变极调速时不需切断电源的单绕组双速电动机制造技术

一种变极调速时不需切断电源的单绕组双速电动机，其定子变极绕组由接在三角形部分的基本绕组和串联星形部分的调整绕组组成。本实用新型专利技术在调速过程中不需切断三相电源，只需控制一只三相开关的通或断来实现变速切换，可解决电动机起动及从低速切换到高速时过大的电流冲击等技术难题，且其所用开关少、成本低、性能好、可靠性高，特别适于用作刮板输送机、塔吊、电动葫芦等各种起重运输机械及风机等调速的远、近极比的双速电机。（*该技术在2005年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本技术属交流电动机调速
，是对三相单绕组双速笼型电动机及其变极绕组的创新，电动机从低速到高速的调速过程中不需切断三相电源而仅用一只三相开关的合闸即可实现，可解决这类笼型电动机起动、变速时过大的电流冲击等技术难题，可大幅度降低电动机及其起动、调速设备的成本且运行可靠性高，适于制成远速比及近速比的常用极数比的单绕组双速电动机，特别适用于制造用于电动葫芦、刮板输送机、塔吊、起重冶金机械等各种起重运输机械及风机、球磨机等配套的电动机。国内外目前生产的单绕组双速电动机中的变极绕组近十年来得到了较大的改进，与本专利技术相关的现有技术中值得提出的是主要用于电梯电动机的中国专利技术专利(申请号为91106623.3和91106624.1)，它对变极绕组的改进在于使基波绕组系数有所提高、磁势谐波含量有所下降，其缺点是对于需频繁起动和频繁地进行变速切换的交流电梯等应用场合的双速电动机而言，每次变速都得先切断三相电源且所需变速切换开关太多(不包括电动机反转就需五只或三只接触器)，同时其控制线路和设备也相应地较为复杂、势必影响其长期运行的可靠性及普遍推广应用的价值。本专利技术的目的是要克服现有双速笼型电动机的缺点、发展新的变极切换方式的三相单绕组双速笼型电动机系列产品，其变速切换仅需一只三相开关、操作简单、可靠、调速过程中不需切断三相电源，其变极绕组有较高的基波绕组系数、较低的磁势谐波含量、双速下较合理的气隙磁密比。本专利技术用于锥形转子的2/8、4/10、4/16极等双速电动葫芦的直接目的是，取代目前已在双速电动葫芦生产中普遍采用的锥形转子的双电机双速或单电机双绕组双速电动机，在大幅度降低这种电动葫芦的体积、重量和制造成本的同时解决后者从低速切换到高速或从高速切换到低速的过程中需断开三相电源让锥形转子起“刹车”作用、电动机转速降至零后再重新进行起动所引起过大的电流冲击等技术难题；本专利技术用于煤矿井下的刮板输送机的直接目的是，用本专利技术的4/10极单绕组双速电动机取代目前已在刮板输送机生产中普遍采用的4/8极双绕组双速电动机，解决后者从低速切换到高速的过程中需切断三相电源所引起的影响电动机运行可靠性等使其在井下寿命短、损坏严重的技术难题；本专利技术用于离心式风机的目的是，在实现风机调速节电时做到低速起动电流小、变速切换安全可靠；本专利技术用于恒功率宽调速异步电机系统如机床主轴电动机的变频调速与变极调速相结合的调速系统的目的是，取代不能在运行中实现转速切换的齿轮箱、实现电动机在运行中变极切换时无过大的电流冲击。本专利技术是通过如下单绕组双速笼型电动机中的新型变极绕组的切换来实现的。变极绕组的绕组结构和变极切换的示意图如附图1所示，它由六个线圈组A1、B2、C1、A2、B1、C2依次串联起来呈闭合三角形状的基本绕组(闭合三角形有三个顶点和另三个连接点)和由另六个线圈组a1、b2、c1、a2、b1、c2组成的调整绕组共同组成，其高、低速分别为2p1、2p2极，有六根引出线D1L、D2L、D3L、D1H、D2H、D3H，其相互连接关系为在基本绕组的闭合三角形的三个顶点与三根引出线D1L、D2L、D3L之间分别接入调整绕组的三个线圈组a1、b1、c1；调整绕组的另三个线圈组a2、b2、c2则分别接入另三根引出线D1H、D2H、D3H与基本绕组的另三个连接点之间。其关键特征是当三相开关K1合闸接通三相电源时呈一路Y-Δ串联接法、电动机的基波旋转磁场为2p2极运行于低速；电动机从低速状态变极切换到高速状态运行时不需切断电源即三相开关K1不断开而只需将另一只三相开关K2合闸，即将引出线中的D1H和D1L、D2H和D2L、D3H和D3L分别接通，这时绕组呈二路Y-Δ串联接法、电动机的基波旋转磁场为2p1极运行于高速，2p1极和2p2极下基波旋转磁场的旋转方向相同。变极绕组在2p1极、2p2极下的电路及各相线圈组中的电流方向分别如附图2a)、b)所示，从该图中可以看出基本绕组中六个线圈组在2p1极、2p2极中的相属及电流方向(用实线、虚线箭头分别表示2p1极、2p2极各相绕组中的电流方向)均已改变并已列于表1；调整绕组中的a1、b1、c1在2p1、2P2极下的相属及电流方向均不改变，但线圈组a2、b2、c2在2p1极下分别与a1、b1、c1并联而在2p2极下则没有电流通过。表1 下面通过具体例子对本专利技术作进一步说明。例子之一为定子槽数Z1＝36槽、4/10极的新切换方式的变极绕组如附图3所示，其基本绕组中的线圈组A1、A2、B1、B2、C1、C2及调整绕组中的线圈组a1、a2、b1、b2、c1、c2分别由表2所列各线圈组成。附图3和表2中的线圈号为该线圈的上层边所在槽的槽号，线圈的正、负号以高速下为准正号表示该线圈的电流由首端进、末端出；负号则相反，表示该线圈的电流由末端进、首端出。低速下因基本绕组中各线圈的电流方向恰与高速下相反，所以其线圈的正、负号也恰与高速时相反，这已反映在附图4a)、b)所分别画出的4极、10极的各相磁势矢量图中(也已反映在表1的线圈组的正、负号中)。从附图3和附图4a)、b)可以看出变极绕组在三相电源的相序相同时其高、低速即4极、10极下基波旋转磁势的旋转方向皆为逆时针(同转向)；在高、低速下每相串联星形部分绕组的磁势与三角形部分绕组的磁势之间有30°电角度的相位差；调整绕组所占的线圈数较少、为总线圈数的33.3％，用于调整双速下的气隙磁密比、提高基波分布系数和降低磁势谐波含量；调整绕组中的电流有效值为基本绕组的 倍，因此调整绕组与基本绕组的线圈匝数比接近于1∶ 而其导线截面积之比接近于 ∶1，以保持每个线圈中有基本相同的电流密度及每槽槽满率基本相同；4极、10极下绕组基波分布系数较高，分别为0.93、0.848，用线圈节距y＝11槽的双层叠式绕组的4极、10极绕组系数分别为0.874、0.845，10极下的气隙磁密稍高于4极、其比值较合理(Bg10/Bg4≈1.1)，可使电动机低速下有较高的起动转矩值而高速下又有较高的运行效率和功率因数。本具体例子中4/10极新切换方式的变极绕组采用的定子槽数Z1＝36，当4/10极双速电动机容量小时可采用Z1＝24槽、容量大时可采用Z1＝48槽、Z1＝60槽、Z1＝72槽等，绕组结构仍如附图1所示，但其基本绕组中的各线圈组A1、A2、B1、B2、C1、C2和调整绕组中的各线圈组a1、a2、b1、b2、c1、c2将由不同号码的线圈所组成。表2 本专利技术的例子之二为定子槽数Z1＝48槽、4/16极新切换方式的变极绕组(绕制成单层绕组的技术方案)如附图5所示，其基本绕组中的线圈组A1、A2、B1、B2、C1、C2及调整绕组中的线圈组a1、a2、b1、b2、c1、c2分别由表3所列各线圈边组成，附图5和表3中的线圈边号的正、负号仍以高速下为准。本方案调整绕组的线圈数为总线圈数的25％；线圈节距y＝9的链式单层绕组，4极、16极下的基波绕组系数分别为0.73、0.885，16极下的气隙磁密略高于4极、其比值较合理(Bg16/Bg4≈1.3)，这对驱动电动葫芦等的双速电动机保证低速档有足够大的起动转矩值是合理的。表3 本技术的实施例是在国产的Y160L-8、7.5KW单速电机基础上改型设计本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变极调速时不需切断电源的单绕组双速电动机，包括有定子和转子，其特征在于定子变极绕组由接在三角形部分的基本绕组［Ａ↓［１］、Ａ↓［２］、Ｂ↓［１］、Ｂ↓［２］、Ｃ↓［１］、Ｃ↓［２］］和串联星形部分的调整绕组［ａ↓［１］、ａ↓［２］、ｂ↓［１］、ｂ↓［２］、ｃ↓［１］、ｃ↓［２］］组成，有六根引出线［Ｄ↓［１Ｌ］、Ｄ↓［２Ｌ］、Ｄ↓［３Ｌ］、Ｄ↓［１Ｈ］、Ｄ↓［２Ｈ］、Ｄ↓［３Ｈ］］，其中的引出线［Ｄ↓［１Ｌ］、Ｄ↓［２Ｌ］、Ｄ↓［３Ｌ］］与三相开关Ｋ↓［１］连接可接通三相电源、引出线［Ｄ↓［１Ｈ］、Ｄ↓［２Ｈ］、Ｄ↓［３Ｈ］］与三相开关Ｋ↓［２］连接可分别接通引出线［Ｄ↓［１Ｌ］、Ｄ↓［２Ｌ］、Ｄ↓［３Ｌ］］。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：张城生，陈雪华，杨杰，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：实用新型
国别省市：81[中国|广州]