磁調控壓式異步電動機節能器的製作方法

2023-07-29 16:12:11

專利名稱：磁調控壓式異步電動機節能器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及應用於異步電動機在空、輕載運行時的一種節能設備，尤其是在電機負載變化頻繁且不充許降低轉速的工況條件下下使用是變頻調速器所不能代替的設備——磁調控壓式異步電動機節能器。
本
背景技術：
中，根據電機學可知「在外加電壓恆定的情況下，電機在額定負載內運行時，從電源吸收的激磁功率是基本不變的。」所以在空、輕載運行時功率因數低、耗能高是必然的，由於這一問題的普遍存在多年來引起了電工行業的廣泛關注，在1977年美國工程師《諾勒》首先研製出了「PFC功率因數調節器」，實現了根據電機負載變化無級調節供電的節能方案，但是該方案採用雙向可控矽作為執行元件，所以在斬波調壓過程中不可避免地要產生以下幾種情況一是電壓波型嚴重畸變而產生高次諧波，對電網造成汙染，尤其是奇次諧波在電機內還形成制動轉矩對運行產生不良影響。二是由於可控矽過載能力差，性能脆弱，所以保護措施必須迅速準確；而電機在運行中瞬時超載不但是允許的而且也是普遍的，往往因此而造成停車影響生產。三是結構相對複雜，故障章高，造價高，所以推廣應用困難。
本實用新型目的是克服上述背景技術中的不足之處，並在原專利《磁控式異步電機軟起動器》基礎作出創新，研製一種體積小，過載能力強，諧波不超標，結構簡單可靠實用的磁調控壓式異步電動機節能器，尤其是採取可控電抗器取代原雙向可控矽作為調節執行器件，這是本實用新型的發明點，使電機工作性能更穩定、可靠、節能、延長壽命，以利於廣泛地推廣應用。
本實用新型的技術解決方案如下包括鐵芯(1)上繞有AC交流線圈，其特徵是在執行器件三相組合可控電抗器(1)中，鐵芯(11)上繞有NJ交流電抗繞組(9)和NK控制線繞組(10)組成單相可控電抗器(2)，以串聯、並聯或單繞組連接在電機M三相交流線輸入端上。
本實用新型的技術解決方案還包括在單相可控電抗器(2)中，依次排列的鐵芯(11)中部有NK控制線繞組(10)，兩側繞有串聯的NJ交流電抗繞組(9)。
在單相可控電抗器(2)中，依次排列的鐵芯(11)中部有NK控制線繞組(10)，兩側繞有並聯的NJ交流電抗繞組(9)。
在單相可控電抗器(2)中，依次排列的鐵芯(11)中部有NK控制線繞組(10)和單繞組的NJ交流電抗繞組(9)。
在上述技術解決方案中，對於△形接法運行的電機M，三組單相可控電抗器(2)分別串聯在電機M的△形接法輸入端，組成內延型結構三相組合可控電抗器(1)。
在上述技術解決方案中，對於△/Y接法而又長期處於Y接法運行的電機M，三組單相可控電抗器(2)依次首尾相連組成△形，△形的角端分別連接電機M的三個引出端，組成內延型結構三相組合可控電抗器(1)。
在上述技術解決方案中，對於Y接法運行的3KW以下電機M三組單相可控電抗器(2)一端分別連接電機M的三個引出端，另一端分別連接三相交流輸入端，組成外延型結構三相組合可控電抗器(1)。
所述的三相可控電抗器組合(1)在電機M上最低的端電壓為線電壓175～185伏，即三相可控電抗器組合(1)相兩端控制的最高相電壓為110～120伏。
所述的三相組合可控電抗器(1)被旁路切除的閥值功率定為電機額定功率的50～60％之間。
本實用新型的優點和效果如下①由於採用可控電抗器取代了原雙向可控矽作為調節執行器件，故實用了用磁電器件對磁電設備(電機)的控制，使抗過載能力處於同一水平，保證了整機工作的可靠性，本實用新型的過載時限為幾十秒級，遠高於可控矽的過載時限毫秒級。②由於採用了內延型結構控制器件控制的是電機的相電流線電壓，所以電流放大能力相對於控制線電流線電壓提高了 倍，體積相應減少，同時也減少了節能器的自身能耗。③由於可控電抗器是通過調節電抗限幅調壓，不存在可控矽那樣的斬波調壓問題，所以電壓波型還是保持了正弦波；為避免諧波幹擾電網和減少節能器自身損耗，採用了當電機進入50～60％負載率運行基本設有節能潛力可挖時，自動切除可控電抗器，讓電機進入電網電壓運行。④由於可控電抗器的調節控制只需要按電機cosφ的變化信號去調節輸入的控制繞組激磁電流大小；即非常簡單的實現了調節控制輸出電壓(功率)的變化。
本實用新型的
如下圖1是整機電器主迴路原理圖，圖2是控制迴路原理框圖，圖3是電機為△形接法時的可控電抗器內延型第一種接線原理圖，圖4是電機為△形接法時的可控電抗器內延型第二種接線原理圖，圖5是電機為△形接法時的可控電抗器內延型第三種接線原理圖，圖6是電機為△/Y形接法時的可控電抗器內延型接線原理圖，圖7是電機為3KW以下時的可控電抗器外延型接線原理圖。圖8是電機△接法內延型接線端子圖。圖9是電機△/Y接法內延型而長期處於Y接法運行的接線端子圖。圖10是為3KW以下電機外延型接線端子圖。圖11是單相交流串聯可控電抗器原理圖。圖12是單相交流並聯可控電抗器原理圖。圖13是單相交流單繞組可控電抗器原理圖。
上述圖中標號說明如下1-三相組合可控電抗器，2-單相可控電抗器，3-起動電壓斜波電路，4-直流電源，5-可控矽移相觸發器，6-激磁電流調節，7-50-60％負載切除電路，8-cosφ控制函數形成電路，9-交流電抗繞組NJ，10-NK控制繞組，11-鐵芯，12-電抗器接線端子板，13-電機接線端子板，TA-電流互感器，KM-旁路接觸器，FR-過載保護器，M-電動機。
下面依附圖作進一步的詳述參見圖1，這是整機原理圖，電機M的三個繞組線圈W2-W1、U2-U1和V2-V1和三相組合可挖電抗器1連接在A、B、C交流線上，電流互感器TA連接在B相交流線上，其輸出信號連接控制迴路中cosφ控制函數電路8上，旁路接觸器KM控制線圈連接在B和C交流迴路線上，其控制的常開KM開關跨接在三相組合可控電抗器1兩端，三相組合可控電抗器1是由三個串聯的單相可控電抗器2組成，其與電機M之間連接過載保護器FR。參見圖2，對照圖1,cosφ控制函數形成電路8輸入端I取自電流互感器TA，電壓信號 上取自直流電源4中的變壓器，採用矢量相加法合成cosφ控制信號。cosφ控制函數形成電路8輸出兩路，一路經50-60％負載切除電路7連接激磁電流調節電路6，其中切除信號在出廠時已調好；另一路經開關、可控矽移相觸發器5中改變可控矽的導通角度來調節激磁電流大小。起動電壓斜波形成電路3即採用軟起動方式。整個工作程序如下當三相A、B、C電源接通，圖1中控制迴路同時得電，首先起動電壓斜坡電路3工作，此時整機處於開環工作狀態，經開關連接的可控矽移相觸發器5，使可控矽按斜坡方式增大激磁電流，激磁電流調節電路6輸出端MN與圖1中三相組合可控電抗器1的MN相連，當完成起動後自動切換到節能位置，圖2中開關打下，此時進入閉環工作狀態，由cosφ信號實施控制，即電機M負載增加，cosφ值上升，可控矽移相角度前移，激磁電流輸出增大，三相組合可控電抗器1輸出電壓增高，電機M輸出功率增加，轉速不變；當電機M負載變輕時，cosφ下降，一切程序與前述正相反。總的原則是，始終保持電磁力矩與電機M負載力距相平衡，電機M才能保證勻速運行。當電機M的負載率達到50-60％時，這時cosφ值較高，使旁路接觸器KM迴路中開關K閉合，同時旁路接觸器KM的主觸點開關KM閉合，其附觸點切斷激磁電流供給，三相組合可控電抗器1全部退出工作，當電機M負載下降到50-60％以下時，三相組合可控電抗器1又自動投入工作。三相組合可控電抗器1的最低控制電壓為電機M的端電壓(即W2、U2、V2點)為175-185伏，也就是可控電抗器1兩端的相電壓為110-120伏之間，這是一般電機空載時的失步臨界電壓，這樣既擴大了節能器的節能區間，又避免了因調節電壓過低造成電機失步嚴重而增加鐵損。參見圖3，這是電機M為△接法時，三個串聯的單相可控電抗器2分別串聯在電機M引出端W2和U1、W1和V1、V2和U2上，這樣組成三相組合可控電抗器1內延型。參見圖4，仍是電機M為△接法時，三個單繞組的單相可控電抗器2分別串聯在電機M引出六個端子上，連接方式同上；參見圖5，和圖1一樣適應於△接法的電機M上，不同的是採用三個並聯的單相可控電抗器2。參見圖6，是專為充許△/Y接法的電機M而又長期處於Y接運行而設計研製的內延型結構，三個串聯的單相可控電抗器2首尾相連組成△形，△形三個角端分別連接電機M的引出端W1、U1和V1，這裡需說明的是電機M必須有六個出線端子，當三個串聯的單相可控電抗器2改為單繞組或並聯形式，與圖4和圖5對應，均組成內延型三相組合可控電抗器1。參見圖7，是專為3KW以下三相電機M設計的外延型接線原理圖，三組串聯的單相可控電抗器2分別串聯在三相交流電A、B、C與電機M的三個引出端子之間，電機M為Y接法，只有三個引出端子，這時節能器的額定功率要降低1/ 倍與電機M匹配使用；當然也可將串聯的單相可控電抗器2換成單繞組的和並聯的結構，與圖4和圖5對應。參見圖8，是電機M的△接法內延型接線端子圖。參見圖9，是電機M以△/Y接法而長期處於Y接法運行的接線端子圖，使用時電抗器端子板12上A、B、C不接電源，處於斷開狀態，將三相電源直接連接電機M引出端子U1、V1、W1，並在接線端子板12上完成U1接U2、V1接V2、W1接W2，見圖9上面虛線框，然後各引出三根線接電機端子板13上W2、U2、V2；第二種接法見圖9下面實線相連方式，W2接V1,U2接W1,V2接U1，然後各引出三根線接電機引出端子板13中W2、U2、V2，總之兩種接法都是把可控電抗器接成△型任選一種即可。圖10為3KW以下電機外延型接線端子圖，電機端子板13隻有三個引出端子與節能器端子板12上的W2、U2、V2直接對應相連。參見圖11，這是單相可控電抗器2串聯結構，鐵芯11依次排列，中部有NK控制繞組10，兩側串聯NJ交流電抗繞組9。參見圖12，基本結構同圖11相同，不同的是採用並聯NJ交流電抗繞組9。參見圖13，基本結構同圖11，不同的是採用單繞組NJ交流電抗繞組9，並纏繞在鐵芯11的中部。
權利要求1.磁調控壓式異步電動機節能器，包括鐵芯(1)上繞有AC交流線圈，其特徵是在執行器件三相組合可控電抗器(1)中，鐵芯(11)上繞有NJ交流電抗繞組(9)和NK控制線繞組(10)組成單相可控電抗器(2)，以串聯、並聯或單繞組連接在電機M三相交流線輸入端上。
2.根據權利要求1所述的磁調控壓式異步電動機節能器，其特徵是在單相可控電抗器(2)中，依次排列的鐵芯(11)中部有NK控制線繞組(10)，兩側繞有串聯的NJ交流電抗繞組(9)。
3.根據權利要求1所述的磁調控壓式異步電動機節能器，其特徵是在單相可控電抗器(2)中，依次排列的鐵芯(11)中部有NK控制線繞組(10)，兩側繞有並聯的NJ交流電抗繞組(9)。
4.根據權利要求1所述的磁調控壓式異步電動機節能器，其特徵是在單相可控電抗器(2)中，依次排列的鐵芯(11)中部有NK控制線繞組(10)和單繞組的NJ交流電抗繞組(9)。
5.根據權利要求1、2、3或4所述的磁調控壓式異步電動機節能器，其特徵是在上述技術解決方案中，對於△形接法運行的電機M，三組單相可控電抗器(2)分別串聯在電機M的△形接法輸入端，組成內延型結構三相組合可控電抗器(1)。
6.根據權利要求1、2、3或4所述的磁調控壓式異步電動機節能器，其特徵是在上述技術解決方案中，對於△/Y接法而又長期處於Y接法運行的電機M，三組單相可控電抗器(2)依次首尾相連組成△形，△形的角端分別連接電機M的三個引出端，組成內延型結構三相組合可控電抗器(1)。
7.根據權利要求1、2、3或4所述的磁調控壓式異步電動機節能器，其特徵是在上述技術解決方案中，對於Y接法運行的3KW以下電機M三組單相可控電抗器(2)一端分別連接電機M的三個引出端，另一端分別連接三相交流輸入端，組成外延型結構三相組合可控電抗器(1)。
8.根據權利要求1所述的磁調控壓式異步電動機節能器，其特徵是所述的三相可控電抗器組合(1)在電機M上最低的端電壓為線電壓175～185伏，即三相可控電抗器組合(1)相兩端控制的最高相電壓為110～120伏。
9.根據權利要求1所述的磁調控壓式異步電動機節能器，其特徵是所述的三相組合可控電抗器(1)被旁路切除的閥值功率定為電機額定功率的50～60％之間。
專利摘要本實用新型涉及電機在空、輕載運行時的一種節能設備。目的是研製節能器中執行器件可控電抗器取代原雙向可控矽,使電機工作性能穩定、可靠、節能、延長壽命。主要構成:鐵芯上有交流電抗繞組NJ和控制繞組NK,組成串、並、單聯形式的可控抗器連接在電機M輸入端上。優點是實現了用磁電器件對磁電設備的控制,體積減小,自身能耗降低,避免了高次諧波對電網的幹擾。
文檔編號H02K3/28GK2461196SQ0026147
公開日2001年11月21日 申請日期2000年12月29日 優先權日2000年12月29日
發明者胡琪順 申請人:胡琪順