CN101136572A

CN101136572A - 双绕组异步电动机

Info

Publication number: CN101136572A
Application number: CNA2007101395855A
Authority: CN
Inventors: 刘涛; 刘建平
Original assignee: Individual
Current assignee: Taiyuan University of Technology
Priority date: 2007-10-16
Filing date: 2007-10-16
Publication date: 2008-03-05
Anticipated expiration: 2027-10-16
Also published as: CN100576699C

Abstract

本发明涉及电动机，具体为一种双绕组异步电动机。解决电动机交流变频调速成本较高，其它电动机调速方式调速效果不理想等问题。双绕组异步电动机，包括定子和转子，定子内布置有主绕组和副绕组，主绕组的三相绕组和副绕组的三相绕组是两组单层排布的三相定子绕组，主绕组和副绕组所包含的线圈元件数量相同，主、副绕组同一相的绕组相互间隔180°或360°电势相角排布；主绕组的三相绕组形成三角形连接；副绕组的每相绕组与双向晶闸管和电容串联形成的支路，分别并联于主绕组选定相的绕组两端。本发明减化了调速电路的结构，并降低了装置的造价，尤其是调速中的内补偿节电效应，对众多的风机、泵类和组合电机的简易调速具有广泛的实用意义。

Description

双绕组异步电动机

技术领域

本发明涉及电动机，具体为一种双绕组异步电动机。

背景技术

现行的以PWM技术为主导的交流变频技术较好地解决了异步电动机的调速问题，但其较高的装置造价尤其对调速精度要求不高的电机，实际上使其广泛的应用受到影响。专利号为ZL03145525.5的发明专利公开了一种“交流电动机的内补偿绕组”，在定子铁心上以双层绕组的排布方式布置每相分为二至三个的绕组段，并以曲联联接方式而引出三个电源端与三个补偿端，用补偿端上联接电容器的电流对其绕组中的电流相量进行相量叠加，使得电机的感性功率与电容器的容性功率发生内部的互相平衡，从而产生降低电机运行电流达20％以上的节电效果。但其各段绕组间紧密的电磁耦合关系，使其电容电流的变化对电机的转速基本上没有影响而不具备调速功能。

发明内容

本发明为了解决电动机交流变频调速成本较高，其它电动机调速方式调速效果不理想等问题，提供一种结构简单、成本较低且可容易地实现调速的异步电动机——双绕组异步电动机。

本发明是采用如下技术方案实现的：双绕组异步电动机，包括定子和转子，定子内布置有主绕组和副绕组，主绕组的三相绕组Wa1、Wb1、Wc1和副绕组的三相绕组Wa2、Wb2、Wc2是两组单层排布的三相定子绕组，主绕组和副绕组所包含的线圈元件数量相同，主、副绕组同一相的绕组相互间隔180°或360。电势相角排布；主绕组的三相绕组Wa1、Wb1、Wc1形成三角形连接；副绕组的A相绕组Wa2的首端与主绕组的A相绕组Wa1的首端相连，末端经双向晶闸管Ta2、电容C01与主绕组的C相绕组Wc1的首端相连；副绕组的B相绕组Wb2的首端与主绕组的B相绕组Wb1的首端相连，末端经双向晶闸管Tb2、电容C02与主绕组的A相绕组Wa1的首端相连；副绕组的C相绕组Wc2的首端与主绕组的C相绕组Wc1的首端相连，末端经双向晶闸管Tc2、电容C03与主绕组的B相绕组Wb1的首端相连。

本发明的总的工作原理是：依据异步电动机的理想空载转速取决于转子绕组的感应电势，脉振磁势可以分解为为两个相反转向的旋转磁势的基本原理，采用分隔定子绕组而成主、副绕组的办法，使其分别产生脉振磁势或分别产生旋转磁动势，通过对双向晶闸管的导通角在0-180度范围内进行调节，使其主、副绕组的磁势及电势相位发生变化，进而使转子绕组合成的电势值及其电流对应发生变化，实现电机的转速在50％-100％额定转速范围内的平滑调节。并利用副绕组并联电容器的调节方式，使电机在内补偿的曲折移相中进行调速。进一步地具体工作原理是：上述的分别产生同一磁极极性的近于庶极式排布的主、副绕组，对转子绕组构成了分别提供电磁功率的并联电路。在三角形接线主绕组单独接通电源时，其三相绕组Wa1、Wb1、Wc1的三个线圈组对应产生脉振的磁动势，其相位固定但幅值随三相交流电源对应变化。这种脉振磁势用对称分量的原理可以分解为一个正转和一个反转的旋转磁势，而同一转子对这两种磁势有不同的反映。在转子里有两种频率的电流，一为sf1，一为(2-s)f1(s为转差率，f1为电源频率)，它们反应到定子绕组上的频率仍为f1。副绕组三相绕组Wa2、Wb2、Wc2的三个支路中以接近于滞后其绕组电压2/3л电压相角方式而分别联接单相电容器时，利用电容电流超前其电压相量为л/2相角的关系而使副绕组与主绕组中的电流相位接近于相同，并随电容器电流的增大而使合成的磁势幅值增大。三相的副绕组尽管也是产生脉振的磁势，但其与主绕组的脉振磁势两者合成时，则联合产生占主导地位的正向旋转磁势，使得转子绕组中的正向旋转磁势对应增大；在副绕组电流的逐渐增长时，对转子绕组产生了其正向旋转磁势与其感应电势两者对应增大的双重作用，由此构成了电机转矩及其转速变化的条件。这种与副绕组的电流值在一定范围内成正比的电磁转矩，在拖动其转速与其转矩的平方成正比的负载时，利用其电磁转矩的变化使得电机在50％-100％额定转速范围内实现转速的变化。对这种主、副双绕组联合产生启动转矩，并由分级控制的电容器调节副绕组电流而实现转速变化的简易控制方式，还利用了转子的理想空载电势随副绕组电流增长而有所增大的特点，使其在较低的转速下不致于产生大的转差功率损耗。综上，本发明是将三相定子绕组分成相对独立的两部分而排布在一个定子铁心上，利用双向晶闸管的移相控制而改变两绕组之间的相对的电势相位，或改变副绕组的电流数值及相位，进而改变转子绕组合成的感应电势值，用简单的调速方式及较低的装置造价实现电机转速的调节。

本发明的效果是：采用双定子绕组与双向晶闸管调节的电路结构，减化了调速电路的结构，并降低了装置的造价，尤其是调速中的内补偿节电效应，对众多的风机、泵类和组合电机的简易调速具有广泛的实用意义。对于普通的4极、8极和12极的拖动风机、泵类的三相异步电动机，尤其对于高压异步电动机在其副绕组改制成低电压并用低压电容器进行分级的控制时，具有其节能改造的便捷性与节能效果的优异性。这种双绕组并用电容器提供副绕组电流的做法，利用其分别感应于转子绕组的可改变其电磁转矩的内在特点，简化了调速控制的方式，并在一定范围内的调速控制中同步进行了无功补偿。该型电容调速的控制在用双向晶闸管以移相调制方式控制其电容器电流时，可平滑地在50-100％额定转速范围内进行转速控制。

附图说明

图1为本发明所述的双绕组异步电动机四极48槽的定子绕组展开图；

图2为本发明所述的双绕组异步电动机二极36槽的定子绕组展开图；

图3为本发明所述的双绕组异步电动机主、副绕组连接的电路原理图；

图4为由二极管桥式整流电流和单向晶闸管连接而成的控制单元的电路原理图；

具体实施方式

实施例1

本实施例的定子有48槽，定子绕组为四极绕组，如图1所示。

双绕组异步电动机，包括定子和转子，定子内布置有主绕组和副绕组，主绕组的三相绕组Wa1、Wb1、Wc1和副绕组的三相绕组Wa2、Wb2、Wc2是两组单层排布的三相定子绕组，主绕组和副绕组所包含的线圈元件数量相同，主、副绕组同一相的绕组相互间隔360°电势相角排布(除两极电动机以外，都是间隔360°)；主绕组的三相绕组Wa1、Wb1、Wc1形成三角形连接；副绕组的A相绕组Wa2的首端与主绕组的A相绕组Wa1的首端相连，末端经双向晶闸管Ta2、电容C01与主绕组的C相绕组Wc1的首端相连；副绕组的B相绕组Wb2的首端与主绕组的B相绕组Wb1的首端相连，末端经双向晶闸管Tb2、电容C02与主绕组的A相绕组Wa1的首端相连；副绕组的C相绕组Wc2的首端与主绕组的C相绕组Wc1的首端相连，末端经双向晶闸管Tc2、电容C03与主绕组的B相绕组Wb1的首端相连。调速时，当双向晶闸管Ta2、Tb2、Tc2的导通角为零度时，电动机的转速最高(即此时为电动机额定转速)；当双向晶闸管Ta2、Tb2、Tc2的导通角由零度向180度逐渐调节时，电动机转速将在100-50％额定转速范围内实现平滑地变化(降低)。双向晶闸管Ta2、Tb2、Tc2的导通角控制电路是电控技术领域的技术人员容易实现，即可容易地实现双向晶闸管Ta2、Tb2、Tc2导通角的平滑调节。为进一步增大调速范围，在三角形连接的主绕组三相绕组Wa1、Wb1、Wc1的各支路中分别串接有双向晶闸管Ta1、Tb1、Tc1。当副绕组中的双向晶闸管Ta2、Tb2、Tc2和主绕组中的双向晶闸管Ta1、Tb1、Tc1的导通角都为零度时，电动机的转速最高(即额定转速)，当副绕组中的双向晶闸管Ta2、Tb2、Tc2和主绕组中的双向晶闸管Ta1、Tb1、Tc1的导通角同步或非同步地逐渐增大时，电动机转速将在100-20％额定转速范围内实现平滑地变化(降低)。双向晶闸管Ta2、Tb2、Tc2、Ta1、Tb1、Tc1可替换以由二极管桥式整流电路和连接于整流电路直流输出端的单向晶闸管构成的控制单元(如图4所示)，该控制单元较双向晶闸管具有更稳定、可靠的运行性能。

实施例2

本实施例的定子有36槽，定子绕组为二极绕组，如图2所示。

双绕组异步电动机，包括定子和转子，定子内布置有主绕组和副绕组，主绕组的三相绕组Wa1、Wb1、Wc1和副绕组的三相绕组Wa2、Wb2、Wc2是两组单层排布的三相定子绕组，主绕组和副绕组所包含的线圈元件数量相同，主、副绕组同一相的绕组相互间隔180°电势相角排布(只有二极电动机为180°)；主绕组的三相绕组Wa1、Wb1、Wc1形成三角形连接；副绕组的A相绕组Wa2的首端与主绕组的A相绕组Wa1的首端相连，末端经双向晶闸管Ta2、电容C01与主绕组的C相绕组Wc1的首端相连；副绕组的B相绕组Wb2的首端与主绕组的B相绕组Wb1的首端相连，末端经双向晶闸管Tb2、电容C02与主绕组的A相绕组Wa1的首端相连；副绕组的C相绕组Wc2的首端与主绕组的C相绕组Wc1的首端相连，末端经双向晶闸管Tc2、电容C03与主绕组的B相绕组Wb1的首端相连。调速时，当双向晶闸管Ta2、Tb2、Tc2的导通角为零度时，电动机的转速最高(即此时为电动机额定转速)；当双向晶闸管Ta2、Tb2、Tc2的导通角由零度向180度逐渐调节时，电动机转速将在100-50％额定转速范围内实现平滑地变化(降低)。双向晶闸管Ta2、Tb2、Tc2的导通角控制电路是电控技术领域的技术人员容易实现，即可容易地实现双向晶闸管Ta2、Tb2、Tc2导通角的平滑调节。为进一步增大调速范围，在三角形连接的主绕组三相绕组Wa1、Wb1、Wc1的各支路中分别串接有双向晶闸管Ta1、Tb1、Tc1。当副绕组中的双向晶闸管Ta2、Tb2、Tc2和主绕组中的双向晶闸管Ta1、Tb1、Tc1的导通角都为零度时，电动机的转速最高(即额定转速)，当副绕组中的双向晶闸管Ta2、Tb2、Tc2和主绕组中的双向晶闸管Ta1、Tb1、Tc1的导通角同步或非同步地逐渐增大时，电动机转速将在100-20％额定转速范围内实现平滑地变化(降低)。双向晶闸管Ta2、Tb2、Tc2、Ta1、Tb1、Tc1可替换以由二极管桥式整流电路和连接于整流电路直流输出端的单向晶闸管构成的控制单元(如图4所示)，该控制单元较双向晶闸管具有更稳定、可靠的运行性能。

Claims

1.一种双绕组异步电动机，包括定子和转子，定子内布置有主绕组和副绕组，其特征为：主绕组的三相绕组(Wa1、Wb1、Wc1)和副绕组的三相绕组(Wa2、Wb2、Wc2)是两组单层排布的三相定子绕组，主绕组和副绕组所包含的线圈元件数量相同，主、副绕组同一相的绕组相互间隔180°或360°电势相角排布；主绕组的三相绕组(Wa1、Wb1、Wc1)形成三角形连接；副绕组的A相绕组(Wa2)的首端与主绕组的A相绕组(Wa1)的首端相连，末端经双向晶闸管(Ta2)、电容(C01)与主绕组的C相绕组(Wc1)的首端相连；副绕组的(B)相绕组(Wb2)的首端与主绕组的B相绕组(Wb1)的首端相连，末端经双向晶闸管(Tb2)、电容(C02)与主绕组的A相绕组(Wa1)的首端相连；副绕组的C相绕组(Wc2)的首端与主绕组的C相绕组(Wc1)的首端相连，末端经双向晶闸管(Tc2)、电容(C03)与主绕组的B相绕组(Wb1)的首端相连。

2.如权利要求1所述的双绕组异步电动机，其特征为：在三角形连接的主绕组三相绕组(Wa1、Wb1、Wc1)的各支路中分别串接有双向晶闸管(Ta1、Tb1、Tc1)。

3.如权利要求1或2所述的双绕组异步电动机，其特征为：双向晶闸管(Ta2、Tb2、Tc2、Ta1、Tb1、Tc1)可替换以由二极管桥式整流电路和连接于整流电路直流输出端的单向晶闸管构成的控制单元。