混极无级调速异步电机.pdf

本发明涉及一种无级调速异步电机，适用于电力拖动或变速恒频发电。
    目前主要有以下三种异步电机调速方法，即调频调速，串级调速和电磁离合器调速。调频和串级调速虽有良好的性能，但由于调速装置复杂，成本高昂而难以在中小容量的电力拖动中应用。电磁离合器调速虽价格已较前二种调速方法低廉，但效率较低，低速静差率大，过载能力小，并由于它是双机组合结构，体积较大，还需专用起动设备，成本仍然较高，不尽人意。

    本发明的目的旨在提供一种电机结构简单，调速装置简单，低速时静差率小，转矩过载能力大、体积小、成本低、效率高、起动性能好的无级调速异步电机。可用于电力拖动或变速恒频发电。

    发明是以如下方式实现的：在电机同一定子铁心槽内嵌置少极与多极二套绕组，该二套绕组按通电后旋转磁场方向一致的原则接于电源，并由交流调压器控制二套绕组间的电压分配，该交流调压器可以是普通的自耦调压器或是一般电子调压器。工作时，通过交流调压器改变二套绕组的电压分配，从而使转子转速随之发生变化，实现调速之目的。

    以下结合附图对本发明作进一步详细描述。

    图1是本发明一种原理结构图;

    图2是本发明另一种原理结构图;

    图3是本发明调速电机的转矩合成方法;

    图4是本发明电机的机械特性随二套绕组电压比变化的情况。

    参照图1，少极绕组A1、B1、C1与多极绕组A2、B2、C2均嵌置于同一定子铁心槽内，在图1所示具体结构中是将少极与多极二套绕组按通电后二者旋转磁场方向一致的原则相串联后再接于三相交流电源，在串联连接点S1，S2，S3处接交流调压器TYQ，这样二套绕组间串联点S1、S2、S3的电位由交流调压器控制，图中R表示电机转子。

    在图2所示结构中，嵌置于同一定子铁心槽内的少极绕组A1、B1、C1与多极绕组A2、B2、C2按通电后旋转磁场方向一致的原则分别经交流调压器TYQ1和TYQ2并接于三相交流电源上，这样少极与多极二套绕组的电压分配由交流调压器TYQ1和TYQ2控制，图中R表示电机转子。

    上述多极与少极二套绕组，其多极绕组与少极绕组的极数比最好不为奇数，（即最好为偶数或非整数），以便消除二套绕组间地互感，一般将多极绕组放在上层，少极绕组放在下层。电机的转子可以为笼形转子或实心转子。工作时，当电机绕组施加交流电后，二套绕组将产生不同极数的旋转磁势，若通过设计消除二套绕组间的互感，则可将该机看作二台同轴而有不同极数的等效异步电机。实际电机的转矩即为二台等效电机转矩的合成转矩，转矩合成方法如图3所示，图中曲线1和曲线2分别为按《电机学》中的方法求得的二个等效电机的机械特性，曲线3为由以上二条特性合成的电机的机械特性，合成后的电机机械特性的零转矩点n。处于少极与多极机械特性的零转矩点n01和n02之间。如二套绕组为串联接法，当调节交流调压器来改变二套绕组的电压分配时，必然有这样的结果，即当少极绕组上的电压升高时，多极绕组上的电压便降低。而当少极绕组电压降低时，多极绕组电压便升高，如二套绕组并接于电源，通过调节交流电压器，也能改变二绕组上的电压分配。于是当二套绕组的电压分配改变时，二等效电机转矩将随之发生变化，因而，合成后的电机转矩也将发生变化，合成后的电机机械特性随二套绕组电压比ku＝u1/u2变化而变化的情况见图4示，（u1和u2分别为少极和多极绕组上的电压），其中ku1＞ku2＞ku3，该特性的变化规律是：（1）ku减小，零转矩点n0随之降低，（2）ku减小时，可做到最大转矩基本不变或略有提高，（3）ku减小时，曲线变得平滑，硬度提高。图中ML为恒转矩负载线，n1，n2，n3为不同ku值时的稳定转速，由图可见，转速随ku的减小而减小，只要ku均匀连续变化，转速也就均匀连续的变化，这就实现了无级连续调速之目的。本发明可以制成内转子，也可制成外转子结构。本发明电机不仅可广泛应用于中小电力拖动中作为无级调速电动机及用于风机，水泵，油泵等传动，且根据电机的可逆原理，还可使本发明电机运行于机械特性的第二象限，而成为一种取消了发电系统中调速装置的变速恒频发电机。

    综上所述，发明的调速电机其调速装置简单，仅需普通自耦调压器或一般电子调压器作为调速装置，且为单机结构，显比双机组合的电磁离合器结构简单轻巧、体积小，故成本比普通调速方法低廉，如一台定子外径175mm，恒转矩调速ML＝1公斤米，极数比为4/16，转速范围为1250～350rpm，包括电压调节控制器在内成本约800元，由于本发明电机具有较小的静差率，所以在低速时，其转矩过载能力大，该机效率也明显高于二级能量损失的电磁离合器，此外，本发明尚有以下优点，一是起动时只要将调压器放置于中速运行位置，即可限制起动电流，并具有较大起动转矩，不必采用专门的起动设备;一是在调压器损坏时，电机仍有几种不同速度。