增强型反向绕组感应电动机设计、系统和方法技术方案

提出了可以使用实现长期、操作稳定的机械操作的校正设备的增强型网络功率因数校正设计。实施例可以利用具有用于系统中的反向绕组(13)的可工程化参数和配置的反向绕组感应电动机设计，设计通过以下方法实现：感应电动机(1)可以提供超前电压的电流以及超前功率因数(16)，以校正初始网络(9)中的其它现有感应电动机(8)，或者针对特定应用进行优化。设计还提供了一种功率因数校正，其可以在不改变电气校正分量的特性或物理电容值的情况下提供可变校正。可以提供具有超前电流和超前功率因数(16)的各个感应电动机，以改进反向绕组感应电动机。渐进式启动控制(23)也可以以这样的方式使用：即，将浪涌电流限制到具有无功电流建立控制的操作水平，其中，可以使用反向绕组(13)效应，并且甚至可以被延迟到无源地限制电流减小甚至实现电流减小，同时在初始启动转换之后继续旋转加速。继续旋转加速。继续旋转加速。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】增强型反向绕组感应电动机设计、系统和方法


[0001]本专利涉及感应电动机的设计、系统和方法。其特别适用于一类独特的感应电动机，即反向绕组感应电动机。这些电动机展现了独特的设计，提供了高效率和非常好的功率因数。本专利为这种电动机和其它感应电动机提供了增强型设计，并且公开了扩展这种独特类型的感应电动机以及其它感应电动机的适用性以获得附加益处的系统和方法。

技术介绍

[0002]感应电动机，有时称为异步电动机，在100年前首先由尼古拉
·
特斯拉(Nikola Tesla)专利技术。尽管最初是经由高度直观的基础而专利技术的，但是在随后的世纪内，其操作已经在理论上和数学上都达到了一定程度的共识。已经对感应电动机作出了改进并且已经改善了其设计，感应电动机在我们的社会中几乎普遍存在。在2003年，本专利技术人创立了一种独特类型的感应电动机，即反向绕组感应电动机。如在此引入作为参考的美国专利7034426和美国专利7227288中所解释的，这种类型的感应电动机包括主绕组或正向绕组以及次绕组或反向绕组。有趣的是，如同特斯拉自己的感应电动机的高度直观的原始专利技术一样，这些类型的电动机也是通过对感应电动机的高度直观的理解来开发的。理论和数学基础在那时不是本专利技术的主要基础。结果，这种特定类型的感应电动机对于较狭隘的工程师而言具有通常难以理解和难以接受的优点和结果。虽然那些原始的反向绕组感应电动机提供了不寻常的高功率因数和在隔离方面毫无疑问的优点，但是看来其普遍接受性并不与其所提供的商业优点相称。
[0003]并且，与更常规的感应电动机一样，开发仍然在继续，并且已经实现了许多甚至更引人瞩目的优点和设计。这些优点克服了通常单独使用感应电动机以及在组合负荷网络中使用感应电动机的问题。并且，令人惊讶地甚至出人意料地，即使自从2000年早期的原始专利技术以来，反向绕组感应电动机类别已为人所知，但现在发现，通过适当选择参数和(对于一些实施例)修正的绕组技术，先前被认为是不合需要的反向绕组感应电动机的参数和技术现在可以实现在根本上不同和有利的操作特性。这些新的优点提供了现在可以特别地利用这种独特类型的感应电动机来实现(尽管也可能在其它场合实现)的特定操作机会。本公开表明，即使来自反向绕组感应电动机的原始专利技术的教导和理解也可以被改进并且现在已经被改进。同样，从直观的理解中，这些进步已经像特斯拉的原始专利技术那样发生。也许也像特斯拉的原始专利技术在一个世纪前一样，这些进步对于较狭隘的受训者可能是更具挑战性的，但是它们仍然作为实践制定的实际简化而存在。
[0004]因此，本专利技术可以理解为不仅提供出乎意料的优点，而且甚至可以与一般感应电动机的普遍考量和期望相反地操作。具体地说，尽管公众广泛地接受，感应电动机是感应的，正如其名字所暗示的，并因此展现关于电压的滞后电流，但是本专利技术和新发现的反向绕组感应电动机设计表明，即使被时间所接受的真理也不总是真实的，并且存在甚至能够克服这种看起来不可改变的规则或看起来无可辩驳的范例的独特设计(本文公开了其中的很多)。
[0005]因此，本专利技术提供了独特的感应电动机设计和这些设计的独特用途，以及这些设计在隔离以及与其它负荷特别是与其它感应电动机负荷相结合方面的独特操作优点。本专利技术还提供了这些设计的独特用途和这些设计在隔离以及与其它负荷尤其是与其它感应电动机负荷相结合方面的独特操作优点。

技术实现思路

[0006]因此，本专利公开了多种新的设计、系统和方法，这些设计、系统和方法针对反向绕组感应电动机以及其它情况提供了优点。它提出了能够以比先前实现的方式更有利的方式提供功率因数和其它校正的设计和组合。例如，现在可以实现这样的设计，即，提供一种感应电动机，该感应电动机在其不展现滞后功率因数的意义上甚至不是感应的。乍一看这显得违反直觉，因为感应电动机中的词语“感应”表示或至少建议感应器必须是感应的，而本专利技术示出了存在设计感应电动机的方式，致使得单独的电动机不是感应的。而且，尽管这可能与受阻于狭隘训练相符合，但事实的真相是，本专利技术包括已经示出了以这种方式实际起作用的设计。因此，本专利技术的实施例的一个目的是提供在展现与电压相比的滞后电流的意义上更少感应(如果不是完全不感应的话)的感应电动机。
[0007]本专利技术的另一个目的是提出能够校正现有网络或连接的负面特性的设计。根据该目标，本专利技术的目的是提供一种电动机，其通过包括新元件来实际校正网络的功率因数。这些元件本身可以做功。因此，本专利技术的另一个目的是提供这样的设计，其能够不仅通过使用无源元件，而且通过提供能够在实现期望的校正的同时实际完成操作的设备，来实现对网络的校正，例如功率因数校正。并且为了进一步符合该目的，目标是提供一种以长期操作方式完成操作而不过热或具有不良实际特性的装置。
[0008]本专利技术的另一个目的是提供在不调整校正中所涉及的特定电气元件的情况下可变地校正的元件。因此，本专利技术的一个目标是在不需要改变特定校正元件的情况下实现适当的校正程度。
[0009]本专利技术的实施例的一个方面和目标是允许形成增强型功率因数网络的设备和组合，其中增加做功的设备(通常被认为是感应的)实际上可以减小网络的感应特性。
[0010]如上所述，本专利技术的一个目的是提供具有增强型操作特性的各个设备。为了实现该目的，本专利技术的实施例提出了新的感应电动机设计和新的反向绕组感应电动机设计，不仅可以实现上述特性，而且可以单独地提供增强特性的感应电动机。为了实现该目的，目标可以包括提供不仅具有高功率因数而且还可以提供与电压相比超前的电流的单独电动机。在这一点上，本专利技术的目的是提出这样的实施例，即(然而，对于受狭隘训练的人而言，它可能乍一看是反直觉的和难以置信的)提供一种感应电动机，该感应电动机展现与电压相比超前的电流，并且从这一角度甚至可以被认为是展现负的无功功率。
[0011]本专利技术的另一个目的是提供能够实现非常有利的启动过程和特性的设计和操作过程。为了实现该目的，一个目标可以是提供不仅相对于现有设计得到增强，而且可以比现有设计的控制复杂度更小和更容易实现的低浪涌电流、软启动能力。
[0012]当然，本专利技术的其它目的和目标公开于全文、各条款和权利要求书中。
附图说明
[0013]图1示出了根据本专利技术一些实施例的代表性电动机的剖视图。
[0014]图2是感应电动机集合的初始和增强网络的示意图。
[0015]图3示出了在封闭电动机的定子部分中具有相邻的正向和反向绕组的代表性设计。
[0016]图4示出了根据本专利技术一个实施例的传统和改进设计的电压和电流的极坐标图。
[0017]图5是在传统的和改进的启动操作期间的电流和电压的曲线图。
[0018]图6是对理解本专利技术的实施例有用的一组工业标准的摘录。
具体实施方式
[0019]如前所述，本专利提出了多个专利技术方面，它们可以以不同的方式组合或者可以通过与其它方面的组合来具备创造性。提供以下描述以列出各元件并描述本专利技术的一些实施例。这些元件与初始实施例一起列出，然而，应当本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】为了减轻审查负担，申请人提出了不放弃稍后提出附加条款或其他权利要求的任何权利的用于初始审查和专利权的以下权利要求。1.一种建立有效供电电气设备的网络的方法，包括以下步骤：提供至少一个电动机；电连接到所述至少一个电动机，其中到所述至少一个电动机的连接能够展现具有初始感应功率因数条件的初始电气网络的特性，所述初始感应功率因数条件具有初始感应分量；提供至少一个正向和反向绕组电动机，包括：至少一个正向绕组，其建立正向绕组磁通量空间；至少一个相反方向的反向绕组，其建立反向绕组磁通量空间，其中所述正向反向绕组磁通量空间和所述反向绕组磁通量空间至少在一定程度上相交，并且其中所述至少一个正向绕组具有所述至少一个相反方向的反向绕组的至少大约3倍的绕组匝数；以及电容器，其与所述至少一个相反方向的反向绕组中的每一个串联连接，其中，所述电容器具有以微法为单位的电容值，所述电容值大约为：从大约1.32到大约1.5乘以至少一个附加电动机的以安培为单位的工作标称电动机电流，乘以所述至少一个附加电动机的以伏特为单位的RMS施加电压的平方，除以所述至少一个附加电动机的以伏特为单位的RMS额定最佳工作电动机电压的平方，上述结果乘以所述至少一个附加电动机的用于所述RMS额定最佳工作电动机电压的以安培为单位的额定满负荷电动机电流；将所述至少一个附加电动机与所述初始电气网络电连接，其中所述至少一个附加电动机与所述初始电气网络的连接能够展现经校正感应功率因数条件的特性；以及通过所述至少一个正向和反向绕组电动机将所述初始感应分量可变地校正到至少一定程度并且不改变有助于变更所述校正的电气校正分量的特性，同时通过所述至少一个正向和反向绕组电动机实现至少一些机械功。2.根据权利要求1所述的建立有效供电电气设备的网络的方法，其中，所述至少一个正向和反向绕组电动机包括芯，所述芯的尺寸适合当前工业协会标准所制定尺寸的高于额定马力电动机的标准。3.根据权利要求1所述的建立有效供电电气设备的网络的方法，还包括以下步骤：将所述至少一个正向和反向绕组电动机封装在当前工业协会标准所制定尺寸的用于额定马力的电动机外壳中，并且其中，提供所述至少一个正向和反向绕组电动机的步骤包括以下步骤：利用正向绕组与反向绕组比来提供所述至少一个正向和反向绕组电动机，所述正向绕组与反向绕组比被选择为适合所述当前工业协会标准所制定尺寸的用于额定马力的电动机外壳。4.根据权利要求1所述的建立有效供电电气设备的网络的方法，还包括以下步骤：将所述至少一个正向和反向绕组电动机封装在当前工业协会标准所制定尺寸的用于所述电动机的额定马力的电动机外壳中，并且其中，提供所述至少一个正向和反向绕组电动机的步骤包括以下步骤：利用正向绕组与反向绕组导线横截面积比来提供所述至少一个正向和反向绕组电动机，所述正向绕组与反向绕组导线横截面积比的大小被设定为适合所述当前工业协会标准所制定尺寸的用于所述电动机的额定马力的电动机外壳。5.根据权利要求1所述的建立有效供电电气设备的网络的方法，其中，提供所述至少一
个正向和反向绕组电动机的步骤包括提供至少一个产生转矩的电动机的步骤。6.根据权利要求1所述的建立有效供电电气设备的网络的方法，其中，提供所述至少一个正向和反向绕组电动机的步骤包括提供在基本满负荷操作中不易于过热的至少一个正向和反向绕组电动机的步骤。7.根据权利要求1所述的建立有效供电电气设备的网络的方法，其中，提供所述至少一个正向和反向绕组电动机的步骤包括提供能够长期操作的至少一个正向和反向绕组电动机的步骤。8.根据权利要求1所述的建立有效供电电气设备的网络的方法，其中，通过所述至少一个正向和反向绕组电动机将所述初始感应分量可变地校正到至少一定程度并且不改变有助于变更所述校正的电气校正分量的特性，同时通过所述至少一个正向和反向绕组电动机实现至少一些机械功的步骤包括利用所述至少一个正向和反向绕组电动机中的超过额定功率的芯的步骤。9.根据权利要求1所述的提供有效供电电气设备的方法，其中所述至少一个正向和反向绕组电动机包括感应电动机，所述感应电动机与选自以下的电压相比展现电流滞后角：在0％的最大额定负荷下，与电压相比不大于80度的电流滞后角；在15％的最大额定负荷下，与电压相比不大于60度的电流滞后角；在25％的最大额定负荷下，与电压相比不大于45度的电流滞后角；在50％的最大额定负荷下，与电压相比不大于30度的电流滞后角；在75％的最大额定负荷下，与电压相比不大于30度的电流滞后角；以及在100％的最大额定负荷下，与电压相比不大于30度的电流滞后角。10.根据权利要求1所述的建立有效供电电气设备的网络的方法，其中所述至少一个正向和反向绕组电动机包括感应电动机，所述感应电动机与选自以下的电压相比展现电流超前角：在0％的最大额定负荷下，与电压相比的电流超前角；在25％的最大额定负荷下，与电压相比的电流超前角；在50％的最大额定负荷下，与电压相比的电流超前角；在75％的最大额定负荷下，与电压相比的电流超前角；在90％的最大额定负荷下，与电压相比的电流超前角；在95％的最大额定负荷下，与电压相比的电流超前角；以及在100％的最大额定负荷下，与电压相比的电流超前角。11.一种建立有效供电电气设备的网络的方法，包括以下步骤：提供至少一个电动机；电连接到所述至少一个电动机，其中到所述至少一个电动机的连接能够展现具有初始感应功率因数条件的初始电气网络的特性，所述初始感应功率因数条件具有初始感应分量；提供至少一个正向和反向绕组电动机；将所述至少一个正向和反向绕组电动机与所述初始电气网络电连接，其中所述至少一个正向和反向绕组电动机与所述初始电气网络的连接能够展现经校正感应功率因数条件的特性；以及
通过所述至少一个正向和反向绕组电动机将所述初始感应分量校正到至少一定程度。12.根据权利要求11所述的建立有效供电电气设备的网络的方法，其中，所述至少一个正向绕组和所述至少一个反向绕组包括相反方向的绕组，并且其中，所述至少一个正向绕组具有所述至少一个反向绕组的至少大约5倍的绕组匝数。13.根据权利要求11所述的建立有效供电电气设备的网络的方法，其中，所述至少一个正向绕组和所述至少一个反向绕组包括相反方向的绕组，并且其中，所述至少一个正向绕组具有所述至少一个反向绕组的至少大约2.5倍的绕组匝数。14.根据权利要求11所述的建立有效供电电气设备的网络的方法，其中，所述至少一个正向绕组和所述至少一个反向绕组包括相反方向的绕组，并且其中，所述至少一个正向绕组具有所述至少一个反向绕组的至少2倍以上的绕组匝数。15.根据权利要求11所述的建立有效供电电气设备的网络的方法，还包括提供与所述至少一个反向绕组中的每一个串联连接的电容器的步骤，其中，所述电容器具有以微法为单位的电容值，所述电容值大约为：从大约1.32到大约1.5乘以至少一个附加电动机的以安培为单位的工作标称电动机电流，乘以所述至少一个附加电动机的以伏特为单位的RMS相
‑
相施加电压的平方，除以所述至少一个附加电动机的以伏特为单位的RMS额定最佳工作电动机电压的平方，上述结果乘以所述至少一个附加电动机的用于所述RMS额定最佳工作电动机电压的以安培为单位的额定满负荷电动机电流。16.根据权利要求11所述的建立有效供电电气设备的网络的方法，其中，提供所述至少一个正向和反向绕组电动机的步骤包括利用适合当前工业协会标准所制定尺寸的高于额定马力电动机的芯来提供所述至少一个正向和反向绕组电动机的步骤。17.一种建立有效供电电气设备的网络的方法，包括以下步骤：提供至少一个主要为感应的电气设备；电连接到所述至少一个主要为感应的电气设备，其中到所述至少一个主要为感应的电气设备的连接能够展现具有初始感应功率因数条件的初始电气网络的特性，所述初始感应功率因数条件具有初始感应分量；将至少一个做功的正向和反向绕组电气设备与所述初始电气网络电连接，其中所述至少一个做功的正向和反向绕组电气设备与所述初始电气网络的连接能够展现经校正感应功率因数条件的特性；以及通过所述至少一个做功的正向和反向绕组电气设备将所述初始感应分量校正到至少一定程度。18.根据权利要求17所述的建立有效供电电气设备的网络的方法，其中，通过所述至少一个做功的正向和反向绕组电气设备将所述初始感应分量校正到至少一定程度的步骤包括以下步骤：通过所述至少一个做功的正向和反向绕组电气设备，致使所述至少一个电气网络和所述至少一个附加电动机在至少一个给定负荷百分比条件高于50％下所消耗的功率相较于所述至少一个电气网络在没有所述至少一个做功的正向和反向绕组电气设备的情况下在相同负荷百分比下所消耗的功率减小如下所示：通过所述至少一个做功的正向和反向绕组电动机，致使所述至少一个电气网络和所述至少一个做功的正向和反向绕组电气设备所消耗的功率相较于所述至少一个电气网络在没有所述至少一个做功的正向和反向绕组电气设备的情况下在所述相同负荷百分比下所
消耗的功率减少至少约1％；通过所述至少一个做功的正向和反向绕组电动机，致使所述至少一个电气网络和所述至少一个做功的正向和反向绕组电气设备所消耗的功率相较于所述至少一个电气网络在没有所述至少一个做功的正向和反向绕组电气设备的情况下在所述相同负荷百分比下所消耗的功率减少至少约2％；通过所述至少一个做功的正向和反向绕组电动机，致使所述至少一个电气网络和所述至少一个做功的正向和反向绕组电气设备所消耗的功率相较于所述至少一个电气网络在没有所述至少一个做功的正向和反向绕组电气设备的情况下在所述相同负荷百分比下所消耗的功率减少至少约4％；通过所述至少一个做功的正向和反向绕组电动机，致使所述至少一个电气网络和所述至少一个做功的正向和反向绕组电气设备所消耗的功率相较于所述至少一个电气网络在没有所述至少一个做功的正向和反向绕组电气设备的情况下在所述相同负荷百分比下所消耗的功率减少至少约8％；通过所述至少一个做功的正向和反向绕组电动机，致使所述至少一个电气网络和所述至少一个做功的正向和反向绕组电气设备所消耗的功率相较于所述至少一个电气网络在没有所述至少一个做功的正向和反向绕组电气设备的情况下在所述相同负荷百分比下所消耗的功率减少至少约10％；通过所述至少一个做功的正向和反向绕组电动机，致使所述至少一个电气网络和所述至少一个做功的正向和反向绕组电气设备所消耗的功率相较于所述至少一个电气网络在没有所述至少一个做功的正向和反向绕组电气设备的情况下在所述相同负荷百分比下所消耗的功率减少至少约15％；通过所述至少一个做功的正向和反向绕组电动机，致使所述至少一个电气网络和所述至少一个做功的正向和反向绕组电气设备所消耗的功率相较于所述至少一个电气网络在没有所述至少一个做功的正向和反向绕组电气设备的情况下在所述相同负荷百分比下所消耗的功率减少至少约20％；通过所述至少一个做功的正向和反向绕组电动机，致使所述至少一个电气网络和所述至少一个做功的正向和反向绕组电气设备所消耗的功率相较于所述至少一个电气网络在没有所述至少一个做功的正向和反向绕组电气设备的情况下在所述相同负荷百分比下所消耗的功率减少至少约25％。19.一种建立有效供电电气设备的网络的方法，包括以下步骤：提供至少一个第一类型的主要为感应的电气设备；提供正向与反向绕组比大于2的至少一个正向加反向绕组感应电动机；电组合所述至少一个第一类型的主要为感应的电气设备和所述至少一个正向加反向绕组感应电动机，以形成增强型功率因数电气网络...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰拉德，
申请(专利权)人：爱德文科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：