专利名称：多绕组串联变容量感应电动机及其控制装置的制作方法
技术领域：
本发明属于电机技术领域，具体涉及一种多绕组串联变容量感应电动机及其电气控制装置。
背景技术：
目前我国冶金矿山物料装载中的皮带输送机，以及石油开采中的抽油机电机起动或是运行时，重载和轻载甚至空载的情况经常交替出现，存在着严重的“大马拉小车”现象而导致效率低下，能耗严重。为适应这样的负载，电机一般要按重载起动或运行要求选配， 但这样又会造成电机轻载运行时实际负载率小，效率和功率因数低下。为满足输送电机能够自动匹配负载变化高效运行的要求，国内外曾提出过很多方案，如采用高转差电机，永磁电机以及双定子电机等，但这些方案或是改进不大，或是成本过高及控制复杂等，因而并不能适应实际应用的要求。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提出了一种多绕组串联变容量感应电动机，该电动机能更好地适应负载变化的情况，起动转矩大，运行效率和功率因数高，控制简便，可靠性好，空载电流显著下降，节能效果好。本发明的另一目的在于提供一种该多绕组串联变容量感应电动机的控制装置，具有性能稳定，当高功率电动机启动后，由自动控制装置延时，自动转换到电动机的中功率或低功率运行。为实现上述目的，本发明采用的技术方案该多绕组串联变容量感应电动机，具有定子绕组，其特征在于所述定子绕组由三套三相绕组复合构成，该三套绕组各对应串联连接，每相绕组有3个出线端，三相共有9个出线端，每套绕组为单层布置，所述三套绕组的出线端分别与控制装置中执行电路中的三个接触器连接，从而实现多功率变容量切换。所述三相绕组为Y接法。所述三套绕组采用Y-Δ混合串联连接，对于高功率容量接法为Δ联接，对于中功率容量为Υ-Δ混合串联接法，对于低功率为2Υ-Δ混合串联接法。所述控制装置具有高功率启动电路、中功率运行电路和低功率运行电路，高功率启动后经启动延时模块数秒钟延时后转换为中功率运行电路或低功率运行电路，经电流信号采集电路和鉴别电路对电动机电流大小的检测鉴别，越上限时经延时抗干扰电路转换中功率运行电路，中功率运行电路信号反馈至鉴别电路，越下限时经延时抗干扰电路转换低功率运行模块，低功率运行电路信号反馈至鉴别电路。所述低功率运行电路和中功率电路运行连接有累计运行计时电路。所述电流信号采集电路连接有断相保护电路和过电流保护电路。所述控制装置的执行电路中具有点动找平衡电路，所述点动找平衡电路具有分别并接在高功率启动继电器线圈、中功率运行继电器线圈和低功率运行继电器线圈支路上的微动开关，位于高功率启动继电器线圈支路中的微动开关并联有高功率启动继电器常开开关。该多绕组串联变容量感应电动机定子具有三套绕组，这些绕组串联联接，形成可选择的变容量的多功率档，由三个接触器实现多功率变容量的切换。其中高功率档具有高起动转矩，用于重载起动或运行，起动过程完毕可视负载情况保持高功率档运行或是转入中功率及低功率档运行。这种电机能很好地匹配输送机负载或是抽油机负载，与目前这类拖动系统中研究的其它技术方案相比，能更好地适应负载变化的情况，起动转矩大，运行效率和功率因数高，控制简便，可靠性好，空载电流显著下降，因而更具好的节能效果。该电机的电气控制电路具有高功率启动电路，开机时由高功率启动后经数秒钟延时，自动转到中功率或低功率运行，在电动机运行中自动测量电动机电流的大小，当电动机中功率正常运行时，由于负载减小(额定电流80% )时，自动转换到低功率运行；当电动机在低功率正常运行时，由于负载增加(额定电流120% )时，自动转换到中功率运行；当电动机在中功率正常运行时，由于负载一直在增加，增加到额定电流的120%倍时，过电流保护系统就会动作，使控制线路断电，电动机停止运行；电动机无论是在中功率或低功率状态下运行，如果电流或电动机某一相接触不良或断相，断相保护电路就会立即动作，断开控制线路，使电动机停止运行；电动机无论是在某种状态下运行，如果电网的电压低于规定值时，ND-3SK的欠压保护系统就会断开控制线路，使电动机停止运行。累计运行计时电路分别把电动机的记录中功率或低功率运行时间准确的记录下来，并从数码管的显示屏上直观的看到电动机某种功率的运行时间。在油田抽油机用电机中，在装配试车调试时需要动力平衡配重，现有的方法操控不灵敏，通过点动找平衡电路中并接在高功率启动继电器线圈的微动开关，很容易对电机点动控制，较快的进行动平衡调整，从而解决了找动平衡困难。
下面结合附图对本发明的具体实施例作进一步详细的说明。图1为三相绕组为Y接法的连接示意图。图2为三套绕组采用Υ-Δ串联连接的连接示意图。图3为Z = 48，ρ = 2三相线圈槽号分布相位图。图4为Z = 48，ρ = 2三套单层三相绕组串联组合多功率绕组接线图。图5电动机电气控制图。图6电动机控制原理框图。
具体实施例方式如图1所示的多绕组串联变容量感应电动机，这种电机定子绕组由三套三相绕组复合构成，这三套绕组各对应相串联连接，分别以下标“Al，Bi, Cl ；A2, B2, C2 ；A3, B3, C3” 区分，每相绕组有3个出线端，三相共有9个出线端，这9个对外出线端分别以“皿^札冊” 和“UM、VM、丽”及“UL、VL、WL”区分，其中下标“H”和“M”及“L”分别表示高、中、低两个容量等级。三相电源从出线端“UH、VH、WH”接入，这时三相绕组为Y接法，对应高容量档；三相电源从出线端““UM、VM、丽””接入，这时三相绕组为Y接法，对应中容量档；三相电源从出线端“UL、VL、WL”接入，这时三相绕组仍为Y接法，对应低容量档。由于这三种接法均对应Y联接，采用三个三相接触器即能简便可靠地进行各容量间三挡切换，图1所示的这三套绕组结构从原理上来说是完全相同的，为减少绕组线圈在定子槽中的层数，一般要求每套绕组为单层绕组。这种接线方式的特点是采用三个接触器即可简便地进行变容量三挡切换，调整三档各自对应的绕组线圈匝数则能方便得到三档功率分配比值，也即这三档实际功率可按需设计，从而使电机可根据负载调整运行在最佳工作状态。如图2所示的三套绕组联接也可以采用Υ-Δ串联连接，这样可能在低功率档有着更好的性能。与目前感应电机采用过的诸如三相绕组Υ-Δ接法转换等技术相比较，该新型电机绕组的接法更具特点。传统Υ-Δ接法转换绕组只能做到对应两档功率且换接复杂，而其Y和△接法两档对应绕组线圈串联匝数比值局限于固定数值，不能进行调整，很多情况下无法保证使电机按最佳工作状态运行。本发明采用了三套定子绕组串联联接的方法， 使对应不同档位功率每相串联匝数减少，而使电机容量随匝数减少增大的设计思想，也即按电机容量分配，由低到高对应两个功率档的电机绕组每相串联匝数逐渐减少，低档功率对应最多匝数，高功率档对应最少匝数，这样使得各个功率档之间具备最简单也最为可靠的转换方式，也能够适应电机负载变化时仍能保持高效运行的工况要求。采用三套定子绕组串联联接“减匝”技术的关键在于，每套绕组均为三相60°分布标准单层绕组，因此理论概念清楚，设计容易，调整方便，绕组谐波含量少，完全能够保证电机在各档位下的性能，以满足起动和运行的要求。下面以电机极数2p = 4，槽数Z = 48的三相绕组为例具体说明。图3所示为极数2p = 4，槽数Z = 48三相线圈槽号分布相位图。对于图3所示A、 B、C三相标准60°相带的槽号线圈分布，取奇数或是偶数槽号线圈各自分别构成三相单层绕组，这些单层的三相绕组对应相串联连接。图3所示为用三套三相单层串联绕组的具体连接法。图4中这三套绕组的线圈分别用上标“1、2、3”区分。从图4可看出，低功率档绕组为三套标准60°相带串联组合而成，这时全部绕组导体得以利用，具有最好的性能，而在很多情况下电机负载特点决定了低功率档最为常用，适当设计低功率档对应功率大小，就能保证电机机系统处于最佳高效运行状态。由图4还可以看出，中功率档为两套标准60° 相带串联组合而成，相对低功率而言，每相串联匝数减少，因而负载能力增强，高功率档对应一套三相单层绕组，由于这时每相串联匝数最少，因而这时电机具有最大的起动能力。这里要说明的是，每套绕组的匝数可根据设计要求任意调整，从而保证绕组对应三个功率档既有着各自的特点又具有良好的性能，以适合大多数情况下电机负载工况。如图5、6所示的控制装置电路，所述控制电路具有高功率启动电路、中功率运行电路和低功率运行电路，高功率启动后经启动延时模块数秒钟延时后转换为中功率运行电路或低功率运行电路，经电流信号采集电路和鉴别电路对电动机电流大小的检测鉴别，越上限时经延时抗干扰电路转换中功率运行电路，中功率运行电路信号反馈至鉴别电路，越下限时经延时抗干扰电路转换低功率运行模块，低功率运行电路信号反馈至鉴别电路。所述低功率运行电路和中功率运行电路分别连接有累计运行计时电路1ST、2ST，可以累计低功率运行时间和中功率运行时间，从而方便统计节电的效果，同时可以根据运行时间可判断所运行的油井的工况，从而更好的进行配重调整。所述电流信号采集电路连接有断相保护电路和过电流保护电路。如果电流或电动机某一相接触不良或断相，断相保护电路就会立即动作，断开控制线路，使电动机停止运行；电动机无论是在某种状态下运行，如果电网的电压低于规定值时，ND-3SK的欠压保护系统就会断开控制线路，使电动机停止运行。如图 5所示，所述控制电路的执行电路中具有点动找平衡电路，所述点动找平衡电路具有分别并接在高功率启动继电器线圈、中功率运行继电器线圈和低功率运行继电器线圈支路上的微动开关1AT、2AT、3AT，位于高功率启动继电器线圈支路中的微动开关并联有高功率启动继电器常开开关1KM。在装配需调整动平衡时，点动1AT、2AT、3AT，很方便实现动平衡的调整。
权利要求
1.一种多绕组串联变容量感应电动机，具有定子绕组，其特征在于所述定子绕组由三套三相绕组复合构成，该三套绕组各对应串联连接，每相绕组有3个出线端，三相共有9 个出线端，每套绕组为单层布置，所述三套绕组的出线端分别与控制装置中执行电路中的三个接触器连接，从而实现多功率变容量切换。
2.根据权利要求1所述的多绕组串联变容量感应电动机，其特征在于所述三相绕组为Y接法。
3 根据权利要求1所述的多绕组串联变容量感应电动机，其特征在于所述三套绕组采用Υ-Δ混合串联连接，对于高功率容量接法为Δ联接，对于中功率容量为Υ-Δ混合串联接法，对于低功率为2Υ-Δ混合串联接法。
4.根据权利要求1所述的多绕组串联变容量感应电动机控制装置，其特征在于所述控制装置具有高功率启动电路、中功率运行电路和低功率运行电路，高功率启动后经启动延时模块数秒钟延时后转换为中功率运行电路或低功率运行电路，经电流信号采集电路和鉴别电路对电动机电流大小的检测鉴别，越上限时经延时抗干扰电路转换中功率运行电路，中功率运行电路信号反馈至鉴别电路，越下限时经延时抗干扰电路转换低功率运行模块，低功率运行电路信号反馈至鉴别电路。
5.根据权利要求4所述的多绕组串联变容量感应电动机控制装置，其特征在于所述低功率运行电路和中功率电路运行连接有累计运行计时电路。
6.根据权利要求4所述的多绕组串联变容量感应电动机控制装置，其特征在于所述电流信号采集电路连接有断相保护电路和过电流保护电路。
7.根据权利要求4所述的多绕组串联变容量感应电动机控制装置，其特征在于所述控制装置的执行电路中具有点动找平衡电路，所述点动找平衡电路具有分别并接在高功率启动继电器线圈、中功率运行继电器线圈和低功率运行继电器线圈支路上的微动开关，位于高功率启动继电器线圈支路中的微动开关并联有高功率启动继电器常开开关。
全文摘要
本发明公开了一种多绕组串联变容量感应电动机及其控制装置，具有定子绕组，其中所述定子绕组由三套三相绕组复合构成，该三套绕组各对应串联连接，每相绕组有3个出线端，三相共有9个出线端，分别对应高功率档、中功率档和低功率档，每套绕组为单层布置，控制装置的三个接触器分别与该三套绕组的出线端连接，从而实现三功率三档切换。所述三相绕组为Y接法。所述三套绕组采用Y-Δ混合串联连接，对于高功率容量接法为Δ联接，对于中功率容量为Y-Δ混合串联接法，对于低功率为2Y-Δ混合串联接法。与现有技术相比，能更好地适应负载变化的情况，起动转矩大，运行效率和功率因数高，控制简便，可靠性好，空载电流显著下降，节能效果好。
文档编号H02H7/085GK102158030SQ201110096439
公开日2011年8月17日 申请日期2011年4月7日 优先权日2011年4月7日
发明者卫欣合, 易以睦, 王雪帆 申请人:南阳高特电机有限公司