交流繞線式轉子帶反電勢發生器的調速電動機的製作方法

2023-05-26 03:41:11

專利名稱：交流繞線式轉子帶反電勢發生器的調速電動機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種旋轉電機，特別是一種交流繞線式轉子帶反電勢發生器的調速電動機。
目前主要應用的交流調速電動機，有以下幾種交流鼠籠力矩式調速電動機，其轉子滑差電勢造成的能耗很大，僅能用於功率較小的調速電動機。
目前我國沿用的交流換向器式調速電動機，電磁滑差離合器式調速電動機，分別由於轉子帶換向器併集電環電刷機構，維修困難，體積大，力能指標低。電磁滑差離合器工作溫升200K以上高發熱且在低速運行時發生轉速脈動因而應用受到限制，且不易製成防爆電機，而不能應用於礦山、石油、化工……等易燃易爆的環境。
目前應用中的交流繞線式轉子串級調速系統，仍沿用集電環、電刷機構，轉子要配用整流、逆變、補償系統，其電控才框達三、四面之多，體積龐大、可靠性低、難於維修、成本高、運行功率因數差。
以上幾種常用的交流調速電動機均屬於耗能調速。
目前代表國際先進水平的交流調速電動機，系變頻調速電動機。該機靠電子系統將50／60赫芝的電綱電壓頻率進行變換後，供給感應式電動機，使之進行調速的電動機。該機電子繞路複雜昂貴，使用環境要求苛刻因而一些大功率電機及一些對調速精度要求不嚴格的場合，其他傳統電機仍佔很大市場。又因該機售價達普通電機十幾倍成本過大，一般工廠又不易維修，在我國國情下難已推廣。
本實用新型目的就在於克服現有技術所存在的上述缺點和不足，而提供的一種交流繞線式轉子帶反電勢發生器的調速電動機。該電機的反電勢發生器能使轉子迴路的阻抗隨轉速而變化實現電機調壓、調速、目的之二本電機的反電勢抵消轉子滑差電勢後，電機不再從電綱上吸收相應部分的能量電機節能。目的之三本實用新型不帶集電環、電刷機構，簡單可靠易製成防爆類型電機。
本實用新型效果在於由於本實用新型電機上所串聯的反電勢發生器，在電機高速運行時相應反勢接運於零，因此電機在高速狀態下呈低轉子迴路電阻(阻抗)電機在高轉速時高力能指標輸出。在中低速時反電勢相應很大、電機轉子迴路電阻大，又獲得良好的無級調速特性。
由於本實用新型系在我國YR系列電機上派生設計的，其組成電機及反電勢發生器的另、部件的標準化、通用化、系列化程度很高。製造成本低，生產廠無需投資即可轉產。
由於本繞線式轉子調速電動機上無集電環、電刷機構，在起動運行時又無需外接電阻及切換裝置，結構簡單可靠易製成防爆電機應用廣泛。
由於本實用新型的反電勢發生器發出的反電勢所抵消的滑差電勢，使電機不再由電綱上吸收相應部分的電能，本電機節能。
本實用新型電控箱，僅為先進的變頻調速電機電控箱1／2的體積重量，而且整機售價為其1／3～1／2易於推廣。
本實用新型的目的是這樣實現的在三相交流繞線式轉子電動機的轉軸上，同軸裝置一個反電勢發生器。該反電勢發生器通過與電動機的轉子串聯電路由轉子電壓供電，由於反電勢發生器的阻抗隨電機轉速而變化，使本調速電動機調壓調速運行。
其反電勢發生器的結構主要由內定子、外轉子組成的外轉子式感應電動機構成。
反電勢發生器內定子結構與普通三相交流繞線式轉子電動機的轉子相同。通過軸套安裝在電動機轉軸上，電動機轉子與反電勢發生器內定子沿轉軸中心孔中放置的導線，對已分別封接為星形的三相繞組，兩組對接形成轉子串聯閉合電路。通過此轉子串聯電路反電勢發生器內定子接受電動機感應的三相轉子電壓供電。內定子的作用相同普通三相感應式電動機的定子，不同的是它裝在轉軸上隨軸旋轉。
反電勢發生器的外轉子，又稱外轉子。其結構是一個三相感應式電動機的鼠籠式外轉子，通過安裝在轉軸上的軸承，安裝在軸承上的端蓋，在對應內定子鐵心位置上支撐外轉子，能在內定子旋轉磁場作用下，繞轉軸旋轉。
在電動機調壓調速運行時，隨著電動機轉速不同，在轉子中感應出不同頻率的轉子電壓。由於電機轉子與反電勢發生器內定子已接成轉子串聯閉合電路因而其電流相等，頻率相同。
根據電機原理電動機同步轉速 n＝60f／p.
其中f為供電電壓頻率. p為電機極對數.
因而對應不同頻率的轉子電壓，反電勢發生器外轉子的轉速不同，發出反電勢大小不同。在電動機低速運行時，其轉子電流頻率很高，反電勢發生器外轉子高速運行，產生很高反電勢，在轉子串聯電路中與滑差電勢相抵消，電機轉子迴路呈高阻抗。因而限制了滑差電流。增強了起動轉矩使電機在低速區穩定運行。相反電機在高速段運行時，轉子迴路呈低阻抗，此時電機在高速低轉差率下高力能指標輸出。這樣電機即獲得了良好的無級調速特性，又具有高力能指標。
本實用新型的阻尼器，由安裝在電機機殼內部，對應於反電勢發生器外轉子外徑位置的一組永久磁鋼製成。在外轉子相對於磁鋼組旋轉時，在外轉子上產生渦流阻力矩，對外轉子進行阻尼。以壓制反電勢，增加轉子電流加速升速過程。
由於電機轉子與反電勢發生器內定子同軸安裝，其中電氣串聯引線沿轉軸裝置，因而省去集電環，電刷裝置。由於反電勢發生器隨電機不同轉速發生相應反電勢，抵消滑差電勢，因而無需再外接電阻器和切換裝置。電機結構簡單、性能可靠、易製成防爆電機擴大應用範圍。
在電機中反電勢所抵消掉的滑差電勢，不再由電綱上吸收相應部分的電能，本電機節能。
以下結合附圖及實施例對本實用新型進一步說明

圖1本實用新型結構原理圖；圖2本實用新型電機電氣接線圖；圖3本實用新型開環晶閘管控制系統的調速電動機方框圖；圖4本實用新型閉環晶閘管控制系統的調速電動機方框圖；圖5本實用新型應用磁放大器閉環控制的調速電動機方框圖。
本實用新型的具體結構及原理，就附圖1－5說明於下本實用新型是在國家基本電機系列基礎上，派生設計的其結構為由機殼1、定子2、轉子3、端蓋4、轉軸5、外轉子6、內定子7、阻尼器8、端蓋9、軸承10、軸套11、端蓋12、軸承13、軸承14、端蓋15、軸承16和控制電路，在採用閉環控制系統時加裝測速元件17構成，其特徵在於由機殼1、定子2、轉子3、端蓋4、15、軸承14、16組成的電動機；由外轉子6、內定子7、端蓋9、12、軸套11、軸承10、13、阻尼器8組成的反電勢發生器，電機轉子3與內定子7同軸安裝，兩三相繞組對應串聯。(見圖1)現將本實用新型工作機理簡述如下本實用新型在三相調壓交流電源供電下，電壓通過定子2的接線端子1U、1V、1W將電能輸入電機。在定子2中形成旋轉磁場，在電機轉子與內定子繞組接成轉子串聯閉合電路中，轉子3的三相繞組感生電流，產生電磁轉矩，電機旋轉。
在電機低速運行時在恆轉矩負載下，調壓電源降低三相交流電壓，電機所產生的電磁轉矩減小轉速下降，電機處於低速運行。此時在轉子3中感應電流頻率很高f1≈f2，由於轉子3的接線端子2U、2V、2W與內定子7接線端子3U、3V、3W對接後，兩組三相星形繞組已為串聯閉合電路，因此兩轉子繞組中電流大小相等，頻率相同。由於電動機低速運行時轉子電流頻率很高，在此電流下內定子7所建立旋轉磁場同步轉速很高，該旋轉磁場在外轉子6的鼠籠電路中感生電流，形成電磁轉矩。外轉子6在在端蓋9、12、軸承14、16支撐下相對於內定子7繞轉軸5高速旋轉，產生相當大的反電勢。等效於在轉子3的繞組電路中串接了外接電阻，因而電機起動轉矩被增強，使電機在低速區的機械特性得到穩定，電流得到軛制。其被反電勢所抵消掉的滑差電勢，不再由電綱上吸收相應部分的電能，因而電機節能。(見圖2)
在電機中、高速運行時隨著電源電壓升高，電機轉速升高，此時轉子3中所感應的電流頻率隨之降低。電機達到最高轉速時，f1≈sf2接近於1～3赫芝類似於直流電，此時內定子7所產生的磁場已不能使外轉子6旋轉，反電勢幾乎等於零。整個反電勢發生器的阻抗基本僅為繞組銅線極小的電阻值，電機的轉子迴路處於低阻抗，電機在高轉速低轉差率下高力能指標下工作。
反電勢發生器工作機理反電勢發生器系由外轉子6與內定子7等組成的交流外轉子式感應電動機構成。當外轉子6在電動狀態下運行時，其載流繞組導體同時相互切磁力線又呈發生電狀態即發出反電勢。
反電勢量值的大小決定於外轉子6與內定子7的相對轉速其轉速決定於內定子7與電機轉子3的串聯轉子電路中的電流頻率。電機轉速降低，轉子迴路感應電壓的頻率隨之上升、外轉子6轉速升高、反電勢增大，轉子等值阻抗升高。電機轉速升高，轉子等值阻抗降低。
反電勢量值還決定於串聯轉子電路的電流電機在高速時，主要是負載電流此時反電勢發生器幾乎不起作用，反電勢極小，轉子等值阻抗極小。在電機恆轉矩負載下，隨電機轉速下降，其負載電流減少很多，此時轉子電路中主要是高速增大的滑差電流，因而反電勢隨之增大，轉子等效阻抗大。
在此規律下電動機轉子迴路阻抗隨電機轉速而變化，滿足了調速電動機對其反電勢發生的要求。
本實用新型與調壓控制系統的組合本實用新型配用開環控制調壓系統組成的調速電動機，該系統由控制迴路與主迴路組成，控制迴路採用集成化元件，設置三相輸出相位同步及電壓平衡電路、軟起動、相位判別、內外調節環節、採用高達35KHz調製脈衝大大降低觸發功耗，主迴路採用模塊式晶閘管，由此構成的系統由一個電位器給定轉速指令而相應調壓的電控系統與本實用新型調速電機組成風機水泵調速系統(圖3)。
本實用新型與晶閘管調壓閉環調速系統組成的調速電動機，該系統按工作轉速需要由給定電位器給出一個轉速給定電壓Ugn與測速電機SCF、放大器SF的負反饋電壓Upn通過ST環節相比較得偏差電壓△U＝Ugn－Upn經轉速調節環節輸出控制電壓UK再經觸發器CF控制相應輸出控制角α，以控制調壓裝置雙向晶閘管的導通相位角達到控制本調速電動機。該系統速度精度可達＜2％。〈見圖4〉本實用新型配用磁放大器調壓閉環群控調速系統，該系統主迴路系由交直流聯合激磁的可變電壓磁放大器，當直流激磁電流逐漸變化時電抗隨之變化達到調壓目的，其閉環控制電路與〈圖4〉相同該系統組成群控調速電動機組合。
該系統優點安全、簡單、可靠。缺點重量相對較重，但用於一機控制多臺電機該缺點即不突出。相應成本獲得大幅度降低易於推廣應用。〈見圖5〉
權利要求1.一種交流繞線式轉子帶反電勢發生器的調速電動機，由機殼1、定子2、轉子3、端蓋4、轉軸5、外轉子6、內定子7、阻尼器8、端蓋9、軸承10、軸套11、端蓋12、軸承13、軸承14、端蓋15、軸承16及控制電路、在控制電路採用閉環控制系統時加裝測速元件17構成，其特徵在於是機殼1、定子2、轉子3、端蓋4、端蓋15、軸承14、軸承16組成的電動機，由外轉子6、內定子7、端蓋9、端蓋12、軸套11、軸承10、軸承13、阻尼器8組成的反電勢發生器，電機轉子3與內定子7同軸安裝其兩三相繞組相互串聯。
2.按照權利1所述的交流繞線式轉子帶反電勢發生器的調速電動機，其特徵是反電勢發生器由裝在轉軸5的軸套11上的內定子7，通過軸承10、軸承13、端蓋9、端蓋13安裝於轉軸5上的外轉子6，阻尼器8構成。
3.按照權利1所述的交流繞線式轉子帶反電勢發生器的調速電動機，其特徵是轉子3與內定子7同裝於轉軸5，其兩三相繞組沿轉軸5上導線相互串聯，無集電環電刷裝置。
專利摘要一種交流繞線式轉子帶反電勢發生器的調速電動機，其結構是在交流繞線式轉子電動機的轉軸上，安裝另一個結構相同的繞線式轉子稱內定子，電動機轉子與內定子的三相繞組沿軸用導線相串聯。在轉軸上通過軸套另外安裝軸承、端蓋支撐鼠籠式外轉子，使其對應內定子鐵心位置能繞軸轉動，與內定子與外轉子組成反電勢發生器。電機在調壓調速運行時，不同轉速下其轉子感應電壓頻率不同。
文檔編號H02K16/00GK2143846SQ9320331
公開日1993年10月13日 申請日期1993年2月19日 優先權日1993年2月19日
發明者楊德欣 申請人:楊德欣