本发明专利技术一般涉及电荷存储装置在感应电机的转子中的用途。最佳感应电机转子电场需求随旋转速度增加但与频率相反。使用伪电容和其它反向频率电容调整方法以满足该需要并由此提高感应电机转子性能参数。电抗的优化是改进旋转感应电机中的功率传递、扭矩、效率、稳定性、热力学、振动、热力学和轴承寿命的基础。这里概述了ＬＣ转子方法和设计以实现这些目标。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及转子中的电荷存储装置的用途。特别地，本专利技术 涉及用于改进的频率响应的感应电机转子中的诸如电容器的电荷存储 装置。
技术介绍
电能转换为有用功消耗大量的电力。因此提高它们的能量转换机 制的操作参数具有很大的优点。转子是电磁能转换为有用旋转功中的 电负载的终点。迄今，转子的频率响应面临很大的挑战和困难。AC频率大多数AC电力产生、传输和分配电网(grid)在50 或60赫兹的固定基频下工作。其它基频在使用中，例如25和400赫 兹。各区域一般被同步化和锁相到选择的基频。DC产生、传输和异 步联系(tie)被用于在这些区域之间转移电力。在希望在特定的位置 或应用中使用其它频率或可变频率时，频率转换器或可调频率装置付 诸使用。电动发电机组和电力电子频率转换器以及可调速驱动器是通 常可用的具有这些能力的产品。谐频失真谐频或分谐频常被叠加在基频上。对于60赫兹基频的 情况，第二、第三和第四谐频是120、 180和240Hz。麻烦的频率包括 第五谐频和诸如第三、第九和第十五谐频的三重谐频。分谐频包括1/2(30Hz)和1/3 (20Hz)分谐频。存在显著性水平的分谐频和谐频， 特别是在这些频率上存在共振，可对电网和连接的设备造成很大的困 难。许多电源和负载产生谐频或分谐频失真或对它们敏感。频率响应电气部件和系统一般响应频率变化而在功能、行为和 特性上改变。这些性能的变化一般以频率响应曲线的形式被制图。电 气部件和系统的成分可常常改变，以使它们的频率响应最小化、最大 化、线性化或平坦化。给定材料或系统的频率响应是常规的工程设计 考虑。放大器、扬声器、可调频率装置以及许多其它电气装置和系统 的电气设计主要关注系统频率响应。各种复杂数学的、启发式的和电 路模型被使用，以解释部件、子系统和系统的与频率有关的性能变化。 由于谐频、分谐频和杂散共振等的存在，因此，即使在诸如电力网的 固定频率系统和装置中，频率响应也是重要的考虑。存在材料、设计、 处理和实施以选择、改变和调谐频率响应。电容器电容器是公知的在电场中存储电能的基本电路元件。普 通的电容器类型，平板电容器由被电绝缘体或介电材料分开的两个电 导体构成。如下面称为平板电容公式的式1所示，平板型电容器的 电容一般在数学上由板的表面积(A)、隔开板的距离(D)和电介质 的电性能(E)模型化。存在两种通用化的电容器技术，非极化和极 化。存在公知的用于互换使用极化和非极化电容器的机制和方法。几 种普通的非极化电容器技术包括牛皮纸、油填充并金属化的膜。几种 普通的极化电容器技术包括电解质、钽、超级电容器(super capacitor)、超电容器(ultra capacitor)和双层电容器。电力乾在电容 器和电容电路中导致电压。式1:平板电容7^式EA负载上的电容器并联电容器主要作为电流源工作。串联电容器 主要用作电压源。因此，可以为各种电路需要配置混合电容器拓朴结 构。通常认为，在电负载点上或其附近定位串联、关联和混合电容器 的AC电气系统获得显著的益处。这些电容器的益处常趋于随距负载的距离减小。可变电容器简单的电容改变方法是通过以并联的方式添加附加 电容器(增加)和以串联的方式添加以减小电容。从式l可清楚地看 出，存在几种可改变电容的机制。无线电设备上的射频调谐器一般是通过移动平行板电容器导体表面的阵列到更大或更小的对准程度和交 迭部分工作的可变电容器。这种机制改变式1的表面积(A)参数。也可通过改变板分开距离(D)改变电容。存在用于改变介电参数的 各种附加机制，例如，在带空气间隙的一组平板的两块板之间插入高 介电常数(E)板。极化电容器中的电容也随电解质温度显著改变。伪电容(pseudo capacitance):某些电容器的电容随频率增加显 著降低。也可以这样说，这些电容器实现的电容响应频率的降低显著 增加。这种现象有时被称为伪电容。在图1中示出这种装置中的电容 与频率关系的通用图，称为伪电容。伪电容在诸如双层电容器、超级 电容器、超电容器、钽电容器、铌电容器和电解质电容器的极化电容 器中极其明显。这些装置的电容在DC上或在DC附近被最大化。由 于电引线电感(electrical lead inductance )，因此在更高的频率下出 现类似的现象。虽然所有的极化电荷存储装置的通用化的电容频率响 应曲线形状相似，但诸如电阻的其它电气参数的频率响应的变化大大 不同。频率、电容和电阻的关系有时称为耗散因数曲线。这些电容器表现出主导的电气参数是电阻的自共振频率。在该频 率之上，它们的电路行为本质上算是感应的。这种现象在一些情况下 可以被表征为用于电荷存储和释放的松驰时间。伪电容的各种机制已 在文献中被确定，包括吸收和氧化还原伪电容。这些装置中的电容也 随电解质温度改变。各极化电容器技术具有已知的频率响应。频率响 应一般将包括电容、电感和电阻数学模型参数的变化。这些技术的电 阻参数也随温度显著变化。可以使用并联的一组不同频率特性的电容 器，以合成希望的总频率响应。这种设计技术称为打磨(polishing)。电感器电感器的电感和结构同样是电磁学科内的得到深入研究 的领域。电感器在磁场中存储能量。扼流圏(choke)、变压器、电磁体、马达和发电机是电感器的普通例子。电感器之所以这样命名是基 于可以通过各种已知的手段在这些装置中在某一距离上感应电磁信号和力的性能。磁感应一般在数学上作为频率、材料和距离的函数被计 算。在存在诸如铁、镍和钴的铁磁材料时，感应被大大放大。在电磁 设计中例行使用这些材料和许多其它感应增强材料的合金。电感器的 电气特性在数学上一般由滞后和损失曲线模型化。在电感器和电感电 路中电流滞后于电压。滞后和饱和在规定的频率和温度下工作的》兹路元件和电感电路 中的AC电压和电流之间的关系是一般由滞后曲线描述的复杂函数。 这些曲线在本领域中是公知的。典型的滞后曲线较为复杂，但一般通 过线性区、软饱和区和饱和区被模型化。电感器和电容器的频率响应电感器和电容器表现出依赖于频率 的行为。例如，电感器的能量存储和电感耦合能力随频率增加而增加。 为了将60赫兹变压器和马达转换为50赫兹服务结构，要求电感器质 量增加约25% 。电感器在DC应用中是短路并且在高频下将接近开路。 电容器相反在DC中是开路，并且在高频下将接近电短路。电抗在数学上使选择频率上的电感器和电容器的电路行为相关 联的电气参数是术语电抗。电抗以类似于电阻的方式使AC电压与电 流相关。容抗和感抗可相互4氐消，从而只留下电路电阻〗吏AC电压和 AC电流相关。电抗依赖于频率。因此，感抗趋于随频率增加而增加， 而容抗一般随频率增加而降低。在下式2中以商的形式给出容抗，该 商包含分子1和由90度相量偏移函数(phasor shifting function )( J )、式2: 容抗JWC如下式3给出的那样，感抗由相同的JW函数乘以电感器的电感 (L)给出。从这些等式可很清楚地看出，理想电感器和理想电容器 的电路频率响应完全相反。实际电气部件的确切电路行为当然比这些 数学模型近似复杂一些。式3:感抗XL = JWL功率因数功率因数是用于模型化AC电路的经典数学工具。功 率因数可用于使AC电压、本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种改进的感应电机转子，具有至少一个转子绕组，所述感应电机转子包括：至少一个与所述至少一个转子绕组耦合的电荷存储装置。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-5-18 60/571,975;US 2005-5-12 11/127,7811. 一种改进的感应电机转子，具有至少一个转子绕组，所述感应电机转子包括至少一个与所述至少一个转子绕组耦合的电荷存储装置。2. 根据权利要求1的感应电机转子，其中，电荷存储装置是非极 化电容器。3. 根据权利要求2的感应电机转子，其中，所述电容器是平板电容器。4. 根据权利要求2的感应电机转子，其中，所述电容器是绕线电容器。5. 根据权利要求2的感应电机转子，其中，所述电容器是圆筒电 容器。6. 根据权利要求2的感应电机转子，其中，所述电容器是线性电 容器。7. 根据权利要求l的感应电机转子，其中，电荷存储装置是量子 电荷存储装置。8. 根据权利要求1的感应电机转子，其中，电荷存储装置是纳米 量级存储装置。9. 根据权利要求1的感应电机转子，其中，电荷存储装置具有增 强的表面积。10. 根据权利要求1的感应电机转子，其中，电荷存储装置是极 化电容器。11. 根据权利要求10的感应电机转子，其中，极化电容器是以下 电容器中的一种电解质电容器、铝电容器、钽电容器、铌电容器、 铷电容器、钛电容器、超级电容器、超电容器、混合电容器、双层电 容器、阀金属电容器、量子电容器或纳米量级电容器。12. 根据权利要求1的感应电机转子，其中，电荷存储装置是非 对称电容器。13. 根据权利要求1的感应电机转子，其中，电荷存储装置是对 称电容器。14. 根据权利要求1的感应电机转子，其中，电荷存储装置是电 化学电池。15. 根据权利要求1的感应电机转子，其中，电荷存储装置是极 化电荷存储装置的加偏压反串联组件。16. 根据权利要求1~15中的任一项的感应电机转子，其中，电 荷存储装置是可调或可变电荷存储装置。17. 根据权利要求1~15中的任一项的感应电机转子，其中，电 荷存储装置是伪电容电荷存储装置。18. 根据权利要求1~15中的任一项的感应电机转子，其中，电 荷存储装置可通过表面积变化被调节。19. 根据权利要求1~15中的任一项的感应电机转子，其中，电 荷存储装置可通过分开距离变化被调节。20. 根据权利要求1~15中的任一项的感应电机转子，其中，电 荷存储装置可通过介电常数变化被调节。21. 根据权利要求1~15中的任一项的感应电机转子，其中，电 荷存储装置可通过电解质变化被调节。22. 根据权利要求1~15中的任一项的感应电机转子，其中，电 荷存储装置可通过温度变化被调节。23. 根据权利要求1~15中的任一项的感应电机转子，其中，电 荷存储装置可通过松驰周期变化被调节。24. 根据权利要求1~15中的任一项的感应电...
【专利技术属性】
技术研发人员：小威廉B达夫，
申请(专利权)人：小威廉B达夫，
类型：发明
国别省市：US[]
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