CN1099154C - 变磁通交流调速电机 - Google Patents

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Abstract

一种变磁通交流调速电机，其特征是通过控制磁通调节环伸进定子铁心的位移量，实现直接控制三相交流感应电机的电磁转矩，使其跟随给定转速下的负载转矩变化，达到使交流电机不需外加调速装置就能实现高效率无级调速运行。变磁通交流调速电机与风机、泵类设备配套使用，能大量节约电能。比用变频器方案调速，能节省80%左右的设备投资。这种无级调速电机的起动电流小于额定电流，其温升和噪音成倍下降，无高次谐波污染网，其可靠性及使用寿命比普通鼠笼转子电机还高。

Description

变磁通交流调速电机
本发明涉及一种调速电机，特别涉及一种变磁通交流调速电机。
三相鼠笼型电机与直流电机相比，有结构简单，坚固耐用，运行可靠，维护简便，价格低等优点。多年来一直被广泛应用。由于三相鼠笼电机的机械特性硬，使它能高效率稳定运行。但是，这也使它难以象直流电机调速系统那样能无级变速运行。
现有的各种交流无级调速传动系统中，与电机配套的调速装置，技术复杂、价格昂贵，且高效的调速装置自身运行效率一般在90％左右，当电机转速调节到90％以上时，系统还要多耗电能。
由于和串级调速、直流调速、变频调速等配套的调速装置中，都使用价格昂贵，安全系数小的大功率电力电子器件进行换流，运行中产生严重污染电网的高次谐波。
本发明的目的之一是：提供一种运行高度可靠又具有三相鼠笼型电机的优点，而且不需要外加调速装置，用简单地直接控制电机的电磁转矩及输入功率，就能象直流电机调速系统那样，能无级变速运行的高效率变磁通交流调速电机。
本发明的目的之二是：提供一种能比普通鼠笼电机起动电流小的变磁通交流调速电机。
本发明的目的之三是：提供一种比高效串级调速电机系统的功率因数高，且不产生高次谐波污染电网的变磁通交流调速电机。
本发明的目的之四是：提供一种使用6600伏高压的大功率变磁通交流调速电机。
本发明的目的之五是：提供一种能在各种有易燃气体场合使用的防爆变磁通交流调速电机。
本发明的技术方案是：一种变磁通交流调速电机，包括定子铁心、定子绕组、感应转子、转子轴、壳体(包含无外壳定子组件)、前后端盖及前后轴承。其特征是：
1.定子铁心(14)的一头或两头有能沿转子轴线移动而不旋转的磁通调节环(10)，另一头或中间有固定在转子轴(1)上，比定子铁心短的感应转子(13)。感应转子铁心的一端与定子铁心一端在轴向对齐。磁通调节环与前后端盖之间，有使其沿转子轴线伸进或退出定子铁心空腔的传动机构。
2.感应转子(13)是一个比定子铁心(14)短，并在两端面焊有低电阻环的实心转子。
3.固定在转子轴(1)上的感应转子(13)是一个比定子铁心(14)短10％至45％的鼠笼转子。鼠笼转子铁心与定子铁心空腔的一头对齐，鼠笼转子的另一头是适合安装磁通调节环的短路环。
4.磁通调节环(10)由固定在支承套(11)上的环形硅钢片叠成，或用高电阻软磁材料制成。支承套(11)的侧面有使限转导柱通过的孔及与螺杆(4)配套的螺母，其内孔固定有1至2个能在转子轴(1)上直线滑动的轴承(12)，或被能轴向滑动支承在端盖沿转子轴向向内伸出的中心导套外径上，以及向内伸出的两个以上的导柱上，螺杆(4)上的齿轮或蜗轮(5)与伺服电机(6)传动连接。
5.三相定子绕组的每一相都有2个带引出线的并联支路。
本发明的变磁通交流调速电机的优点是：
1.由于变磁通交流调速电机本身具有连续调节转矩和转速的功能，无须再购买价格昂贵，维修和管理费用也都很高的串级调速装置或变频调速装置，而且无高次谐波污染电网。
2.用变磁通交流调速电机拖动风机、水泵等机械设备，在90％以上的额定转速运行时也能大量节电，由于它能根据负载的大小随时调节输入功率，所以在全速运行时能解决“大马拉小车”这个多年一直未能解决的问题。
3.由于制造变磁通交流调速电机所使用的各种材料、生产工艺、设备等与制造普通三相交流电机相同，所以能用现有的设备制造大容量的高压变磁通交流调速电机。
4.变磁通交流调速电机能在小于额定电流的条件下带负载顺利起动，既无起动噪声，又没有大的起动电流冲击电网，可使供电设备减少容量，从而减少投资和降低损耗。
5.变磁通交流调速电机因为没有大起动电流对绕组的热冲击，对电网电压波动不敏感等特性，所以它比普通三相交流电机的可靠性及使用寿命高。
下面结合附图中的实施例，对本发明作进一步说明。
图1是一种变磁通交流调速电机的剖视图。
图2是变磁通交流调速电机的T--S曲线，图中T是电机输出的电磁转矩，S是转差率，TL是风机固有负载持性曲线，1至6是曲线的编号。
图1中：1.转子轴  2.前轴承  3.盖板  4.螺杆  5.齿轮  6.伺服电机7.定子绕组  8.前端盖  9.电机壳体  10.磁通调节环  11.支承套  12.轴承13.感应转子  14.定子铁心  15.冷却风扇  16.后端盖  17.后轴承  18.风扇罩  19.衬套  20.压板。
图1中：绕有定子绕组(7)的定子铁心(14)压装在电机壳体(9)内。磁通调节环(10)压装在支承套(11)的外圆上，两个轴承(12)压装在支承套的内孔两端。感应转子(13)压装在转子轴(1)上，使适合安装磁通调节环的一端朝向长轴，然后将其装入定子铁心内。螺杆(4)和限转导柱装在前端盖(8)上，齿轮(5)固定在螺杆上，前轴承(2)装在前端盖上。后轴承(17)装在后端盖(16)上，并用卡圈限位。带轴承的磁通调节环组件装在转子轴上，轴承内环与转子轴滑配合。前端盖组件装在转子轴上，将螺杆拧入支承套上的螺母，限转导柱插入支承套的孔内。后端盖组件装在转子轴上，并将前后端盖用螺钉固定在电机壳体上。将伺服电机(6)装在前端盖上，使其齿轮与螺杆上的齿轮(5)咬合，并用螺钉固紧。将盖板(3)装在前端盖的轴承座内，并用螺钉固紧。将衬套(19)压入冷却风扇(15)的内孔，而后装在后轴承外端的轴上，用螺钉将压板(20)固定在轴上。最后用螺钉把风扇罩(18)固定在电机壳体上。
需要调速时，给伺服电机(6)指令电压，伺服电机旋转，拖动螺杆(4)转动，使磁通调节环(10)沿转子轴线移动，改变了定子铁心中的磁通量，电机转速就随之发生变化，其转速与磁通调节环所处的位置有一定的对应关系。当磁通调节环最大限度的进入定子铁心时，电机的机械特性如图2中的曲线1所示，逐渐把磁通调节环拉出定子铁心时曲线从1、2、3......连续过渡，电机输出的电磁转矩连续增大，如负载转矩不变，电机的转速就上升，随着磁通调节环被拉出的越多，电机的机械特性越硬。6是普通三相交流电机的特性曲线。
如果在转子轴(1)上设置测速装置，并与伺服电机(6)组成闭环控制系统，变磁通交流调速电机就成了一个高性能的交流无极调速系统。

Claims (5)

1.一种变磁通交流调速电机，包括定子铁心、定子绕组、感应转子、转子轴、壳体、前后端盖及前后轴承，其特征是：定子铁心的一头或两头有能沿转子轴线移动而不旋转的磁通调节环，另一头或中间有固定在转子轴上，比定子铁心短的感应转子。
2.根据权利要求1所述的变磁通交流速速电机，其特征是：感应转子(13)是一个比定子铁心(14)短，并在两端面焊有低电阻环的实心转子。
3.根据权利要求1所述的变磁通交流调速电机，其特征是：固定在转子轴上的感应转子(13)是一个比定子铁心(14)短10％至45％的鼠笼转子。
4.根据权利要求1、2或3所述的变磁通交流调速电机，其特征是：磁通调节环(10)由固定在支承套(11)上的环形硅钢片叠成，或用高电阻软磁材料制成，支承套(11)的侧面有使限转导柱通过的孔及与螺杆(4)配套的螺母，其内孔固定有1至2个能在转子轴(1)上直线滑动的轴承(12)，或被能轴向滑动支承在端盖沿转子轴向向内伸出的中心导套外径上，以及向内伸出的两个以上的导柱上，螺杆(4)上的齿轮或蜗轮(5)与伺服电机(6)传动连接。
5.根据权利要求1或3所述的变磁通交流调速电机，其特征是：三相定子绕组的每一相都有2个带引出线的并联支路。
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