CN102412779A - 交流电动机动态高效节电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种交流电动机动态高效节电装置。是在电动机（M）与电源（L1、L2、L3）之间串接有线性电抗器；它由铁芯（1）、三相主绕组（2）和分别与主绕组相对应耦合的三个控制绕组（3）构成，三相主绕组（2）的同名端分别与电源（L1、L2、L3）连接，末端则与电动机输入端子（U、V、W）及控制绕组（3）的同名端三者互相连接，这种负反馈连接使主绕组（2）构成了线性电抗器，故它降低电压供电动机时，不会产生谐波。与主绕组共一磁路的控制绕组（3），将感应主绕组获得的能量灌入电动机，使定子主磁通获动态补磁而保持转矩不变，在负载突变，可瞬间增大转矩防止堵转，本发明为电磁式结构，节电率高，生产、维护简单，较以电子器件组成的节电器无谐波、耐高温、可靠性高、耐久性好。
Description
技术领域
本发明技术涉及交流电动机节能技术领域。具体涉及一种交流电动机动态高效节电装置。
背景技术
对于用户允许交流电动机调速的高效节电器，目前已经广泛采取变频调速器，在负载有节电空间时，改变速度节能，多年来已证实是行之有效的节电办法。但对不允许改变交流电动机转速的用户，目前采用的节能手段大都是在电源供电至电动机主回路之间串接可控硅或IGBT等电力电子器件，或采用电抗器、磁饱和电抗器等非线性电磁器件；根据负载轻或重改变上述器件上的电压降，负载重则上述器件上的电压降小，负载轻则上述器件上的电压降大；从而电源施加在电动机上的电压就会使电动机始终在经济状态下运转达到节能目的，但这种节电方法存在下述问题：①节电率低；②产生谐波污染电网；③采用非线性器件降低主电源至电动机的供电电压，根据下述电动机典型转矩公式：
T=K·Φ·I·cosφ
式中:T-电动机电磁转矩(牛·米)；K-电磁转矩系数；Φ-定子磁通量 I -转子电流； cosφ-转子功率因数。
由上式可知，当输入电机定子电压降低，定子绕组匝数是不变的（即阻抗不变）所以电压降低，就会使定子电流减少即定子的安培·匝数减小，其结果必导致Φ减少，转子切割Φ产生的I相应减小，两者乘积使电磁转矩T绝对值就会减小，所以采用上述简单的降压节能方法，除节能效率低外，在负载突变时这种降压节能方法，因转矩减小易造成失步或堵转，使电动机不能正常运转。采用上述电力器件和非线性电磁器件均属非线性器件，都会产生严重谐波，除污染电力网外还会影响附近电子设备运行，同时电动机在谐波作用下，自身损耗增大，使节电率无法提高。
与本发明最接近的专利技术是： 2002年6月12日中国实用新型专利授权公开的一种“三相交流异步电动机节电器”，授权公告号CN2495060Y；是在电动机与三相电源之间连接有三相电抗器或串接自耦变压器，电抗器分别与大功率模块电路连接，大功率模块电路与探测自动控制电路连接，探测自动控制电路与电动机自控电路连接，探测自动控制电路与电动机相连。虽然该专利称节电器为电动机供电的方式，始终是正弦波供电，可以节电。但从电路图上可以看出在三相电抗器上接有非线性器件的大功率模块电路，还是避免不了产生谐波污染电网的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：当不允许改变交流电动机转速的用户，可以采取降压节能措施时，要设法解决因电压降低，引起交流电动机定子电流减小，带来定子主磁通Φ减小，使电动机电磁转矩减小，输出功率下降的问题，提出了一种交流电动机动态高效节电装置，该节电器可以克服现有技术的降压节能器件因非线性器件所带来的弊病。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种交流电动机动态高效节电装置，是在电动机与电源之间串接有线性电抗器，线性电抗器由铁芯、三相初级主绕组和分别与初级主绕组相对应耦合的三个控制绕组构成；线性电抗器三相初级主绕组的同名端分别与三相电源连接，末端与电动机的三相输入端子相连；线性电抗器每相的控制绕组同名端接该相初级主绕组的末端，控制绕组的末端设有一个或一个以上抽头，通过选择开关或电路连接其它相的初级主绕组电源端。
进一步地，上述线性电抗器的铁芯，三相可以是单独分开的铁芯，每个铁芯独立设置初级主绕组和控制绕组，铁芯所采用材料可以是矽钢片或其它导磁材料。
进一步地，上述线性电抗器的三相铁芯可以是三柱的铁芯，每柱设置一相初级主绕组和控制绕组。
更进一部上述的三相单独分开的铁芯可以是芯式，也可以是壳式。
更进一部地，若本发明的负载是高压型电动机，则上述的线性电抗器有两组或两组以上，每组线性电抗器均是由铁芯、三相初级主绕组和分别与初级主绕组相对应耦合的三个控制绕组构成；每组线性电抗器三相初级主绕组的同名端分别与三相电源连接，末端与电动机的三相输入端子相连；每组线性电抗器每相的控制绕组同名端接该相初级主绕组的末端，控制绕组的末端设有一个或一个以上的抽头，通过选择开关或电路连接其它相的初级主绕组同名端；第一组线性电抗器三相初级主绕组的同名端接三相电源，第二组或第二组以上线性电抗器三相初级主绕组的同名端接前面一组线性电抗器三相初级主绕组的末端，第二组或第二组以上线性电抗器三相初级主绕组的末端接高压型电动机。
更进一部地，当只采用上述三相交流电动机动态高效节电装置其中的一相部件，而电源仅使用一相交流电和零线组成供电形式，即为单相交流异步电动机电磁式动态高效节电器。
本发明是采用电压负反馈技术来工作的，是针对不允许改变交流电动机转速的用户提供无谐波污染符合环保要求的绿色高效节电产品。当三相电源与本发明的输入端L1 、L2 、L3即三相初级主绕组的同名端接通时，电源通过本发明初级主绕组同名端和末端U、V、W交流电动机开始有电流瞬间，控制绕组的同名端，通过铁芯的电磁耦合而产生感应电压，施加在绕组末端U、V、W，控制绕组的末端与相邻相的电源输入端连接，构成三角形接法。（也可以采用星型接法，即将控制绕组与电源一次绕组相位相同的同名端与一次绕组的末端互相连接,控制绕组的末端，三相连接在一起形成“星型接法”。）上述控制绕组的接法均可以使交流电动机形成电压负反馈，使电源经过本发明接至电动机输入端，使电机绕组获得的电压除按设计值降低外，由于电源初级绕组存在一定的电感，故次级控制绕组的感应电流产生的补充磁通φ补起，因该磁通的相位与主磁通相位一致，所以供给电动机的电压虽因电压负反馈作用降低，使主磁通Φ下降，但控制绕组产生的φ补起叠加作用而得到补充，当正确设计选择控制绕组的安匝数，可以使电动机主磁通维持在无电压负反馈时的Φ值，从而保证了电机不会因电压负反馈而减小电磁转矩，还可根据用户要求，通过设计控制绕组的安匝数，实现交流电动机的软启动和在负载突变时可以快速补磁，使电动机瞬间产生强大电磁扭矩，保证电动机正常运转，不会出现失步或堵转现象，从而保证了节电过程中的动态高效节电功能。本发明的选择开关或电路部件可根据负载不同调整负反馈；
正确选择本发明的铁芯的导磁材料，使之不会出现磁饱和现象，则本发明技术在电动机具有节电空间实施动态节电时，电动机因电压负反馈作用，定子电流会线性的跟随负载变化，因此本发明技术实现电动机节能过程中不会产生谐波，不会污染电力网符合环保要求的绿色高效节能产品。
本发明技术制成的节电产品，主要材料部件由铁芯，线圈绕组等材料组成，结构简单，生产、维护都比较简单，较以电子器件为主的电子类产品的节电器节电率高外，还具有耐高温、耐久性好、可靠性高等优点。
附图说明
图1是本发明线性电抗器的结构示意图。
图2是图1实际运行连接示意图。
图3是本发明三柱的铁芯线性电抗器实际运行连接示意图。
图4是本发明壳式铁芯线性电抗器实际运行连接示意图。
图5是本发明芯式铁芯线性电抗器接高压电动机运行的结构示意图。
图6是本发明壳式铁芯线性电抗器接高压电动机运行的结构示意图。
图7是本发明三柱的铁芯线性电抗器接高压电动机运行的结构示意图。
图8是本发明单相交流异步电动机电磁式动态高效节电器结构示意图。
附图中：1铁芯；2初级主绕组；3控制绕组；4选择开关或电路；L1、L2、L3三相电源；U、V、W电动机的三相输入端子； M电动机； HM高压型电动机。
具体实施方式
除实施例说明本发明的主要内函外，因本发明技术原理涉及多种不同交流电动机，均可以采用本发明技术原理实现动态高效节能。特别是单相电动机，所涉及的线性电抗器只有一个初级主绕组和与初级主绕组相对应耦合的一个控制绕组，本发明的下面就将不同结构的电磁式节电器，不同电压等级，不同性能特征的交流电机采用本发明技术的应用范例介绍如下：
实施例1
参照图1，一种交流电动机动态高效节电装置，是在电动机M与电源L1、L2、L3之间串接有线性电抗器；线性电抗器由芯式铁芯1、三相初级主绕组2和分别与初级主绕组相对应耦合的三个控制绕组3构成；线性电抗器三相初级主绕组2的同名端“☼”分别与三相电源L1、L2、L3连接，末端与电动机的三相输入端子U、V、W相连；线性电抗器每相的控制绕组3同名端“*”接该相初级主绕组2的末端，控制绕组3的末端设有三个抽头，通过选择开关4或电路连接其它相的初级主绕组同名端“☼”。
参照图2，是本实施例连接电动机M的实际运行连接示意图。当主绕组2流过电流时，通过芯式导磁体的铁芯1是在控制绕组3上产生感应电压；通过选择开关4或电路，在主绕组2末端产生负反馈，负反馈的强弱可以通过选择开关4或电路调整；将所感应的电压作用在电动机上，从而使电流通过主绕组2后到电动机M的输入电压的降低程度根据负载大小可相应变化。
实施例2
本实施例的线性电抗器的铁芯1是三柱的铁芯，见附图3，铁芯所采用材料是矽钢片；每柱设置一相初级主绕组2和控制绕组3。其余同实施例1。
实施例3
本实施例的线性电抗器的铁芯1是壳式铁芯，见附图4，铁芯所采用材料是铁氧体磁芯。其余同实施例1。
实施例4
本实施例的线性电抗器的铁芯1是芯式铁芯，铁芯所采用材料是高导磁（Fe Si B）98(Cu Nb)2非晶合金铁芯。其余同实施例1。
实施例5
一种交流电动机动态高效节电装置，参照图5是在高压型电动机HM与电源L1、L2、L3之间串接有线性电抗器；线性电抗器有两组或两组以上，每组线性电抗器均是由壳式铁芯1、三相初级主绕组2和分别与初级主绕组相对应耦合的三个控制绕组3构成；每组线性电抗器三相初级主绕组2的同名端分别与三相电源L1、L2、L3连接，末端与电动机的三相输入端子U、V、W相连；每组线性电抗器每相的控制绕组3同名端接该相初级主绕组2的末端，控制绕组3的末端设有三个抽头，通过选择开关4或电路连接其它相的初级主绕组同名端；第一组线性电抗器三相初级主绕组的同名端接三相电源，第二组或第二组以上线性电抗器三相初级主绕组的同名端接前面一组线性电抗器三相初级主绕组的末端，第二组或第二组以上线性电抗器三相初级主绕组的末端接高压型电动机HM。
实施例6
一种交流电动机动态高效节电装置，参照图6，是在高压型电动机HM与电源L1、L2、L3之间串接有线性电抗器；线性电抗器有两组或两组以上，每组线性电抗器均是由芯式铁芯1、三相初级主绕组2和分别与初级主绕组相对应耦合的三个控制绕组3构成；其余同实施例5。
实施例7
一种交流电动机动态高效节电装置，参照图7，是在高压型电动机HM与电源L1、L2、L3之间串接有线性电抗器；线性电抗器有两组或两组以上，每组线性电抗器均是由三柱的铁芯1、三相初级主绕组2和分别与初级主绕组相对应耦合的三个控制绕组3构成；其余同实施例5。
实施例8
一种单相电动机电磁式动态高效节电器，参照图8，是在电动机M与电源L的相线之间串接有线性电抗器；线性电抗器由铁芯1、初级主绕组2和控制绕组3构成；线性电抗器初级主绕组2的同名端与电源L连接，末端与电动机相连；线性电抗器的控制绕组3同名端接初级主绕组2的末端，控制绕组3的末端直接或通过一个电路连接电源的零线N端。
Claims (6)
1.一种交流电动机动态高效节电装置，其特征是在电动机（M）与电源（L1、L2、L3）之间串接有线性电抗器；线性电抗器由铁芯（1）、三相初级主绕组（2）和分别与初级主绕组相对应耦合的三个控制绕组（3）构成；线性电抗器三相初级主绕组（2）的同名端分别与三相电源（L1、L2、L3）连接，末端与电动机的三相输入端子（U、V、W）相连；线性电抗器每相的控制绕组（3）同名端接该相初级主绕组（2）的末端，控制绕组（3）的末端直接或通过一个电路连接其它相的初级主绕组电源端。
2.根据权利要求1所述的交流电动机动态高效节电装置，其特征在于：所述的线性电抗器的铁芯（1），三相可以是单独分开的铁芯，每个铁芯独立设置初级主绕组（2）和控制绕组（3），铁芯所采用材料可以是矽钢片或其它导磁材料。
3.根据权利要求1所述的交流电动机动态高效节电装置，其特征在于：上述线性电抗器的三相铁芯（1）可以是三柱的铁芯，每柱设置一相初级主绕组（2）和控制绕组（3）。
4.根据权利要求2所述的交流电动机动态高效节电装置，其特征在于：上述的三相单独分开的铁芯可以是芯式，也可以是壳式，所述控制绕组（3）的末端设有一个或一个以上抽头，通过选择开关（4）或电路连接其它相的初级主绕组电源端。
5.一种交流电动机动态高效节电装置，其特征是在高压型电动机（HM）与电源（L1、L2、L3）之间串接有线性电抗器；线性电抗器有两组或两组以上，每组线性电抗器均是由铁芯（1）、三相初级主绕组（2）和分别与初级主绕组相对应耦合的三个控制绕组（3）构成；每组线性电抗器三相初级主绕组（2）的同名端分别与三相电源（L1、L2、L3）连接，末端与电动机的三相输入端子（U、V、W）相连；每组线性电抗器每相的控制绕组（3）同名端接该相初级主绕组（2）的末端，控制绕组（3）的末端直接或通过一个电路连接其它相的初级主绕组同名端；第一组线性电抗器三相初级主绕组的同名端接三相电源，第二组或第二组以上线性电抗器三相初级主绕组的同名端接前面一组线性电抗器三相初级主绕组的末端，第二组或第二组以上线性电抗器三相初级主绕组的末端接高压型电动机（HM）。
6.一种交流电动机动态高效节电装置，其特征是在电动机（M）与电源（L）的相线之间串接有线性电抗器；线性电抗器由铁芯（1）、初级主绕组（2）和控制绕组（3）构成；线性电抗器初级主绕组（2）的同名端与电源（L）连接，末端与电动机相连；线性电抗器的控制绕组（3）同名端接初级主绕组（2）的末端，控制绕组（3）的末端直接或通过一个电路连接电源的零线端。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: GUANGZHOU YITONG ELECTRICAL EQUIPMENT CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: CHANGSHA UNIVERSITY OF SCIENCES AND TECHNOLOGY Effective date: 20150108 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Tan Xunqiong Inventor after: Gong Chengyong Inventor before: Tan Xunqiong Inventor before: Tang Ji Inventor before: Yuan Jianhui |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 410000 CHANGSHA, HUNAN PROVINCE TO: 510430 GUANGZHOU, GUANGDONG PROVINCE Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20150108 Address after: Baiyun District of Guangzhou City, Guangdong province 510430 Kau Kau village road No. 3 by heart Room 501 Patentee after: Guangzhou Yitong Electrical Equipment Co. Ltd. Address before: Wanjiali road 410000 in Hunan province Changsha Yuhua District, two No. 960 Patentee before: Changsha University of Sciences and Technology |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130828 Termination date: 20151124 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |