CN2140112Y

CN2140112Y - 交流绕线式转子无集电环调速电动机

Info

Publication number: CN2140112Y
Application number: CN 92238630
Authority: CN
Inventors: 杨德欣
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-10-30
Filing date: 1992-10-30
Publication date: 1993-08-11
Anticipated expiration: 2002-10-30

Abstract

一种交流绕线式转子无集电环调速电动机，其结构是在同一电机机壳内装置两个三相交流绕线式转子异步电动机。由调压供电运行的为主电机，串级一个作频敏电阻使用的副电机。两电机转子同轴安装，其两转子绕组通过轴上导线相串联。主电机在不同转速下感应不同频率的转子电压供副电机，其频敏特性使转子阻抗随转速而变化电机获得调速特性和高力能指标。副电机的转子与其鼠笼式定子所产生的电磁转矩与主电机共同驱动电机转轴，滑差电能得到回收利用电机节能。

Description

本实用新型涉及一种旋转电机，特别是一种串级交流绕线式转子无集电环调速电动机。

目前代表国际先进水平的交流调速电动机，系变频调速电动机，该电机靠电子系统将50／60赫芝市电进行频率变换后供给感应式电动机使之进行调速的电动机。该机电子线路复杂价格昂贵，使用环境要求苛刻，因而对于低速大转矩大功率电机及对一些要求不高的场合，其他传统电机仍占很大市场。又因该机成本过大及维修困难在我国国情下难已推广。

目前我国沿用的交流换向器式调速电机、电磁滑差离合器调速电动机，分别由于转子带换向器并集电环运行维修困难且体积大，力能指标低，电磁滑差离合器工作温度200K以上高发热，及低速时转速脉动因而应用受到限制，更不便制成防爆电机应于于矿山、石油、化工………等易燃易爆的环境。

与本实用新型相近的绕线转子异步电动机串级调速系统，仍沿用集电环结构，结构复杂，可靠性低，转子需要庞大的整流设备及逆变装置，一个电机需配三

面开关控制柜，体积庞大控制繁琐，运行功率因数很差价格很贵，仅用于调频电机难以承担的中、大型调速驱动场合。

本实用新型的目的就在于克服现有技术所存在的上述缺点和不足而提供一种交流绕线转子无集电环的调速电动机，它是利用两个同机壳安装的交流绕线式转子电动机串级，而使转子回路阻抗随电机转速而变化进行调压调速的节能调速电动机该电机低速大力矩输出。目的之二，本实用新型绕线转子式电动机不带集电环系统易于维修，易于防爆，工作可靠，目的之三本实用新型解决需用低速大力矩恒转矩调速又需小范围具有恒功率特性的类似机床直接驱动变速的系统作调速之用。

本实用新型效果在于：

由于在同一电机机壳内，装置一个由调压电源供电的主电机和串级一个作频敏电阻使用的付电机，所以本实用新型其转子阻抗能随转速变化而获得良好的无级调速特性。

由于本实用新型主、付电机的转子同轴安装，其两转子三相绕组相串联的导线，沿转轴绑扎布线，因而省去了集电环，电刷装置。在电机起动运行时，无需外接电阻和切换装置。其结构简单可靠，易制成防爆电机，易于维修，制造成本低。

由于本实用新型主电机串级的付电机，除起阻抗变换作用外，还将主电机的滑差功率变为付电机电磁转矩，变为机械能叠加于电机转轴，使滑差功率得到再生利用，因而节能效果明显。

由于本实用新型系在我国YR基本系列上派生设计的，因而工厂无需另外投资即可转产。

本实用新型电控系统，仅为变频调速电控箱体积、重量的1／2。

本实用新型产品售价，仅为变频调速电机的1／2，易于推广。

本实用新型目的是这样实现的：

在同一电机机壳内，装置两个三相绕线式转子异步电动机。其两个电机串级联结，转子同轴安装，电机在恒转矩负载下通过调压进行调速。

其中由三相交流调压电源供电的电机称主电机〈主机〉。主机定、转子与普通绕线式转子异步电动机相同。其转子三相绕组的尾端封接为星形中点，端头2U、2V、2W与付机转子三相绕组端头4U、4V、4W接成闭合电路。当交流调变电压输入主机定子后，产生旋转磁场，转子有电流流过产生电磁转矩驱动电机转轴旋转。

同一机壳内另一电机称付电机〈付机〉，付机定、转子结构亦同普通绕线转子式异步电动机，但其付机定子绕组的接线，则按普通电机鼠笼式或绕线式转子短路封接，其三相绕组的尾端封接为三相星形中点，其三个端头3U、3V、3W相短接类似鼠笼转子接线，实质上付机定子起到普通电机转子的作用，但结构上不旋转。

付机转子绕组接线，完全相同绕线式异步电动机转子，其三相绕组尾端接为星形中点，端头与主机转子绕组三相的端头反相序对接形成使两电机转向一致的串联闭合电路。在工作时付机转子实质上接受主机转子的感应电压作为电源，在主机调速运行时，主机转子产生的滑差功率被引入付机，产生付机电磁转矩，主付机电磁转矩在同一转轴上叠加，将普通绕线式转子电机被外接电阻消耗的滑差功率，本实用新型付机将其转换为机械能回收利用实现节能。〈见图2〉

付电机实质上又是主电机的串联″频敏电阻″。在电机调速运行时，随着不同转速，在主机转子中感应不同频率转子电压，此作为付机转子电源，而主要影响付机等效电阻〈阻抗〉的涡流损耗与电源频率平方成正比，付机在此频敏特性作用下，使调速电机转子回路总阻抗随转速而变化，使本实用新型获得良好的无级调速特性。

由于本电机主、付机转子同轴安装，其电气串联引线，可沿轴绑扎布线因而省去电刷及集电环装置，在电机运行时无需再外接电阻器及切换装置，构成本交流绕线式转子的无集电环电机结构。

本实用新型是由下面实施例及附图实现的：

图1本实用新型结构原理图；

图2本实用新型电机电气接线图；

图3本实用新型开环晶闸管控制系统的调速电动机方框图；

图4本实用新型闭环晶闸管控制系统的调速电动机方框图；

图5本实用新型应用磁放大器闭环控制的调速电动机方框图。

下面将结合实施例及附图1－5对本实用新型具体结构及其原理进行说明：

本实用新型是在国家基本电机系列基础上，派生设计的结构为：

电机机壳1、主机定子2、主机转子3、转轴4、付机定子5、付机转子6、端盖7、11、轴承8、12、电机风扇9、风罩10及控制电路构成本实用新型，在配用闭环调速系统时加装测速元件13，其特征在于：由主机定子2、主机转子3、组成的主电机；由付机定子5、付机转子6、组成的付电机。主付电机装于同一电机机壳；主机转子3和付机转子6同装于转轴4；主付电机串级联结。〈见图1〉

现将本实用新型的工作机理简述如下：

根据电机原理：交流异步电动机欲得高比功，在一定条件下转子电阻越小机械特性越硬，电机效率越高。

欲获得良好的电机调速特性，其转子回路电阻必须大于相对于临界滑差时转子电阻值r_R2。

因此两个方面是相互矛盾的，但对调速电机产品这两个指标都必需满足。

为满足调速电机对电机效率的要求，本实用新型主机定子2和主机转子3组成的主电机，系按高磁导、低铁耗、低阻抗、高转速设计的。当转子回路阻抗呈现最小值时，调速电机在高速段高性能运行。

为满足调速电机对转子回路电阻的要求，用作主机串联的″频敏电阻″付机，设计时采用高饱和磁路，低绕组电阻电路。在主机转速变化时，主机转子3所感应的转子电压频率不同，供付机后其涡流损耗为主的等效电阻r_m随电压频率成正比变化，主电机转速高时r_m小，转速低时r_m大满足了电机调速时对转子电阻的不同要求，获得无级调速特性。

本实用新型在低速运转时，主电机定子2由调压电源经端子1U、1V、1W供三相交流低电压，电机低速转动。主机转子3内感应电压频率很高（f₂≈f₁），转速接近于零时，频率接近于电纲频率。此电压供给付机转子6与付机定子5所组成的付电机，此时等效电阻r′_m处于最大值。由于付机转子6与主机转子3串联因而调速电机转子回路总阻抗处于最大值，因而限制了低速时的滑差电流，增加了力矩，使本实用新型在低速段机械特性很到稳定。

本实用新型在中高速运行时，随着转速逐渐上升，转子电压频率下降（f₂≈Sf），在最高速时降至1～3赫芝几乎与直流电相同。此时付机涡流损耗降至接近于零，付机绕组设计直流电阻很小此时调速电机转子回路总阻抗呈最小值。本实用新型在高速高效率下运行，从而解决了调速电机在不同转速下对转子电阻不同的要求，使产品全面达到予期指标。

本实用新型付机转子6，在主机转子3感应电压供电下，建立三相旋转磁场。该磁场在付机定子5的鼠笼电路中感生电流，产生付机的电磁转矩与主机共同驱动电机转轴4。主机滑差功率被转换成机械能，得以回收利用，达到节能目的。

本实用新型易于制成低速大力矩产品：

根据电机原理：

电机串级后转速n_K= (60f)/(P₁+P₂)

f电源频率P₁、P₂被串级各电机的极对数。

串级后电机输出转矩关系：

M₁：M₂：M_K＝1／n₁：1／n₂：1／n_K

M₁，M₂，M_K各组成串级电机的力矩；

n₁，n₂，n_K各组成串级电机同步转速。

所以本原理制成的交流调速电机易制成低速区段大力矩产品。

本实用新型与调压控制系统组成的交流调速电动机。

本实用新型配用开环控制调压系统的调速电动机，该系统由控制回路与主回路组成，控制回路采用集成化元件，设置三相输出相位同步及电压平衡电路、软起动、相位判别、内外调节环节，采用高达35KHz调制脉冲大大降低了触发功耗，主回路采用模块式晶闸管。由此组成的系统由一个电位器给定转速指令相应调压的电控系统。用于对转速精度要求不高的调速驱动系统调速用。〈见图3〉

本实用新型配用晶闸管调压闭环调速系统的交流调速电动机，该系统按工作转速需要由给定电位器给出一个转速给定电压Vgn与测速机SCF、放大器SF的负反馈电压Vpn通过ST环节相比较得偏差电压△V＝Vgn－Vpn经转速调节环节输出控制电压V_K，再经触发器CF输出控制角α，以控制调压装置双向晶闸管的导通相位角达到控制本调速电机进行转速，本系统能控制速度精度误差在＜2％。〈见图4〉

本实用新型配用磁放大器调压闭环群控调速系统，系统主回路系由交直流联合激磁的可变电压磁放大器构成，当直流激磁电流逐渐变化时电抗随之变化达到调压目的。其控制电路〈同图3〉。该系统可组成群控调速电动机集群。本系统优点安全、简单、可靠。缺点相对重量较重，但一台控制器控制多台电机，则此缺点不突出，相应成本大幅度下降，易于推广。〈见图5〉

Claims

1、一种交流绕线式转子无集电环调速电动机，由电机机壳1、主机定子2、主机转子3、转轴4、付机定子5、付机转子6、端盖7、轴承8、电机风扇9、风罩10、端盖11、轴承12及控制电路其采用闭环控制系统时加装测速元件13构成，其特征在于：由主机定子2，主机转子3，组成的主电机，由付机定子5、付机转子6组成的付电机，主付电机装于同一电机机壳1中，主机转子3和付机转子6同装于转轴4，主付机串级联结。

2、按照权利要求1所述的交流绕线式转子无集电环调速电动机，其特征：主电机与付电机装于同一电机机壳1中，主机转子3与付机转子6装于同一转轴4，主付机转子绕组各自接成星形后三相引出线端头按对应反相序沿转轴4布置导线绑扎对接，无集电环电刷结构。