CN102163894A - 组合力矩式异步调速电动机 - Google Patents

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Abstract

本发明介绍了一种组合力矩式异步调速电动机，该电动机的转子(3)上所装第一定子(2)上缠绕的漆包线匝数＞第二定子(5)上缠绕的漆包线匝数。转子(3)两端的铁芯与转轴之间设有转子隔磁套管(4)。铁芯外端设有转子隔磁环(6’)。铁芯之间设有转子分段隔磁(11)。该电动机的传动蜗轮(7)在外设执行器的驱动下带动第一定子(2)或第二定子(5)在可调几何角度范围内转动并可在任一位置被锁定。转子(3)由两个鼠笼式转子组成。两定子磁场使电动机调节段转子电流合成对电动机发生影响，只需通过调整两个定子磁场的夹角即可实现，并由此达到异步电动机无级调速。

Description

组合力矩式异步调速电动机
技术领域
本发明属于电动机技术领域，尤其涉及一种拥有至少二个不同特性的电磁力矩来改变转子电流方式的组合力矩式异步调速电动机。
背景技术
现有技术的调速方法有两类：一是电动机调速，如直流电动机调速、变磁极对数调速、变频调速、变电压调速及斩波调速。由于设备复杂、容量大、电压高，这些方法得不到广泛应用；二是机械调速，如变档调速、液压调速、偶合器调速等。由于机械调速必须增设一套机械装置，投资大、能耗高，而且灵敏性差、故障率高、维护工作量大。特别是大功率机械调速，需要增设设备庞大、结构复杂、价格昂贵的液力偶合器、变频器、斩波器等来实现对大型机械的调速，因此十分不利于推广应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的缺陷，提供一种改进的，至少拥有二个不同特性的电磁力矩来改变转子电流方式的组合力矩式异步调速电动机，该电动机可利用矢量合成方法调节电磁力矩的大小及转差特性，直接引进无级调速，并能达到优良的节能效果，而且其结构应简单可行，技术先进可靠。
本发明的技术解决方案是，所述的组合力矩式异步调速电动机，如图1所示，具有外壳1，该外壳1中，有圆柱形转子3，所述转子3上同轴线轴向依次并列套装有筒状第一定子2和筒状第二定子5。其技术特点在于，
第一定子2上缠绕的漆包线匝数＞第二定子5上缠绕的漆包线匝数。
所述第一定子2或第二定子5的轴向两端分别设有定子隔磁环8以形成定子隔磁***。所述转子3两端的铁芯与转轴之间设有转子隔磁套管4。所述转子3的铁芯外端设有转子隔磁环6’。该转子隔磁环6’朝内一端的两铁芯之间设有转子分段隔磁11以形成转子隔磁***。此处如果转轴采用隔磁金属制作，也可以不设转子隔磁套管和转子隔磁环。上述第一定子2与第二定子5的径向一侧还配有一由外设执行器驱动的传动蜗轮7，该传动蜗轮7在外设执行器的驱动下带动第一定子2或第二定子5在可调几何角度范围内转动并可在任一位置被锁定。而上述转子3是为由两个鼠笼条10条数相同，且紧密串接在一起的鼠笼式转子组成的复合鼠笼式转子。
由以上可以看出，本发明系采用不同特性电磁力矩合成法，意在改变合成电磁力矩特性，既保证设备在额定工况运行时转速较高，电机效率也高，又要保证有较好的调节特性。在调节过程中，不会因定子电流大幅上升导致电动机内部损耗的增加，从而影响节能效果。
由以上还可以看出，采用定子绕组匝数的区别和使用不同电阻率的转子鼠笼材料，改变两个鼠笼的长度比例，可获得不同电磁力矩特性。如多匝数定子绕组和高电阻的转子鼠笼条，电磁力矩曲线如图2中的T2，反之，电磁力矩曲线如图2中T1。由于T1和T2最大值时的转差率相差较大，为了避免可能会出现的合成力矩下凹，可在转子3外端的鼠笼端环9的一侧增加一附加鼠笼6，使其产生的电磁力矩T0给合成力矩T∑以补偿。从图2可看出，合成力矩T∑由T1、T2和T0三个电磁力矩合成，同时具备高转速的额定电磁力矩和较好的调节特性。
本发明的工作原理是，基于磁场，电流是一种矢量，可以利用改变两个磁场的夹角，使它们在同一电动机转子内的感应电流的夹角发生同样的改变，从而使合成的感应电流相应发生变化，得以完成调节异步电动机转速的目的。如图1所示，设第一定子2产生的旋转磁场为F1，第二定子5产生的旋转磁场为F2，F1和F2之间的夹角为∠α。如图3所示，F1和F2在电动机调节段转子中感应电流I1和I2，它们之间的夹角也为∠α，合成感应电流为I。第二定子5在附加鼠笼中的感应电流为I0，不参与电流合成。
当外设执行器驱动传动蜗轮7时，第二定子5转动，旋转磁场F2即随之转动而到F2’的位置，它在电动机调节段中的感应电流I2也相应变到I2’的位置，此时的合成电流则变为I’。可见，I’和I相比较，其大小和方向都发生了显著的变化。从设计上和定子线圈连接入手，使第一定子2和第二定子5的两个旋转磁场转速相同、转向一致。显然，调节第一定子2和第二定子5之间的夹角∠α，当∠α从0～180°变化时，电动机调节段中的合成感应电流I即从最大变到最小。也就是说，调节两定子之间的夹角，可改变合成力矩F∑的大小，从而实现异步电动机无级调速的目的。
本发明的有益效果是，两定子磁场使电动机调节段转子电流合成对电动机发生影响，只需通过调整两个定子磁场的夹角即可实现，并由此达到异步电动机无级调速。这说明这种矢量合成法是目前最先进的、简单可行的调速方法，基于这种调速方法的本发明可广泛应用于电力、化工、机械、采矿、冶金、交通各行业，充分满足对机械调速的要求，与当前常用调速机构相比，具有如下明显的优点和经济效益：
1、在设备结构上，仅将异步电动机分成两个定子，由同一电源供电，无需附加任何其它设备，占地少、节约投资且可靠性高；
2、安装和运行维护工作量少；
3、调节方法简单。只需改变定子与定子之间的几何夹角的大小，即可实现无级调速；
4、无附加机械调速设备和电气装置，大大减少了电能和机械能的消耗，节能效果明显；
5、可解决目前大容量、高电压异步电动机调速困难的老大难问题；
6、能消除大容量电动机启动时，电源电压大幅度降低的现象；
7、调速过程中无谐波产生，避免了谐波对电力***的危害；
8、有利于实现运动化、自动化和计算机化。因此，大力推广组合力矩式异步调速电动机，更能全面满足各行各业生产中工况变化的要求，实现全面全过程节能，对创建现代节能型企业、实现创新型发展有着现实的、长远的意义。
附图说明
图1为本发明一个具体实施例的结构示意图；
图2为本发明使用时电磁力矩组合特性参考图；
图3为本发明使用时转子电流矢量合成状况参考图
以上图1～3中的标示为：
1-外壳，
2-第一定子，
3-转子，
4-转子隔磁套管，
4-第二定子，
6-附加鼠笼，
6’-转子隔磁环，
7-传动蜗轮，
8-定子隔磁环，
9-鼠笼端环，
10-鼠笼条，
11-转子分段隔磁。
具体实施方式
图1所示为本发明的一个具体实施例。参见图1，该实施例中外壳1采用普通钢制作成筒状，外附支架，其外形尺寸为601mm×375mm×330mm，电压为380V，三相容量为5.5kw。置于外壳1中的转子3呈圆柱形复合鼠笼结构即由两个鼠笼串联在一起，该两个鼠笼由三个鼠笼端环9夹持，该两个鼠笼的鼠笼条10条数相同，鼠笼条10由规格为3mm×16mm×135mm的黄铜铜材和规格为3mm×16mm×135mm的紫铜铜材焊接而成。转子隔磁环6’设在转子3两端的铁芯外端。转子分段隔磁11设在该两端的铁芯之间，即转子3的铁芯通过分段隔磁11隔离成两段。转子隔磁套管4设在转子3两端的铁芯与转轴之间。第一定子2和第二定子5均呈筒状，采用间隔配合方式同轴线轴向依次并列套装在转子3上。第一定子2和第二定子5均取用漆包线按常规方式绕制，第一定子2上缠绕的漆包线每相匝数为360匝，第二定子5上缠绕的漆包线每相匝数为288匝。其中第二定子5的轴向两端分别设置定子隔磁环8。第一定子2与第二定子5的径向一侧配置有一个由外设执行器驱动的，能使第一定子2或第二定子5在可调几何角度范围内转动并在任一位置被锁定的传动蜗轮7。
由此构成的本实施例的组合力矩式异步调速电动机经试制、试用被证明效果良好，完全达到了设计要求，实现了调速和节能的目的。该电动机的结构有以下几个特点：
1、该电动机的定子设计为两个，其中任意一个都能在一定几何角度范围内转动，并在任一位置都能锁定；
2、两个定子参数可密切配合，合理选择两鼠笼的比例、材料、鼠笼条形状，以求得优良的电磁力矩特性，确保良好的调节特性和节能效果；
3、两个磁场的定子隔磁和转子隔磁效果明显，性能良好；
4、整机运行状况良好，振动、发热、噪音诸方面都正常。本实施例可直接对异步电动机进行无级调速，实践证明其突出优点有：
1、该电动机的两个定子由同一电源供电，无需附加任何其他设备，结构简单、可靠性高、节约投资；
2、调节方法简单，利于使用人员掌握；
3、解决了磁调速技术节能效果差的难题；
4、运行中无附加谐波产生，有利于电力***安全；
5、运行维护工作量小，故障处理快捷。

Claims (1)

1.一种组合力矩式异步调速电动机，具有外壳(1)，该外壳(1)中，有圆柱形转子(3)，所述转子(3)上同轴线轴向依次并列套装有筒状第一定子(2)和筒状第二定子(5)，其特征在于，
第一定子(2)上缠绕的漆包线匝数＞第二定子(5)上缠绕的漆包线匝数，
所述第一定子(2)或第二定子(5)的轴向两端分别设有定子隔磁环(8)以形成定子隔磁***，所述转子(3)两端的铁芯与转轴之间设有转子隔磁套管(4)，所述转子(3)的铁芯外端设有转子隔磁环(6’)，该转子隔磁环(6’)朝内一端的两铁芯之间设有转子分段隔磁(11)以形成转子隔磁***，上述第一定子(2)与第二定子(5)的径向一侧还配有一由外设执行器驱动的传动蜗轮(7)，该传动蜗轮(7)在外设执行器的驱动下带动第一定子(2)或第二定子(5)在可调几何角度范围内转动并可在任一位置被锁定，上述转子(3)是由两个鼠笼条(10)条数相同，且紧密串接在一起的鼠笼式转子组成。
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