焊接的連接段，分別與一根導條端頭上半槽位置電聯接焊接，和轉過280° 士25°電角度的另一根導條端頭的下半槽位置電聯接焊接。4.轉子鐵心與鑄銅、鑄鋁鼠籠導條之間，有燒結在鐵心上的瓷釉絕緣膜或耐熱絕緣塗層。
5.轉子繞組是由多個用扁銅漆包線彎成一頭有梭形繞組端部的兩根連接在一起的導條，將另一頭的兩個導條端頭，分別穿過節距y= 1.6士0.18定子極距τ的一個轉子槽的上層和另一個槽的下層後，再彎成梭形的繞組端部，並將每個導條對電聯接焊接成都是與外部絕緣的獨立電流迴路。本發明的有益效果是1.在各種高轉滑差率(S = 15%以上)的交流感應電動機中，使用這種能將過剩轉差功率的能量，直接回饋給三相交流定子繞組再利用的籠型感應轉子，能節約大量電能和降低溫升，使原來不能連續運行的各種高轉差率感應電動機，實現連續運行而不過熱。2.使用本發明的這種籠型交流感應轉子，製造成的各種力矩電動機，能大幅度減小力矩電動機的體積和重量，降低造價及延長壽命，並大量節省電能。3.用於變磁通無級自調速電動機時，可提高調速電機的力能指標和減少溫升，延長使用壽命，以及提高其調速運行的功率因數COSCj5值。4.在現有交流感應電動機上使用這種新電路結構的交流感應轉子，能在電源電壓或頻率波動超過標準值時能保證電動機安全節電運行。5.能成倍減少交流感應電動機的起動電流，提高電動機的起動轉矩，剔除電機系統的起動設備和減少供電系統，及減小設備的設計容量，能使系統的投資成倍下降。


下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。圖1是應用於三相交流自調速電動機上的一種能調速運行的籠型感應轉子，以及自調速電動機的定子和殼體的縱剖面圖。圖2是安裝在圖一中的能調速運行的籠型感應轉子的縱剖面圖結構及A-A剖面圖。圖3是應用於油田抽油機上的，能適應大周期和寬變速範圍運行的一種抽油機專用節能電動機的能調速運行的籠型感應轉子縱剖面結構圖。圖4是一種能調速運行的籠型感應轉子的一種帶有轉子風扇葉片和人字形連接端部的導條對結構圖。圖中1.轉子軸或軸套，2.異型的小直徑轉子導條短路端環，3.電聯接兩根導條電流迴路的轉子風輪葉片，4.絕緣風輪側板，5.轉子導條上半槽連接段，6.轉子導條下半槽連接段，7.轉子導條，8.有上半槽連接段的導條，9.有下半槽連接段的導條，10.焊縫， 11.端環，12.轉子鐵心疊片。
具體實施例方式在圖1和圖2所示的實施例中，安裝在定子鐵心內孔一頭的一種比定子鐵心短的鑄銅、鑄鋁籠型感應轉子，在縮進定子鐵心的一頭，有電聯接在全部導條下半槽與轉子軸或軸套(1)外圓之間的鑄造成或焊接成的異型小直徑轉子端環(2)，在轉子鐵心與定子鐵心對齊的一頭，有電聯接焊接在轉子鐵心上280° 士25°電角度跨距的兩根導條端頭上的人字形電聯接器(圖4)。用鋁板、銅板衝壓成形的電聯接器的一個邊上，有寬度小於半個槽深彎成人字形的上下兩個焊接連接段，上連接段(5)的端頭同280° 士25°電角度跨距的其中一根導條端頭上半槽位置電聯接焊接，下連接段(6)的端頭同另一根導條端頭的下半槽位置電聯接焊接。並在焊接後進行總體高溫氧化處理，使轉子疊片與鑄造的導條之間形成一層絕緣膜。在調速轉子組件壓裝在轉子軸上之前需真空浸絕緣漆，填充導條與轉子槽之間的間隙。在按照設計要求將轉子壓裝到轉子軸上後，進行轉子各部位的整體精密加工和將絕緣風輪側板(4)固定在全部葉片的側面。 圖3所示的實施例，是裝在應用於油田抽油機上，能自適應大周期和可調節的寬變速範圍運行的，一種抽油機專用大周期自變速節能電動機中的籠型感應轉子。用有厚閉口的長梨形槽或巨型槽的矽鋼轉子衝片，穿在有斜槽鍵的短鐵心軸上，從疊片組件的兩端向轉子槽內表面塗低溫瓷釉、燒結後穿入銅條(8)和(9)，並將在上半槽位置有開口的小孔徑銅端環(11)，穿在全部導條的中心，並用銀銅合金焊料使全部導條與端環電聯接焊接成整體，也可以先用模具將端環(11)同銅導條(8)和(9)焊接成整體後再壓入疊片組件的轉子槽中。穿過轉子鐵心槽孔的上半槽和下半槽的導條連接段，都在轉子鐵心280° 士25° 的跨距上彎成梭形轉子繞組端部，並在焊縫(10)處焊接轉子風葉。
權利要求
1.一種能調速運行的籠型感應轉子，由轉子軸、轉子鐵心、轉子導條和導條短路端環構成，其特徵是設置在有槽絕緣轉子鐵心槽內的導條，一端是電聯接籠型轉子全部導條的短路端環，另一端是將280° 士25°電角度跨距的每兩根導條，都電聯接成獨立的電流迴路。
2.根據權利要求1所述的，能調速運行的籠型感應轉子，其特徵是電聯接成獨立電流迴路上的一對轉子導條，是由焊接在轉子端部的離心風扇銅板葉片一頭的上下兩根扁銅漆包線構成導條對(7)，焊接在每一個導條對上的兩根導條的另一頭，分別從跨距為 280° 士25°電角度的一個轉子槽的上層和另一個轉子槽的下層穿過，並將從上下層穿過的全部轉子導條端頭都電聯接焊接在一個銅短路端環上。
3.根據權利要求1所述的，能調速運行的籠型感應轉子，其特徵是全部離心風扇葉片另一頭的側面，有固定在全部葉片側面的絕緣風輪側板(4)。
4.根據權利要求1所述的，能調速運行的籠型感應轉子，其特徵是安裝在定子鐵心內孔一頭的一種比定子鐵心短的鑄銅、鑄鋁籠型感應轉子，在縮進定子鐵心內孔的一頭， 有電聯接在全部導條下半槽與轉子軸外圓之間的異型小直徑轉子端環(2)，在轉子鐵心與定子鐵心對齊的一頭，有電聯接焊接在跨距為280° 士25°電角度兩根導條端頭上的人字形電聯接器，用鋁板、銅板衝壓成形的電聯接器的一個邊上有寬度小於半個槽深的上、 下兩個同導條端頭焊接的連接段，分別與一根導條端頭上半槽位置電聯接焊接，和轉過 280° 士25°電角度的另一根導條端頭的下半槽位置電聯接焊接。
5.根據權利要求1所述的，能調速運行的籠型感應轉子，其特徵是轉子鐵心與鑄銅、 鑄鋁鼠籠導條之間，有燒結在鐵心上的瓷釉絕緣膜或耐熱絕緣塗層。
6.根據權利要求1所述的，能調速運行的籠型感應轉子，其特徵是轉子繞組是由多個用扁銅漆包線彎成一頭有梭形繞組端部的兩根連接在一起的導條，將另一頭的兩個導條端頭，分別穿過節距y = 1.6士0.18定子極距τ的一個轉子槽的上層和另一個槽的下層後， 再彎成梭形的繞組端部，並將每個導條對電聯接焊接成都是與外部絕緣的獨立電流迴路。
全文摘要
一種簡捷向三相交流定子繞組回饋多餘轉差功率的鼠籠型感應轉子，其結構特徵是將跨距為280°±25°電角度上的每兩根有絕緣層的轉子導條都電聯接成獨立的電流迴路，這種新感應轉子電路，能將瞬時為主感應導條上的過剩轉差功率，通過瞬時為在副感應導條上的電流方向與所感應的電勢方向反向流動，能將過剩轉差功率直接回饋給定子繞組，來取代現有技術中的YZ系列、YH系列等眾多用增加鼠籠轉子電阻值，將多餘轉差功率變成轉子的發熱量，將電能耗掉的耗能方式，來實現其所需轉矩特性和適應調速運行的。
文檔編號H02K17/16GK102347671SQ20101024098
公開日2012年2月8日 申請日期2010年7月23日 優先權日2010年7月23日
發明者江允良 申請人:侯肖成, 江允良, 江長永