專利名稱:逆變型無整流子三相換向器電動機的制作方法
本發(fā)明屬調(diào)速感應(yīng)電動機技術(shù)領(lǐng)域：
。適用于紡織、造紙、塑料等工業(yè)的調(diào)速機械以及提升、風(fēng)機、泵類等設(shè)備作為動力源。
目前，對于繞線式感應(yīng)電動機，為提高其調(diào)速效率及性能，多采用串入附加電勢的調(diào)速方法。其典型代表是三相換向器電動機和可控硅串級調(diào)速系統(tǒng)。
可控硅串級調(diào)速是目前世界上先進的繞線式感應(yīng)電動機調(diào)速系統(tǒng)，其中，采用可關(guān)斷可控硅(GTO)逆變器是最佳的代表。但這種調(diào)速系統(tǒng)，仍必須設(shè)置獨立的逆變變壓器，至使系統(tǒng)體積龐大，成本增高。更重要的是，在可控硅串級調(diào)速系統(tǒng)中，電動機原繞組吸收大量的轉(zhuǎn)差功率，再經(jīng)轉(zhuǎn)子和逆變器反饋電網(wǎng)，造成原繞組損耗加大，溫升增高，降低了調(diào)速效率。
本發(fā)明的目的在于實現(xiàn)三相感應(yīng)電動機的無級調(diào)速，提高調(diào)速效率及控制自動化水平。
本發(fā)明由附圖1所示的電動機本體1電子換向器2及其控制裝置等部份組成。
電動機本體電動機本體除具有和普通繞線式三相感應(yīng)電動機相同的原繞組Ⅰ及轉(zhuǎn)子Ⅱ以外，定子上還裝有調(diào)節(jié)繞組Ⅲ。調(diào)節(jié)繞組Ⅲ的繞組極對數(shù)與繞向均和原繞組相同。且具有相同的Y形聯(lián)接方式，由于調(diào)節(jié)繞組流過電流較大，因此，繞組的并聯(lián)支路數(shù)可按導(dǎo)線的粗細，作不同選擇，不必與原繞組相同。
調(diào)節(jié)繞組參數(shù)計算
A.感應(yīng)電勢E2E3＝K· (Sk0)/(COSβmin) ·E20(1)式中E3-調(diào)節(jié)繞組線電勢，單位伏特。
E20-轉(zhuǎn)子繞組開路線電勢，單位伏特。
SKO-電動機空載時，最低轉(zhuǎn)速對應(yīng)的轉(zhuǎn)差率。
COSβmin-最小逆變角的余弦值。
K-系數(shù)，當(dāng)有源逆變器為三相橋式時，K＝1;當(dāng)采用三相零式時，K＝2。
B、每相串聯(lián)匝數(shù)N2N3≈ (E3)/(U1) ·N1(2)式中U1-電動機電源線電壓，單位伏特。
N1-原繞組每相串聯(lián)匝數(shù)。
調(diào)節(jié)繞組Ⅲ可根據(jù)電動機電源電壓的高低，設(shè)計為與原繞組成雙圈式或自耦式。
當(dāng)電源電壓較高(例如3KV以上)時，調(diào)節(jié)繞組宜為雙圈式，以使電子換向器與電源高壓隔離。這種結(jié)構(gòu)多用于高壓大容量電機，附圖2給出了雙圈式調(diào)節(jié)繞組的電動機本體。
當(dāng)電機電源電壓較低(例如660V以下)時，調(diào)節(jié)繞組可設(shè)計成自耦式，這將使電動機鐵心尺寸大為減小，而且可提高效率。
必須注意，采用自耦式調(diào)節(jié)繞組時，其繞組極對數(shù)應(yīng)與原繞組相同，只是兩繞組按自耦方式聯(lián)接，切不可采用在原繞組中直接抽頭的方法。附圖3給出了自耦式調(diào)節(jié)繞組的電動機本體。
轉(zhuǎn)子繞組采用自耦式調(diào)節(jié)繞組時，應(yīng)使轉(zhuǎn)子繞組的開路線電壓盡量接近電源電壓，這將避免調(diào)節(jié)繞組采用較粗的導(dǎo)線繞制，可進一步減小電機鐵心尺寸，并簡化繞組制作工藝。
轉(zhuǎn)子繞組的其它參數(shù)設(shè)計與普通繞線式三相感應(yīng)電動機相同。
原繞組設(shè)計原繞組應(yīng)不使電機磁路過分飽和，并盡量采用60°相帶雙層繞組，目的使調(diào)節(jié)繞組的感應(yīng)電勢波形盡量接近正弦形，避免偕波轉(zhuǎn)矩對電機的不良影響。
原繞組其它參數(shù)設(shè)計與普通繞線式三相感應(yīng)電動機相同。
附圖1中的電子換向器2，由不控整流器ZL和三相有源逆變器KL(以下簡稱逆變器)及平波電抗器DK等成。
整流器ZL采用硅二極管接成三相橋式整流電路。
逆變器KL可采用普通可控硅(SCR)或可關(guān)斷可控硅(GTO)接成三相橋式或三相零式逆變電路。
采用三相零式逆變器時，調(diào)節(jié)繞組的中性點D0應(yīng)引出，接法按附圖4。此時，應(yīng)注意調(diào)節(jié)繞組中有直流分量流過。為避免鐵心飽和，電機磁路應(yīng)留有充分的裕量。
觸發(fā)器與控制器觸發(fā)器同步由于電機漏抗及高次偕波的影響，容易造成調(diào)節(jié)繞組電勢相位“漂移”，為使觸發(fā)器同步可靠，同步變壓器的電源應(yīng)取自調(diào)節(jié)繞組，即確保觸發(fā)脈沖與調(diào)節(jié)繞組電勢E3同步。
觸發(fā)器與調(diào)節(jié)器的其它設(shè)計與普通可控硅串級調(diào)速中的觸發(fā)器、調(diào)節(jié)器相同。
根據(jù)電機學(xué)理論，在繞線式三相感應(yīng)電動機的轉(zhuǎn)子回路引入同頻率的附加電勢，即可改變電動機的轉(zhuǎn)速。調(diào)速電動機的轉(zhuǎn)差率表示為SK=SZ± (Ek1)/(E20) (3)式中SK-調(diào)速電機的轉(zhuǎn)差率。
SZ-自然運行的電機轉(zhuǎn)差率。
EK1-附加電勢中的調(diào)速分量。
E20-轉(zhuǎn)子開路電壓。
當(dāng)EK1與E20反相時，式3取加號，電機轉(zhuǎn)差率增大，轉(zhuǎn)速下降，稱為低同步調(diào)速。如EK2與E20同相，式3取減號，電機轉(zhuǎn)差率減小，電機轉(zhuǎn)速升高并超過同步轉(zhuǎn)速，稱為超同步調(diào)速。在本發(fā)明中，電子換向器只能提供與E20反相的附加電勢，因此只能實現(xiàn)低同步調(diào)速。
換向器式感應(yīng)電動機的技術(shù)關(guān)鍵在于如何產(chǎn)生與副繞組同頻率的附加電勢，這在經(jīng)典的三相換向器電動機中是由機械整流子實現(xiàn)的。本發(fā)明則是利用電力電子元件構(gòu)成靜止的換向器，完成轉(zhuǎn)子繞組與調(diào)節(jié)繞組電勢的頻率一致的任務(wù)。
如附圖1所示，轉(zhuǎn)子繞組Ⅱ與調(diào)節(jié)繞組Ⅲ分別經(jīng)整流器ZL和逆變器KL相聯(lián)，使兩繞組電勢以直流形式反向迭加，這樣，反映到轉(zhuǎn)子回路的附加電勢便與轉(zhuǎn)子電勢同頻，而且反相，從而起到換向器的作用。
如果忽略各種損耗，附加電勢的大小可表示為EK＝E3·COSβ (4)可見，改變逆變角β的大小，即可改變附加電勢之值，使電動機轉(zhuǎn)速獲得調(diào)節(jié)。
調(diào)節(jié)繞組向轉(zhuǎn)子繞組提供附加電勢的同時，吸收轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差功率，使調(diào)節(jié)繞組的有功功率為負，其值與轉(zhuǎn)差功率數(shù)值近似相等。這就使電動機向電網(wǎng)吸收的有功功率減少，具有恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速特性。當(dāng)電動機負載轉(zhuǎn)矩一定時，原繞組有功電流隨轉(zhuǎn)速正比變化，調(diào)速效率較高。
通過電動機的磁勢平衡分析，可得到附圖5的電動機向量圖。這里的可控硅逆變器采用滯后導(dǎo)通的控制方式，故調(diào)節(jié)繞組電流
′3滯后電勢
′3(180°-β)電角度，它將產(chǎn)生對電機去磁的無功分量，使電機的功率因數(shù)降低。
從根本上解決問題的辦法是采用GTO逆變器，通過強迫換流，使
′3位于第Ⅰ象限，超前
′3(180°-β)電角度，可使電機功率因數(shù)得到顯著的改善。因此，由附圖2或附圖3電動機本體，及由含有GTO逆變器的電子換向器，采用強迫換流的控制方式而構(gòu)成的逆變型無整流子三相換向器電動機，是本發(fā)明的最好型式。
本發(fā)明與現(xiàn)行的三相換向器電動機相比，具有無整流子換向的明顯優(yōu)點，無刷，無火花，克服了三相換向器電動機因換向困難而使每極對容量受到限制的缺點，尤適于制造大容量電機。
結(jié)構(gòu)上，除無機械整流子外，調(diào)節(jié)繞組及原繞組安裝在定子上，即采用整裝方式，使制造工藝簡化，同時，原繞組不經(jīng)滑環(huán)受電，適合制成高電壓電機。
本發(fā)明具有和三相換向器電動機相同的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速特性，操作簡單，易于實現(xiàn)自動化控制。
本發(fā)明與普通繞線式三相感應(yīng)電動機可以兼容。只要使調(diào)節(jié)繞組Ⅲ開路不用，即可作普通繞線電動機使用。
對比可控硅串級調(diào)速系統(tǒng)，本發(fā)明除具有無逆變變壓器的優(yōu)點以外，轉(zhuǎn)差功率不是返回電網(wǎng)，而是饋入電機本身的電磁系統(tǒng)。這樣，電動機本體的原繞組基本上不向電網(wǎng)吸收轉(zhuǎn)差功率，因此，調(diào)速效率比可控硅串級調(diào)速為高。同時，由于去掉了獨立的逆變變壓器，功率因數(shù)也有所改善。
權(quán)利要求
1.一種具有恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速特性的三相感應(yīng)電動機，其特征在于它是由三繞組的電動機本體和電子換向器及其控制裝置所組成。
2.按照權(quán)利要求
1所述的電動機本體其特征在于電動機定子上除原繞組之外，還裝有調(diào)節(jié)繞組，調(diào)節(jié)繞組作為原繞組的副邊與電子換向器中的有源逆變器相聯(lián)。
3.按照權(quán)利要求
2所述的調(diào)節(jié)繞組，其特征在于它與原繞組的結(jié)構(gòu)關(guān)系有兩種，一種是獨立的雙圈式，另一種是非獨立的自耦式。
專利摘要
在普通繞線式三相感應(yīng)電動機的基礎(chǔ)之上，于定子上加繞一個調(diào)節(jié)繞組III，該繞組具有和原繞組相同的繞向及繞組形式，并可按電機電源電壓的高低，與原繞組成雙圈式或自耦式。轉(zhuǎn)子繞組II與調(diào)節(jié)繞組III經(jīng)電子換向器相聯(lián)。改變電子換向器中有源逆變器的逆變角，可調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。本發(fā)明具有恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速特性，低同步速的平滑調(diào)速及較高的調(diào)速效率。
文檔編號H02K17/30GK85104845SQ85104845
公開日1987年1月7日 申請日期1985年4月27日
發(fā)明者屈維謙, 吳江 申請人:阜新礦務(wù)局設(shè)計處導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan