籠型感應(yīng)轉(zhuǎn)子鐵心換位調(diào)速法
【專(zhuān)利摘要】一種能對(duì)籠型感應(yīng)轉(zhuǎn)子進(jìn)行直接轉(zhuǎn)矩控制的籠型感應(yīng)轉(zhuǎn)子鐵心換位調(diào)速法。它是通過(guò)下述方法實(shí)現(xiàn)的：由壓裝固定在軸向連接件上的有大鳥(niǎo)形轉(zhuǎn)子槽硅鋼沖片疊壓成獨(dú)立轉(zhuǎn)子鐵心，鳥(niǎo)頭正方向疊壓80％、鳥(niǎo)頭反方向疊壓40％定子鐵心長(zhǎng)度，轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)孔是直接軸向滑動(dòng)配合支撐在轉(zhuǎn)子軸的軸向?qū)к壊凵?，通過(guò)裝配在轉(zhuǎn)子鐵心一端的徑向止推軸承拖動(dòng)轉(zhuǎn)子鐵心軸向位移，改變正反向疊片伸進(jìn)定子鐵心的長(zhǎng)度來(lái)改變轉(zhuǎn)子導(dǎo)條兩頭正反向交流電勢(shì)的高低，改變轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩電流大小，達(dá)到對(duì)籠型感應(yīng)轉(zhuǎn)子直接轉(zhuǎn)矩控制，使交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)高力能指標(biāo)的無(wú)級(jí)調(diào)速運(yùn)行。為風(fēng)機(jī)、水泵的節(jié)能改造提供一種新的適用技術(shù)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】籠型感應(yīng)轉(zhuǎn)子鐵心換位調(diào)速法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種交流調(diào)速傳動(dòng)技術(shù)，尤其是能通過(guò)調(diào)控信號(hào)使轉(zhuǎn)子鐵心換位，實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的籠型感應(yīng)轉(zhuǎn)子直接轉(zhuǎn)矩控制的無(wú)級(jí)調(diào)速方法。
技術(shù)背景
[0002]直流電動(dòng)機(jī)的電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是:定子繞組是直流供電的集中式直流勵(lì)磁線(xiàn)圈，轉(zhuǎn)子繞組是由換向器供電的換向頻率正比于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的交流轉(zhuǎn)矩線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)，因此能用直流電動(dòng)機(jī)外部的直流調(diào)壓設(shè)備對(duì)定子的勵(lì)磁電流或轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩電流直接進(jìn)行單獨(dú)調(diào)控，容易實(shí)現(xiàn)高性能的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速運(yùn)行。交流電動(dòng)機(jī)的電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是:勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流共用一個(gè)三相交流定子繞組，三相交流正弦電流流過(guò)三相對(duì)稱(chēng)的繞組時(shí)形成定子的旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)和在定、轉(zhuǎn)子氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁通，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩電流是在轉(zhuǎn)子有轉(zhuǎn)差率的情況下感應(yīng)出來(lái)的。公知的交流異步電動(dòng)機(jī)電路特點(diǎn)是一個(gè)多變量、非線(xiàn)性、強(qiáng)耦合的被控對(duì)象，難以像直流電動(dòng)機(jī)那樣直接對(duì)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行有效控制，很難實(shí)現(xiàn)高性能的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速運(yùn)行。
[0003]直流電氣傳動(dòng)和交流電氣傳動(dòng)在19世紀(jì)先后誕生。由于直流電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速性能，高性能的調(diào)速傳動(dòng)都采用直流電動(dòng)機(jī)，但是直流電動(dòng)機(jī)要比交流電動(dòng)機(jī)多耗40%的電能和系統(tǒng)造價(jià)成倍上升，電源的整流設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重污染交流電網(wǎng)的高次諧波給電網(wǎng)造成公害，因此約占電氣傳動(dòng)總量80%的不調(diào)速傳動(dòng)都采用交流電動(dòng)機(jī)。
[0004]直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)是通過(guò)換向器實(shí)現(xiàn)的，由于換向器的存在，使直流電動(dòng)機(jī)的單機(jī)容量、最高轉(zhuǎn)速、電壓等級(jí)以及使用環(huán)境都受到限制，由于直流電動(dòng)機(jī)的換向器故障率高、維護(hù)工作量大，很難適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。20世紀(jì)70年代以來(lái)，石油危機(jī)、能源短缺、環(huán)境污染、能源費(fèi)用高漲席卷整個(gè)世界。多年來(lái)人們就致力于高效節(jié)能的交流無(wú)級(jí)調(diào)速技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)，工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家都投入了大量的物力、財(cái)力，然而進(jìn)展緩慢，致使我國(guó)現(xiàn)有運(yùn)行的四千多萬(wàn)臺(tái)大功率風(fēng)機(jī)、水泵的交流電機(jī)系統(tǒng)長(zhǎng)期以來(lái)一直未能尋找到適合風(fēng)機(jī)、水泵節(jié)能改造的技術(shù)，還都存在著浪費(fèi)電能的“大馬拉小車(chē)”問(wèn)題和在系統(tǒng)中用消耗電能的阻流方式調(diào)節(jié)工況和流量，造成我國(guó)僅大功率風(fēng)機(jī)、水泵的年消耗電量就占全國(guó)工業(yè)用電總量的60%。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有的籠型感應(yīng)轉(zhuǎn)子難以直接對(duì)其轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行調(diào)控，使籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)自身不能拖動(dòng)負(fù)載無(wú)級(jí)調(diào)速運(yùn)行的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種籠型感應(yīng)轉(zhuǎn)子鐵心換位調(diào)速的方法，該方法能簡(jiǎn)捷的實(shí)現(xiàn)對(duì)籠型感應(yīng)轉(zhuǎn)子的直接轉(zhuǎn)矩控制，能使籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)自身具有高力能指標(biāo)的無(wú)級(jí)調(diào)速功能，為量大面廣的風(fēng)機(jī)、水泵節(jié)能改造提供適用的節(jié)能技術(shù)。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
[0007]籠型感應(yīng)轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子沖片、轉(zhuǎn)子軸、轉(zhuǎn)子導(dǎo)條、導(dǎo)條短路端環(huán)和鐵心換位的軸向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，其特征在于:轉(zhuǎn)子沖片每極有3至4個(gè)大鳥(niǎo)形閉口轉(zhuǎn)子槽、轉(zhuǎn)子沖片內(nèi)磁軛的下部有多個(gè)與轉(zhuǎn)子沖片軸向連接件固定配合的孔(3)、轉(zhuǎn)子沖片內(nèi)孔有與轉(zhuǎn)子軸中段表面多條軸向?qū)к壊圯S向滑動(dòng)配合的凸緣(4),轉(zhuǎn)子鐵心由大鳥(niǎo)形轉(zhuǎn)子槽沖片鳥(niǎo)頭(1)正方向疊壓固定在軸向連接件上疊片長(zhǎng)度接近定子鐵心長(zhǎng)度的能使轉(zhuǎn)子導(dǎo)條感生正方向電勢(shì)的長(zhǎng)疊片和沖片的鳥(niǎo)頭(1)反方向疊壓固定在軸向連接件上能使轉(zhuǎn)子導(dǎo)條感生出反方向電勢(shì)的短疊片構(gòu)成比定子鐵心長(zhǎng)15%至50%的整體轉(zhuǎn)子鐵心，在轉(zhuǎn)子鐵心的一端裝有與軸向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)軸向傳動(dòng)連接的深溝球軸承，轉(zhuǎn)子繞組由穿嵌在鳥(niǎo)頭(1)正方向疊壓和鳥(niǎo)頭
(1)反方向疊壓的大鳥(niǎo)形轉(zhuǎn)子槽疊片有絕緣層的鳥(niǎo)身(2)部分槽中的鋁制或銅制轉(zhuǎn)子導(dǎo)條和焊接在轉(zhuǎn)子導(dǎo)條兩端的短路端環(huán)構(gòu)成。轉(zhuǎn)子鐵心的大鳥(niǎo)形轉(zhuǎn)子槽長(zhǎng)疊片一頭的轉(zhuǎn)子外圓上的齒或槽處于定子~極磁通時(shí)、其短疊片一頭的轉(zhuǎn)子外圓上的齒或槽是處于定子3極磁通，穿嵌在籠型感應(yīng)轉(zhuǎn)子鐵心鳥(niǎo)身(2)部分槽中的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條在長(zhǎng)疊片一頭感生正方向電勢(shì)，在短疊片一頭轉(zhuǎn)子導(dǎo)條感生反方向電勢(shì)。整體轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)孔是直接軸向滑動(dòng)支撐在轉(zhuǎn)子軸中段多條淺圓弧形軸向?qū)к壊凵厦娴?，整體轉(zhuǎn)子鐵心通過(guò)裝配在整體轉(zhuǎn)子鐵心一端的深溝球軸承與軸向伺服傳動(dòng)機(jī)構(gòu)軸向傳動(dòng)連接，當(dāng)需要調(diào)節(jié)籠型感應(yīng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速時(shí)，指令伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)，通過(guò)深溝球軸承軸向拖動(dòng)高速旋轉(zhuǎn)的整體轉(zhuǎn)子鐵心沿著轉(zhuǎn)子軸線(xiàn)使轉(zhuǎn)子鐵心兩頭的正向和反向疊片在定子鐵心內(nèi)側(cè)換位，通過(guò)這種換位方法調(diào)整每根轉(zhuǎn)子導(dǎo)條兩頭疊片鏈繞定子~極的每極磁通# III和鏈繞定子3極的每極磁通# III所感生的兩個(gè)相反方向電勢(shì)的高低，使籠型感應(yīng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩電流幅值和輸出轉(zhuǎn)矩大小得到有效控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制，使交流電動(dòng)機(jī)自身達(dá)到高性能的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速運(yùn)行的目的。
[0008]其從屬特征在于:
[0009]1、弧形導(dǎo)軌槽表面有耐磨硬鉻層。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:
[0011]1、用該籠型轉(zhuǎn)子組成的交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，其三相定子繞組通過(guò)開(kāi)關(guān)接入交流電網(wǎng)，徹底克服了現(xiàn)有三相交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)須在外部附加昂貴而可靠性差的大功率電力電子調(diào)速裝置，如串級(jí)調(diào)速裝置、交流變頻調(diào)速裝置，給電機(jī)造成諧波污染及多種負(fù)面效應(yīng)，特別是大功率整流橋產(chǎn)生的特征高次諧波對(duì)交流電網(wǎng)的嚴(yán)重污染。
[0012]2、用于高壓大功率風(fēng)機(jī)、水泵節(jié)能改造工程，可使系統(tǒng)造價(jià)成倍下降，可靠性大幅度上升，延長(zhǎng)系統(tǒng)設(shè)備的使用壽命。
[0013]3、使系統(tǒng)具有優(yōu)良的軟啟動(dòng)功能，徹底消除用串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的大啟動(dòng)電流。
[0014]4、運(yùn)行時(shí)不消耗控制功率。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明
[0016]圖1是本發(fā)明的高壓大功率交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子鐵心的大鳥(niǎo)形閉口轉(zhuǎn)子槽沖片平面圖。
[0017]圖2是本發(fā)明的3807中小型交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子鐵心的大鳥(niǎo)形閉口轉(zhuǎn)子槽沖片平面圖。
[0018]圖中1是構(gòu)成轉(zhuǎn)子疊片上半槽的鳥(niǎo)頭部分。2是構(gòu)成轉(zhuǎn)子疊片下半槽的鳥(niǎo)身部分。3是與轉(zhuǎn)子鐵心軸向連接件固定配合的孔。4是與轉(zhuǎn)子軸導(dǎo)軌槽軸向滑動(dòng)配合的凸緣。

【具體實(shí)施方式】
[0019]轉(zhuǎn)子鐵心由大鳥(niǎo)形轉(zhuǎn)子槽硅鋼沖片鳥(niǎo)頭正方向疊壓固定在多根軸向連接件上，長(zhǎng)度為0.9定子鐵心長(zhǎng)，能使穿嵌在下半槽有槽絕緣的鳥(niǎo)身部分中的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條感生正向交流電勢(shì)的長(zhǎng)疊片和沖片的鳥(niǎo)頭反向疊壓固定在軸向連接件上，能使穿嵌在下半槽有槽絕緣的鳥(niǎo)身部分中的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條感生反向交流電勢(shì)的短疊片構(gòu)成，轉(zhuǎn)子鐵心是總長(zhǎng)度比定子鐵心長(zhǎng)40%且能在轉(zhuǎn)子軸中段表面的軸向?qū)к壊凵陷S向滑動(dòng)使正向和反向的疊片處于定子鐵心內(nèi)側(cè)換位并傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩的獨(dú)立整體轉(zhuǎn)子鐵心。當(dāng)使轉(zhuǎn)子導(dǎo)條感生正向交流電勢(shì)的長(zhǎng)疊片全部伸到定子鐵心內(nèi)側(cè)，感生反向交流電勢(shì)的短疊片全部處于定子鐵心外邊時(shí)，定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的每極磁通# 0全部鏈繞正向的長(zhǎng)疊片一頭，短疊片一頭無(wú)定子旋轉(zhuǎn)磁通# 0鏈繞，無(wú)反向交流電勢(shì)，此狀態(tài)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩電流最大，轉(zhuǎn)子輸出的轉(zhuǎn)矩也最大。通過(guò)內(nèi)環(huán)裝配在轉(zhuǎn)子鐵心一端，外環(huán)固定在不旋轉(zhuǎn)的軸向往復(fù)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上的深溝球軸承及與軸向往復(fù)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)連接的微型伺服電機(jī)，對(duì)整體籠型轉(zhuǎn)子進(jìn)行軸向拖動(dòng)，使其沿著轉(zhuǎn)子軸線(xiàn)將處于定子鐵心外邊不鏈繞定子旋轉(zhuǎn)磁通的反向疊片逐漸拖進(jìn)定子鐵心內(nèi)側(cè)，使其鏈繞定子旋轉(zhuǎn)磁通并使轉(zhuǎn)子導(dǎo)條感生反向交流電勢(shì)，在反向疊片被拖進(jìn)定子鐵心內(nèi)側(cè)的同時(shí)，其正向疊片也有相等長(zhǎng)度在另一頭被拖出定子鐵心內(nèi)側(cè)，使其不再鏈繞定子旋轉(zhuǎn)磁通而使轉(zhuǎn)子導(dǎo)條不感生正向交流電勢(shì)，使轉(zhuǎn)子導(dǎo)條正向交流電勢(shì)成平方下降，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩電流成平方下降。當(dāng)正反向疊片處于定子鐵心內(nèi)側(cè)的長(zhǎng)度相等時(shí)，轉(zhuǎn)子每根導(dǎo)條兩頭的交流電勢(shì)相等，瞬時(shí)方向相反，其和電勢(shì)為零，使轉(zhuǎn)子無(wú)轉(zhuǎn)矩電流，由于轉(zhuǎn)子無(wú)轉(zhuǎn)矩電流，從而實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)能在超高轉(zhuǎn)差率下空載運(yùn)行的新調(diào)速功能。
【權(quán)利要求】
1.一種籠型感應(yīng)轉(zhuǎn)子鐵心換位調(diào)速法，該方法的籠型感應(yīng)轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子沖片、轉(zhuǎn)子軸、轉(zhuǎn)子導(dǎo)條、導(dǎo)條短路端環(huán)和鐵心換位的軸向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，其特征在于:轉(zhuǎn)子沖片每極有3至4個(gè)大鳥(niǎo)形閉口轉(zhuǎn)子槽、轉(zhuǎn)子沖片內(nèi)磁軛的下部有多個(gè)與轉(zhuǎn)子沖片軸向連接件固定配合的孔、轉(zhuǎn)子沖片內(nèi)孔有與轉(zhuǎn)子軸中段表面多條軸向?qū)к壊圯S向滑動(dòng)配合的凸緣，轉(zhuǎn)子鐵心由大鳥(niǎo)形轉(zhuǎn)子槽沖片鳥(niǎo)頭正方向疊壓固定在軸向連接件上疊片長(zhǎng)度接近定子鐵心長(zhǎng)度的能使轉(zhuǎn)子導(dǎo)條感生正方向電勢(shì)的長(zhǎng)疊片和沖片的鳥(niǎo)頭反方向疊壓固定在軸向連接件上能使轉(zhuǎn)子導(dǎo)條感生出反方向電勢(shì)的短疊片構(gòu)成比定子鐵心長(zhǎng)15%至50%的整體轉(zhuǎn)子鐵心，在轉(zhuǎn)子鐵心的一端裝有與軸向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)軸向傳動(dòng)連接的深溝球軸承，轉(zhuǎn)子繞組由穿嵌在鳥(niǎo)頭正方向疊壓和鳥(niǎo)頭反方向疊壓的大鳥(niǎo)形轉(zhuǎn)子槽疊片有絕緣層的鳥(niǎo)身部分槽中的鋁制或銅制轉(zhuǎn)子導(dǎo)條和焊接在轉(zhuǎn)子導(dǎo)條兩端的短路端環(huán)構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種籠型感應(yīng)轉(zhuǎn)子鐵心換位調(diào)速法，其特征在于:弧形導(dǎo)軌槽表面有耐磨硬鉻層。
【文檔編號(hào)】H02K17/16GK104377928SQ201310353975
【公開(kāi)日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2013年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月14日
【發(fā)明者】江允良 申請(qǐng)人:畢嚴(yán)富