CN104377928A - 笼型感应转子铁心换位调速法 - Google Patents

Abstract

一种能对笼型感应转子进行直接转矩控制的笼型感应转子铁心换位调速法。它是通过下述方法实现的：由压装固定在轴向连接件上的有大鸟形转子槽硅钢冲片叠压成独立转子铁心，鸟头正方向叠压80％、鸟头反方向叠压40％定子铁心长度，转子铁心内孔是直接轴向滑动配合支撑在转子轴的轴向导轨槽上，通过装配在转子铁心一端的径向止推轴承拖动转子铁心轴向位移，改变正反向叠片伸进定子铁心的长度来改变转子导条两头正反向交流电势的高低，改变转子转矩电流大小，达到对笼型感应转子直接转矩控制，使交流感应电动机实现高力能指标的无级调速运行。为风机、水泵的节能改造提供一种新的适用技术。

Description

笼型感应转子铁心换位调速法

技术领域

本发明涉及一种交流调速传动技术，尤其是能通过调控信号使转子铁心换位，实现对交流电动机的笼型感应转子直接转矩控制的无级调速方法。

技术背景

直流电动机的电路结构特点是：定子绕组是直流供电的集中式直流励磁线圈，转子绕组是由换向器供电的换向频率正比于转子转速的交流转矩线圈结构，因此能用直流电动机外部的直流调压设备对定子的励磁电流或转子的转矩电流直接进行单独调控，容易实现高性能的无级调节转速运行。交流电动机的电路结构特点是：励磁电流和转矩电流共用一个三相交流定子绕组，三相交流正弦电流流过三相对称的绕组时形成定子的旋转磁势和在定、转子气隙中产生旋转磁通，转子的转矩电流是在转子有转差率的情况下感应出来的。公知的交流异步电动机电路特点是一个多变量、非线性、强耦合的被控对象，难以像直流电动机那样直接对转子的转矩电流进行有效控制，很难实现高性能的无级调节转速运行。

直流电气传动和交流电气传动在19世纪先后诞生。由于直流电动机具有优良的调速性能，高性能的调速传动都采用直流电动机，但是直流电动机要比交流电动机多耗40％的电能和系统造价成倍上升，电源的整流设备产生严重污染交流电网的高次谐波给电网造成公害，因此约占电气传动总量80％的不调速传动都采用交流电动机。

直流电动机的运转是通过换向器实现的，由于换向器的存在，使直流电动机的单机容量、最高转速、电压等级以及使用环境都受到限制，由于直流电动机的换向器故障率高、维护工作量大，很难适应现代化生产的需要。20世纪70年代以来，石油危机、能源短缺、环境污染、能源费用高涨席卷整个世界。多年来人们就致力于高效节能的交流无级调速技术的研究和开发，工业发达的国家都投入了大量的物力、财力，然而进展缓慢，致使我国现有运行的四千多万台大功率风机、水泵的交流电机系统长期以来一直未能寻找到适合风机、水泵节能改造的技术，还都存在着浪费电能的“大马拉小车”问题和在系统中用消耗电能的阻流方式调节工况和流量，造成我国仅大功率风机、水泵的年消耗电量就占全国工业用电总量的60％。

发明内容

为了克服现有的笼型感应转子难以直接对其转矩电流进行调控，使笼型感应电动机自身不能拖动负载无级调速运行的缺点，本发明提供一种笼型感应转子铁心换位调速的方法，该方法能简捷的实现对笼型感应转子的直接转矩控制，能使笼型感应电动机自身具有高力能指标的无级调速功能，为量大面广的风机、水泵节能改造提供适用的节能技术。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

笼型感应转子由转子冲片、转子轴、转子导条、导条短路端环和铁心换位的轴向传动机构组成，其特征在于：转子冲片每极有3至4个大鸟形闭口转子槽、转子冲片内磁轭的下部有多个与转子冲片轴向连接件固定配合的孔(3)、转子冲片内孔有与转子轴中段表面多条轴向导轨槽轴向滑动配合的凸缘(4)，转子铁心由大鸟形转子槽冲片鸟头(1)正方向叠压固定在轴向连接件上叠片长度接近定子铁心长度的能使转子导条感生正方向电势的长叠片和冲片的鸟头(1)反方向叠压固定在轴向连接件上能使转子导条感生出反方向电势的短叠片构成比定子铁心长15％至50％的整体转子铁心，在转子铁心的一端装有与轴向传动机构轴向传动连接的深沟球轴承，转子绕组由穿嵌在鸟头(1)正方向叠压和鸟头(1)反方向叠压的大鸟形转子槽叠片有绝缘层的鸟身(2)部分槽中的铝制或铜制转子导条和焊接在转子导条两端的短路端环构成。转子铁心的大鸟形转子槽长叠片一头的转子外圆上的齿或槽处于定子N极磁通时、其短叠片一头的转子外圆上的齿或槽是处于定子S极磁通，穿嵌在笼型感应转子铁心鸟身(2)部分槽中的转子导条在长叠片一头感生正方向电势，在短叠片一头转子导条感生反方向电势。整体转子铁心内孔是直接轴向滑动支撑在转子轴中段多条浅圆弧形轴向导轨槽上面的，整体转子铁心通过装配在整体转子铁心一端的深沟球轴承与轴向伺服传动机构轴向传动连接，当需要调节笼型感应转子的转速时，指令伺服电机旋转，通过深沟球轴承轴向拖动高速旋转的整体转子铁心沿着转子轴线使转子铁心两头的正向和反向叠片在定子铁心内侧换位，通过这种换位方法调整每根转子导条两头叠片链绕定子N极的每极磁通∮m和链绕定子S极的每极磁通∮m所感生的两个相反方向电势的高低，使笼型感应转子的转矩电流幅值和输出转矩大小得到有效控制，从而实现对交流感应电动机的直接转矩控制，使交流电动机自身达到高性能的无级调节转速运行的目的。

其从属特征在于：

1、弧形导轨槽表面有耐磨硬铬层。

本发明的有益效果是：

1、用该笼型转子组成的交流感应电动机，其三相定子绕组通过开关接入交流电网，彻底克服了现有三相交流感应电动机须在外部附加昂贵而可靠性差的大功率电力电子调速装置，如串级调速装置、交流变频调速装置，给电机造成谐波污染及多种负面效应，特别是大功率整流桥产生的特征高次谐波对交流电网的严重污染。

2、用于高压大功率风机、水泵节能改造工程，可使系统造价成倍下降，可靠性大幅度上升，延长系统设备的使用寿命。

3、使系统具有优良的软启动功能，彻底消除用串级调速系统的大启动电流。

4、运行时不消耗控制功率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明

图1是本发明的高压大功率交流感应电动机转子铁心的大鸟形闭口转子槽冲片平面图。

图2是本发明的380V中小型交流感应电动机转子铁心的大鸟形闭口转子槽冲片平面图。

图中1是构成转子叠片上半槽的鸟头部分。2是构成转子叠片下半槽的鸟身部分。3是与转子铁心轴向连接件固定配合的孔。4是与转子轴导轨槽轴向滑动配合的凸缘。

具体实施方式

转子铁心由大鸟形转子槽硅钢冲片鸟头正方向叠压固定在多根轴向连接件上，长度为0.9定子铁心长，能使穿嵌在下半槽有槽绝缘的鸟身部分中的转子导条感生正向交流电势的长叠片和冲片的鸟头反向叠压固定在轴向连接件上，能使穿嵌在下半槽有槽绝缘的鸟身部分中的转子导条感生反向交流电势的短叠片构成，转子铁心是总长度比定子铁心长40％且能在转子轴中段表面的轴向导轨槽上轴向滑动使正向和反向的叠片处于定子铁心内侧换位并传动转矩的独立整体转子铁心。当使转子导条感生正向交流电势的长叠片全部伸到定子铁心内侧，感生反向交流电势的短叠片全部处于定子铁心外边时，定子旋转磁场的每极磁通∮m全部链绕正向的长叠片一头，短叠片一头无定子旋转磁通∮m链绕，无反向交流电势，此状态转子转矩电流最大，转子输出的转矩也最大。通过内环装配在转子铁心一端，外环固定在不旋转的轴向往复传动机构上的深沟球轴承及与轴向往复传动机构传动连接的微型伺服电机，对整体笼型转子进行轴向拖动，使其沿着转子轴线将处于定子铁心外边不链绕定子旋转磁通的反向叠片逐渐拖进定子铁心内侧，使其链绕定子旋转磁通并使转子导条感生反向交流电势，在反向叠片被拖进定子铁心内侧的同时，其正向叠片也有相等长度在另一头被拖出定子铁心内侧，使其不再链绕定子旋转磁通而使转子导条不感生正向交流电势，使转子导条正向交流电势成平方下降，使转子转矩电流成平方下降。当正反向叠片处于定子铁心内侧的长度相等时，转子每根导条两头的交流电势相等，瞬时方向相反，其和电势为零，使转子无转矩电流，由于转子无转矩电流，从而实现交流电动机能在超高转差率下空载运行的新调速功能。

Claims (2)

1.一种笼型感应转子铁心换位调速法，该方法的笼型感应转子由转子冲片、转子轴、转子导条、导条短路端环和铁心换位的轴向传动机构组成，其特征在于：转子冲片每极有3至4个大鸟形闭口转子槽、转子冲片内磁轭的下部有多个与转子冲片轴向连接件固定配合的孔、转子冲片内孔有与转子轴中段表面多条轴向导轨槽轴向滑动配合的凸缘，转子铁心由大鸟形转子槽冲片鸟头正方向叠压固定在轴向连接件上叠片长度接近定子铁心长度的能使转子导条感生正方向电势的长叠片和冲片的鸟头反方向叠压固定在轴向连接件上能使转子导条感生出反方向电势的短叠片构成比定子铁心长15％至50％的整体转子铁心，在转子铁心的一端装有与轴向传动机构轴向传动连接的深沟球轴承，转子绕组由穿嵌在鸟头正方向叠压和鸟头反方向叠压的大鸟形转子槽叠片有绝缘层的鸟身部分槽中的铝制或铜制转子导条和焊接在转子导条两端的短路端环构成。

2.根据权利要求1所述的一种笼型感应转子铁心换位调速法，其特征在于：弧形导轨槽表面有耐磨硬铬层。