CN102013776A - 一种变速三相异步电动机 - Google Patents

Abstract

一种变速三相异步电动机是通过改变三相定子绕组的接法及相绕组分绕组的接法，以及三相异步电动机绕组结构，在不需要任何辅助设备的情况下，实现宽广范围的多速运行，克服了使用变频调速异步电机造成的运行成本高，电网谐波污染大的不足。本发明调速简单、成本低廉，满足了三相异步电动机的多速运行条件，在大范围多速运行的机械设备中可替代变频调速电机。

Description

一种变速三相异步电动机

技术领域

本发明涉及一种三相变速三相异步电动机，尤其是采用改变三相定子绕组的接法及相绕组分绕组的接法实现三相异步电动机的多速运行。在一些不需要平滑调速的场合，它可以替代变频调速异步电动机。

背景技术

要想使三相异步电动机在宽广的范围内平滑调速，现广泛使用的是变频调速，它不但可以使电动机在宽广的范围内调速，不同速度下电机的运行性能较好，而且在电机节能方面，变频器有其他调速设备不可比拟的优势。但其不足之处是需要变频器及其控制系统，这将使得电机系统运行成本提高，控制系统复杂且容易出现故障，而且较大容量的三相异步电动机使用的变频器仍然需要进口，同时当变频电机应用于某些恶劣运行环境时，由于电机控制系统的问题，容易造成电机的局部放电，绝缘损坏。对于使用变频调速的电机，一般需要重新设计三相异步电动机。

对于现代电网而言，三相异步电机的用电量占到电网总电量的70％左右，低压变频器的输入电流具有很大的高次谐波成份，这些谐波对电网造成“谐波污染”的同时，还降低了变频器输入电路的功率因数，增加电动机转矩的脉动和电机的发热，从而影响电机绕组的绝缘，同时还将影响并联在电网上运行的其他负载。

变频器设备还存在寿命短的问题，其寿命主要决定于电解电容，电解电容的寿命与其运行温度和纹波电流直接相关，对于一般的可变负载，在运行环境满足设计条件时，电解电容器的寿命只有8年左右。

在某些驱动场合三相异步电动机只需在多个速度下运行，而不需要平滑调速，发明一种在宽广范围内多速运行的三相异步电机，具有现实应用价值和一定的社会经济意义。

发明内容

本发明是在现有三相异步电动机的基础上，以改变三相定子绕组的接法及相绕组分绕组的接法，实现三相异步电动机的多速运行，即为一种变速三相异步电动机。

为了实现三相异步电动机多速运行，本发明所采取的措施包括三相异步电动机，其结构特征如下：

实现电机四速运行时，设置电机定子绕组为两个分绕组，两个分绕组的线径、匝数以及分布构成均相同；

或将每相两分绕组并联，定子绕组采用三角形接法，实现电机的高速运行；

或将每相两分绕组串联，定子绕组采用星形接法，实现电机的低速运行；

或将每相两分绕组并联，定子绕组采用星形接法，实现电机的次高速运行；

或将每相两分绕组串联，定子绕组采用三角形接法，实现电机的次低速运行。

实现电机八速运行时，设置电机每相定子绕组为三套分绕组，其中两套绕组的线径、匝数及分布构成均相同，而另一套绕组线径和分布规律与前两套绕组相同或不同；

或将绕组1和绕组2并联、绕组3开路，定子绕组采用三角形接法，实现电机的额定速度运行；

或将绕组1和绕组3串联、绕组2开路，定子绕组采用三角形接法，实现电机80％～90％速度运行；

或将绕组1和绕组2并联、绕组3开路，定子绕组采用星形接法，实现电机70％～80％速度运行；

或将绕组1和绕组2串联、绕组3开路，定子绕组采用三角形接法，实现电机50％～60％速度运行；

或将绕组1和绕组3串联、绕组2开路，定子绕组采用星形接法，实现电机40％～50％速度运行；

或将绕组1和绕组2串联、绕组3绕组开路，定子绕组采用星形接法，实现电机30％～40％速度运行；

或将绕组1、绕组2和绕组3串联，定子绕组采用三角形接法，实现电机20％～30％速度运行；

或将绕组1、绕组2和绕组3绕组串联，定子绕组采用星形接法，实现电机10％～20％速度运行；

通过上述改变电机绕组接法，实现电机在额定转速以下的宽广范围内多速运行。

本发明提供的一种变速三相异步电动机，当需要实现电机四速运行时，将电机定子绕组由两个分绕组构成，两分绕组的线径、匝数以及分布规律均相同；或将每相两分绕组并联，定子绕组采用三角形接法，实现电机的高速运行；或将每相两分绕组串联，定子绕组采用星形接法，实现电机的低速运行；或将每相两分绕组并联，定子绕组采用星形接法，实现电机的次高速运行；或将每相两分绕组串联，定子绕组采用三角形接法，实现电机的次低速运行。

本发明通过上述改变电机绕组接法，可以使普通的三相异步电动机不需要任何辅助设备的情况下，实现在宽广的范围内多速运行的目的。在一些不需要连续平滑调速的驱动场合，它可以代替变频调速异步电动机的运行系统，以克服使用变频调速造成的运行成本升高，电网谐波污染增大，对三相异步电动机性能要求更高等不足。

本发明采用改变三相定子绕组的接法及相绕组分绕组的接法，与现有技术相比，本发明通过调压调速，不需要调压装置，只需将外施电压增加或减少所引起的电动机的内部电磁状态变化，用改变电枢绕组的分绕组接法来实现，改变接法后定子绕组的电磁状态与电机调压调速时的电磁状态相同，则可实现速度的相应变化。

本发明区别于现有的调电源电压调速，保持了电源电压不变的基础上，改变三相定子绕组及相绕组分绕组的接法，实现了三相异步电动机的宽广范围调速，调速简单、成本低廉，满足了三相异步电动机的多速运行条件，在需要大范围多速运行的机械设备中可替代变频调速电机。

附图说明

图1是本发明的电机高速运行时定子绕组接线图；

图2是本发明的电机低速运行时定子绕组接线图；

图3是本发明的电机次高速运行时定子绕组接线图；

图4是本发明的电机次低速运行时定子绕组接线图；

图5是本发明的调速电机转矩-转差率曲线。

具体实施方式

下面进一步详细说明本发明的具体实施方式：

具体实施方式1

实施本发明所述的一种多速三相异步电动机，是在现有三相异步电动机的基础上，通过改变三相定子绕组的接法及相绕组分绕组的接法，来实现三相异步电动机多速运行，现以四速电动机为例说明如下：

本发明所述四速电动机是高速、次高速、次低速和低速，其具体的实施方式为：电机定子绕组由两个分绕组组成，两分绕组的线径、匝数以及分布规律均相同，绕组的分布型式、极数、节距等均与一般系列型三相异步电动机相同，不需要特殊设计，普通三相异步电机的额定运行速度与本发明中对应的电机高速一致，额定速度根据所驱动设备要求确定。

如图1所示当电机需要高速运行时，将每相两分绕组并联，定子绕组采用三角形接法；

如图2所示当电机需要低运行时，将每相两分绕组串联，定子绕组采用星形接法；

如图3所示当电机需要次高速运行时，将每相两分绕组并联，定子绕组采用星形接法；

图4所示当电机需要次低速运行时，将每相两分绕组串联，定子绕组采用三角形接法。

电机工作过程中需要更多速度段时，可将每相定子绕组细分为三套绕组，其中两套绕组线径、匝数及分布规律相同，而另一套绕组线径和分布规律可与前两套绕组相同，但绕组匝数是否与前两套绕组相同依需要的转速决定。以八速电动机为例，说明每相中分绕组的连接及三相绕组的接法和实现转速的范围。以最高速定义为该电动机额定转速n_N，而每相两个分绕组并联、定子三相绕组三角形接法为电机额定运行状态。三套绕组分别以1号、2号、3号绕组来代替，其接法及转速情况如表Ⅰ和表Ⅱ所示。

表Ⅰ  定子每相有两个分绕组(1及2号绕组)

分绕组链接法	1和2并联	1和2并联	1和2串联	1和2串联
					三相绕组接法	三角形	星形	三角形	星形

转速

额定转速nN

(0.7～0.8)nN

(0.5～0.6)nN

(0.3～0.4)nN

为了调节速度，电机在额定转速n_N运行时，两套绕组并联，定子绕组等效匝数少，磁路处于饱和状态，磁负荷不易过高，否则铁损耗较大。匝数低，初级绕组的铜损耗适当，有利于提高电机的效率。

为了有较宽的调速范围，这种调速设置适用于高转差率、高起动转矩的三相异步电动机。调速范围与电机稳定运行区有关，如起动转矩为最大转矩，则电机从n＝0到n＝n_N区域均能调速。

表Ⅱ  定子每相有三个分绕组(1、2、3号绕组)

分绕组连接法	三相绕组接法	转速
			1和2并联、3绕组开路	三角形	额定转速(r/min)
1和3串联、2绕组开路	三角形	(0.8～0.9)nN
			1和2并联、3绕组开路	星形	(0.7～0.8)nN
1和2串联、3绕组开路	三角形	(0.5～0.6)nN
			1和3串联、2绕组开路	星形	(0.4～0.5)nN
1和2串联、3绕组开路	星形	(0.3～0.4)nN
			1、2、3绕组串联	三角形	(0.2～0.3)nN
1、2、3绕组串联	星形	(0.1～0.2)nN

上述调速设置简单、易行，只需首末端标志清楚，在接线盒处按既定的方法连接各接线端子即可(如四速电动机，每相有两个分绕组，四个出线端子；八速电动机，每相有三个分绕组，六个出线端子)。并且此种电动机的起动转矩倍数等于最大转矩倍数，机械特性为线性。改变接法的实质是改变每相绕组串联匝数，相同电压下，当负载转矩一定时，其T＝f(s)曲线如图5所示。

具体实施方式2

实施单绕组8速三相异步电动机：定子槽数36，6极，3相，容量1.1kW，转子槽数为42，铸铝转子，定子每相有三个分绕组1、2、3号，1、2号绕组每槽138根导体，线径0.45mm，单层链式绕组；3号绕组每槽50根导体，线径0.45mm。出线盒装有接线板，每相有6个出线端子，个表示为1、2、3号绕组的首末端，并联时分绕组的首端相联，末端相联。首端作为相绕组的首端，首末作为相绕组的末端。1、2号分绕组串联时，其1号分绕组的末端和2号分绕组的首端相联，1号分绕组的首端作为相绕组的首端，2号分绕组的末端作为相绕组的末端。表Ⅲ为上述电动机在某一负载下，外施电压380V，频率为50Hz的实验结果。

并非要调速必变频，有的机械设备，正常时只在几个不同转速下运行，比如起重机械运行过程中一般仅要求四个转速：额定转速、10％额定转速、30％额定转速、50％额定转速。在这种情况下，通过三相异步电动机的定子绕组的改装即可实现调速，调速的方法简单、成本低廉。

表Ⅲ  不同绕组连接方式下电机转速

分绕组连接法	三相绕组接法	转速(分/转)
			1和2并联、3绕组开路	三角形	850
1和3串联、2绕组开路	三角形	730
			1和2并联、3绕组开路	星形	620
1和2串联、3绕组开路	三角形	525
			1和3串联、2绕组开路	星形	430
1和2串联、3绕组开路	星形	300
			1、2、3绕组串联	三角形	200
1、2、3绕组串联	星形	100

Claims (1)

1.一种多速三相异步电动机，其含有三相异步电动机，其特征在于：

实现电机四速运行时，设置电机定子绕组为两个分绕组，两个分绕组的线径、匝数以及分布构成均相同；

或将每相两分绕组并联，定子绕组采用三角形接法，实现电机的高速运行；

或将每相两分绕组串联，定子绕组采用星形接法，实现电机的低速运行；

或将每相两分绕组并联，定子绕组采用星形接法，实现电机的次高速运行；

或将每相两分绕组串联，定子绕组采用三角形接法，实现电机的次低速运行。

实现电机八速运行时，设置电机每相定子绕组为三套分绕组，其中，两套绕组的线径、匝数及分布构成均相同，而另一套绕组线径和分布规律与前两套绕组相同或不同；

或将绕组1和绕组2并联、绕组3开路，定子绕组采用三角形接法，实现电机的额定速度运行；

或将绕组1和绕组3串联、绕组2开路，定子绕组采用三角形接法，实现电机80％～90％速度运行；

或将绕组1和绕组2并联、绕组3开路，定子绕组采用星形接法，实现电机70％～80％速度运行；

或将绕组1和绕组2串联、绕组3开路，定子绕组采用三角形接法，实现电机50％～60％速度运行；

或将绕组1和绕组3串联、绕组2开路，定子绕组采用星形接法，实现电机40％～50％速度运行；

或将绕组1和绕组2串联、绕组3绕组开路，定子绕组采用星形接法，实现电机30％～40％速度运行；

或将绕组1、绕组2和绕组3串联，定子绕组采用三角形接法，实现电机20％～30％速度运行；

或将绕组1、绕组2和绕组3绕组串联，定子绕组采用星形接法，实现电机10％～20％速度运行；

通过上述改变电机绕组接法，实现电机在额定转速以下的宽广范围内多速运行。

Images