CN2135869Y

CN2135869Y - 双定子感应电动机及其应用装置

Info

Publication number: CN2135869Y
Application number: CN 92220388
Authority: CN
Inventors: 李兴源
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-09-29
Filing date: 1992-09-29
Publication date: 1993-06-09
Anticipated expiration: 2002-09-29

Abstract

一种双定子感应电动机及其应用装置，由两个定子和一个转子组成。两个定子铁心中分别嵌有定子绕组，转子导条横贯于两段转子铁心中，两个定子绕组的极对数、额定电压和额定容量可以相同或不同。该电机可根据负载要求，其定子绕组外接电子元件和电气设备构成多种应用装置，适应大量负载起动、调速和制动或高频发电要求，在许多场合下能代替价昂的绕线型感应电动机，尤其适用于风机、泵类、粉尘严重及易燃易爆的环境。

Description

本实用新型涉及一种双定子感应电动机及其应用装置。

鼠笼型感应电动机全压直接起动电流为额定电流的6－7倍，引起电网电压较大压降，不利于电网上其它电机和电气设备的正常运行。采用降压起动，能限制起动电流，但起动力矩与电压平方成比例下降，且需要附加的降压起动装置，如果采用价格昂贵的绕线型感应电动机及其附加的起动设备，由于有滑环和电刷，还会带来噪声，易磨损，维修量大等问题。目前，鼠笼型感应电动机的交流调速方法主要有变极调速、电磁调速、调压调速和变频调速。变极调速的调速级数较少，且转速不能随意选择；电磁调速所采用的异步电机和离合器整套装置的售价大约是同容量电机售价的3－4倍；调压调速的调速范围窄，在低速时力矩小，效率低，电机转子发热严重；变频调速技术复杂，成本高，对电网产生谐波污染。针对上述存在的问题，双定子鼠笼型感应电动机调速引起了人们的关注。中国专利CN87104033A双定子鼠笼型电动机利用机械装置使其中一个定子绕组对另一个定子绕组机械移相来进行调速，这种电机生产加工困难，成本高，调速时电机温升较高难以解决；中国专利CN87216443U双定子鼠笼型电动机将其中一个定子绕组抽头，按槽移电角度和改变抽头接法进行移相来实现有级调速。这种电机调速是有级调速，调速级数越多，抽头和使用的接触器也越多，增加了控制电路的复杂性和成本，而且调速级数有限，调速范围很窄；本实用新型设计者曾申请的中国专利9121464.6（已授权）和91107139.3（已公开），提出了不用机械移相和定子绕组抽头移相的双定子鼠笼型感应电动机，而是在转子鼠笼导条中间接入旋转电阻环，这种电机由于要求接入中间电阻环，在一定程度上增加了生产工艺的难度和成本，调速时转差功率消耗在转子内部，引起电机温升较高。

本实用新型的目的是针对现有技术的不足而提供一种双定子感应电动机及其应用装置，它通过电机与外接电子元件和电气设备构成多种应用装置，它具有结构简单，成本低，使用灵活，调速范围宽而使电机温升不会过高，适用于需要低起动电流，交流分级或无级调速、制动以及高频发电等的风机、泵类和其他的负载场合。

本实用新型提供的双定子感应电动机及其应用装置如图1～图5所示。

图1为双定子感应电动机结构示意图

（1）（2）定子铁心，（3）（4）定子绕组，（5）（6）转子铁心，（7）转子导条，（8）（9）转子端环，（10）轴承，（11）转轴，（12）机壳。

电机内设有两个定子铁心（1）和（2），其中分别嵌有定子绕组（3）和（4），支撑在轴承（10）上的转轴（11）上有两段转子铁心（5）和（6），转子导条横贯于两段转子铁心中，并与端环（8）（9）连接成笼型，机壳（12）将电机装配成整体，两个定子绕组的极对数、额定电压和额定容量可以相同或不同，转子也可设计成深槽式、双鼠笼式或高滑差式，也可以是绕线式，通过电机与外接电子元件和电气设备构成多种应用装置。

下面参照附图提供几种双定子感应电动机应用装置的主接线方法的实例：

图2为电机应用装置之一的主接线方法例示图

UVW为三相交流电源，KP为闸刀开关，ZR为熔断器，（13）为调压器（可控饱和电抗器、调压变压器或晶闸管交流调压器），JK₁～JK₉为接触器或电力电子无触点开关，A₁、B₁、C₁，X₁、Y₁、Z₁和A₂、B₂、C₂，X₂、Y₂、Z₂分别为定子绕组（3）（4）的首端和末端。

电机的定子绕组（3）经接触器或电力电子开关JK₁、调压器（13）、熔断器ZR和闸刀开关KP接于三相交流电源UVW。电机的定子绕组（4）经JK₂～JK₄后，通过JK₇与定子绕组（3）并联，或通过JK₈与定子绕组（3）串联。根据定子绕组（3）和（4）串联或并联方式，JK₅、JK₆、JK₉相应地闭合或断开。通过控制JK₁～JK₉的开合，则可得到低起动电流的起动性能和六级有级调速。再通过控制调压器（13）的输出电压，则可得到平滑的调速性能。如不需要多级起动和调速，也可取消相应所需接触器或调压器。

起动时，首先断开JK₇和JK₉，合上JK₈，使电机定子绕组（3）和（4）串联。然后合上JK₁、JK₃和JK₅，而断开JK₂、JK₄和JK₆；经一时间间隔后，断开JK₃和JK₅，而合上JK₄和JK₆；再经一时间间隔后，断开JK₄和JK₆，而合上JK₂和JK₅。调速时，控制JK₂～JK₆的开合，则得到三级有级调速。同理，断开JK₈，而合上JK₇和JK₉，使电机定子绕组（3）和（4）并联，控制JK₂～JK₆的开合，又可得到三级有级调速。再通过控制调压器（13）的输出电压，则可得到平滑的调速性能。自然地，当负载不需要多级起动和调速时，可以省掉相应所需接触器或电力电子无触点开关，以降低成本，如不需要平滑调速，也可以省掉调压器（13）。

图3为电机应用装置之二的主接线方法例示图

（14）包括接触器JK₁₀～JK₁₂和电阻器R₁～R₃，也可改为斩波器或串级调速系统。

电机定子绕组（4）通过接触器JK₁₀连接电阻器R₁、R₂和R₃，或经接触器JK₂与定子绕组（3）并联，然后经调压器（13），熔断器ZR和闸刀开关KP接于三相交流电源UVW，通过控制JK₁、JK₂和JK₁₀～JK₁₂的开合与电阻器R₁～R₃的投入级数，可得到低起动电流和较大起动力矩、有级调速和制动性能。根据负载需要可增减电阻级数和相应所需接触器。如需平滑调速，则将（14）改为斩波器或串级调速系统，并增设调压器（13）。

起动时，先断开JK₂、JK₁₁和JK₁₂，合上JK₁和JK₁₀。依次间隔一段时间后，分别合上JK₁₂和JK₁₁，最后断开JK₁₀，合上JK₂，设计时可根据负载要求增加或减少电阻器级数和相应所需接触器；也可以不用起动电阻（R₁＝R₂＝R₃＝0），而只增设JK₁₀。调速时，控制投入的电阻器级数，即可得到多级有级调速。如需平滑调速，可将（14）改为斩波器或串级调速系统，并增设调压器（13）。电机制动时，断开JK₂，并使JK₁₀接入足够大的电阻，使电机制动直至停转。

图4为电机应用装置之三的主接线方法例示图

（15）整流器，JK₁₃和JK₁₄为接触器。

调压器（13）输出电压经接触器JK₂供给定子绕组（4）正序电压产生正向力矩，或经接触器JK₁₃和电阻R₄供给定子绕组（4）逆序电压产生反接制动力矩，或经整流器（15）和接触器JK₁₄供给定子绕组（4）直流电流产生能耗制动力矩，而定子绕组（3）经接触器JK₁接正序电压产生正向力矩，通过控制接触器JK₁、JK₂、JK₁₃和JK₁₄的开合和调压器（13）的输出电压进行调速。也可以使定子绕组（3）不对称运行来同时得到电动和制动效果。

电机在高速段调速时，合上JK₁和JK₂，断开JK₁₃和JK₁₄，控制调压器（13）的输出电压进行调速。电机在低速段调速时，合上JK₁和JK₁₃，断开JK₂和JK₁₄，使定子绕组（4）产生逆序磁场和反向电磁力矩，此时电机输出力矩为定子绕组（3）顺序磁场产生的正向力矩与定子绕组（4）产生的反向力矩之差，控制调压器（13）的输出电压即可进行调速，而用电阻器R₄限制电流；如果合上JK₁和JK₁₄，断开JK₂和JK₁₃，调压器（13）的输出电压经整流器（15）后给定子绕组（4）的两相绕组送入直流电流，使之产生能耗制动力矩，此时电机输出力矩为定子绕组（3）产生的正向力矩与该制动力矩之差，通过控制调压器（13）的输出电压进行调速。也可以合上JK₁、JK₁₃和JK₁₄，而断开JK₂，使定子绕组（4）同时产生反接制动和能耗制动力矩。

图5为电机应用装置之四的主接线方法例示图

（16）负载。

电机的定子绕组（3）经接触器JK₁、调压器（13）、熔断器ZR和闸刀开关KP接入三相交流电源UVW，而定子绕组（4）的极对数大于定子绕组（3）的极对数，因此在定子绕组（4）中感应出高频电势供给负载（16），通过控制调压器（13）的输出电压来调节定子绕组（4）输出高频电压的大小。

在这种高频发电应用装置中，电机的转子绕组为绕线型。定子绕组的极对数的选择应符合两项要求：（a）两种不同极对数的旋转磁场在绕组中不会产生互感；（b）两种磁场叠加时不会对转子产生不对称电磁拉力。此外，应选择定子绕组（4）的绕组系数使其只感应高频电势。通过控制调压器（13）来调节输出高频电压的大小。如需要获得更高频率的电压，可以将这种电机级连运行。但随着频率的升高，电机的铁耗也随之上升而引起电机温升过高，设计时应选用优质铁心材料和考虑电机的冷却方式。

以上例举了双定子感应电动机的四种应用装置的主接线方法，事实上，这种电机还可有其它用途，例如作为风力或水力异步发电机。根据不同用途，图1所示双定子感应电动机的结构可以改为在转子铁心（5）（6）中各有一个封闭的导条鼠笼；也可以去掉定子铁心（2）和转子铁心（6），而将定子绕组（4）嵌入定子铁心（1）中，仍将定子绕组（3）（4）的首、末端引出外接电子元件和电气设备构成多种应用装置。

本实用新型具有如下优点：

1、电动机由两个定子和一个转子组成，不需要使定子机械旋转或将定子绕组按槽移相位抽头，也不必在转子中另加旋转电阻器。因此它具有结构简单、制造方便、成本较低等优点。

2、为电动机新设计的应用装置灵活多样，容易实施，可以适应大量负载起动、调速和制动、高频发电方面的要求。转差功率消耗在电机外部的电阻（或回馈与电网），不会引起电机内部温升过高，因此调速范围更宽和效率更高。

3、电动机在许多场合下可代替价昂的绕线型感应电动机，而成本低且无电刷和滑环，维修量小，尤其适用于易燃易爆和粉尘重的恶劣环境。

4、电动机在轻载和低速时，只有其中一个定子绕组工作，损耗小，效率高，节能效果好，同时，控制系统中的某些电子元件也可按一个定子绕组容量选择，从而降低了成本。

Claims

1、一种双定子感应电动机[1]含有机壳、定子和转子，其特征在于该电动机内设有两个定子铁心(1)和(2)，其中分别嵌有定子绕组(3)和(4)，支撑在轴承(10)上的转轴(11)上有两段转子铁心(5)和(6)，转子导条(7)横贯于两段转子铁心中，并与端环(8)和(9)连接成笼型，两个定子绕组的极对数、额定电压和额定容量可以相同或不同，转子也可设计成深槽式、双鼠笼式或高滑差式，也可以是绕线式，通过电机与外接电子元件和电气设备构成多种应用装置。

2、按照权利要求1所述双定子感应电动机，其特征在于该电动机应用装置之一由电机定子绕组（3）经接触器JK₁、调压器（13）、熔断器ZR和闸刀开关KP接于三相交流电源UVW，电机的定子绕组（4）经接触器JK₂～JK₄后，通过接触器JK₇与定子绕组（3）并联，或通过接触器JK₈与定子绕组（3）串联，而接触器JK₅、JK₆、JK₉相应地闭合或断开，通过控制JK₁～JK₉的开合，则可得到低起动电流和六级有级调速，而控制调压器（13）的输出电压来平滑调速，如不需要多级起动和调速，也可取消相应所需接触器或调压器〔2〕。

3、按照权利要求1所述双定子感应电动机，其特征在于该电动机的应用装置之二由电机定子绕组（4）通过接触器JK₁₀连接电阻器R₁、R₂和R₃，或经接触器JK₂与定子绕组（3）并联，然后经调压器（13）、熔断器ZR和闸刀开关KP接于三相交流电源UVW，通过控制接触器JK₁、JK₂和JK₁₀～JK₁₂的开合和电阻器R₁～R

的投入级数，可得到低起动电流和较大起动力矩、有级调速和制动性能，可根据负载需要增减电阻级数和相应所需接触器，如需平滑调速则将（14）改为斩波器或串级调速系统，并增设调压器（13）〔3〕。

4、按照权利要求1所述双定子感应电动机，其特征在于该电动机应用装置之三的调压器（13）输出电压经接触器JK₂供给定子绕组（4）正序电压产生正向力矩，或经接触器JK₁₃和电阻器R₄供给定子绕组（4）逆序电压产生反接制动力矩，或经整流器（15）和接触器JK₁₄供给定子绕组（4）直流电流产生能耗制动力矩，而定子绕组（3）经接触器JK₁接正序电压产生正向力矩，通过控制接触器JK₁、JK₂、JK₁₃和JK₁₄的开合和调压器（13）的输出电压进行调速，也可以使定子绕组（3）不对称运行来同时得到电动和制动效果〔4〕。

5、按照权利要求1所述双定子感应电动机，其特征在于该电动机的应用装置之四由电机的定子绕组（3）经接触器JK₁、调压器（13）、熔断器ZR和闸刀开关KP接于三相交流电源UVW，而定子绕组（4）的极对数大于定子绕组（3）的极对数，因此由定子绕组（4）感应高频电势供给负载（16），此时转子绕组为绕线型，并应正确选择定子绕组（3）（4）和转子绕组的极对数和绕组系数〔5〕。

6、按照权利要求1所述双定子感应电动机，其特征在于该电动机的结构可以改为在转子铁心（5）和（6）中各有一个封闭的导条鼠笼，也可以去掉定子铁心（2）和转子铁心（6），而将定子绕组（3）和（4）均嵌入定子铁心（1）中但仍将定子绕组（3）和（4）的首、末端引出外接电子元件和电气设备构成多种应用装置。