专利名称：单相电容运转异步电动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种单相交流异步电动机,具体的是一种单相电容运转异步电动机。
背景技术：
目前生产使用的单相电容运转异步电动机的工作电路如图I，主绕组M与副绕组A在空间相隔90°电角度，副绕组A串接一个工作电容C后，再与主绕组M并接于单相电源，且副绕组A长期参与运行，其实质上构成两相电动机，电动机的电流相量，参看《单相异步电动机原理计算与试验》，郭五昌编著，河北科学技术出版社1984年12月第一版，第8页。电容运转电动机的功率因数、效率以及过载能力、节材均比其它种类的单相电动机高，在家用电器中应用最为普遍。该技术与本发明相关的特点是主、副绕组工作于并联状态，必然要求主、副绕组各自有足够多的匝数以产生足够的阻抗及磁势，同时由于副绕组有高于电源电压的工作电压，因此副绕组要求有更多的匝数，也就是要有更小的电磁线直径以及较小容量的电容器，以避免副绕组超压造成电机的工作电流超过额定电流。例如D02-7112型 电容运转电动机，其参数为额定功率250W，额定电流1=1. 73A，实测空载电流I. 35A左右，定子铁芯外径110毫米，内径58毫米，长度50毫米，效率69%，功率因数O. 95，主绕组是直径O. 50毫米的电磁铜线，总匝数542，平均匝长296. 2毫米。副绕组是直径O. 45毫米的电磁铜线，总匝数764，平均匝长296. 2毫米。配置电容器容量8 μ F/450V,堵转电流10Α，在满载输入电流为1.73Α时，电容两端的电压为342V，副绕组两端的电压为251V，超过电源电压10%。当电动机的绕组匝数减少，特别是副绕组的绕组匝数减少时，251V的绕组电压将使绕组的电流增加并导致电机的工作电流超过额定电流。对比D02-7112型电容运转电动机的C02-7122型电容起动电动机，其参数为额定功率250W，额定电流1=2. 40Α，定子铁芯外径110毫米，内径58毫米，长度62毫米，效率64%，功率因数O. 74，主绕组是直径O. 63毫米的电磁铜线，总匝数470，平均匝长320. 4毫米。副绕组是直径O. 47毫米的电磁铜线，总匝数480，平均匝长340. 6毫米，堵转电流15Α。参看《电机常用技术数据速查手册》，孙克军主编，中国电力出版社2009年6月第I版。由参数的对比知道电容起动电动机由于副绕组的匝数较少，将使电动机的工作电流大大超过额定电流，因此电动机的副绕组仅仅能工作数秒就必须切断电源，退出电动机的运转，同时电容运转电动机的匝数较多，电磁线径较小，直流电阻较大，导致电动机的铜耗较大，电动机的体积成本也较大。根据以上分析得出结论目前的单相电容运转异步电动机有体积大、耗材多、电耗高、温升高、效率低、制造复杂等缺点。
发明内容
针对上述的电动机电路工作方式存在的不足，本发明提出一种单相电容运转异步电动机，其采用不同的工作电路，在现有的单相电容运转异步电动机的生产制造、工作方式下，通过改变电机的主、副绕组的工作电路，减少主、副绕组的匝数并重新配置，适当增加电容器的容量，增加电动机电磁线的电流密度，进而减少定子铁芯的体积重量，以达到节能、省材、减少电动机的制造工时及成本，提高电动机的电压、电流、过载能力的目的。本发明使得生产制造电源电压为380伏或更高电压下的单相高功率电容运转异步电动机成为可能。本发明通过以下技术方案实现一种单相电容运转异步电动机，包括主绕组M和副绕组A，其特征在于主绕组M与副绕组A在空间相隔90°电角度，主绕组或副绕组之一与电容C并联，再与余下的绕组串联之后串接于单相电源，主、副绕组同时投入运行。其实质上也是构成两相电动机，电动机的工作电路如图2。所述的主绕组是在原有单相电容运转异步电动机设计制造的基础上减少20-40%的线圈匝数。
所述的副绕组是在原有单相电容运转异步电动机设计制造的基础上减少20-50%的线圈匝数。所述的电容的容值是在原有单相电容运转异步电动机使用电容容值的基础上增加2. 5-4倍。本发明提供的单相电容运转异步电动机与现有技术比较具有如下优点I、主绕组与副绕组的串联，使绕组有了更大的电感量，因此电动机能够在更高的电源电压下正常工作，电动机也就有更大的电压过载能力，而不是现有技术限定的额定电压220V、正负10%的电机电压工作范围，同时也可以生产制造高电压条件下的高容量电容运转电动机。2、由于电动机是依靠绕组与电容器并联产生振荡并与余下的绕组形成相位差的，振荡的结果是与电容器并联的绕组的电流及磁势得到了增强。在对本发明提供的新型电动机的试验中，采用本发明提供的工作电路而未改变电动机绕组匝数空载时，从与电容器并联绕组中流过的电流是从电源输入电机电流，也就是从后串联绕组中流过的电流的3倍以上。例如前述的D02-7112型电容运转电动机，配置25yF/400V电容器，拆下冷却风扇后，从电源向电机输入的空载电流1=0. 21A，而从与电容器并联的主绕组M中流过的电流是IM=1. 26A，电容器的电流是Ic=I. 38A，堵转电流3A左右，仅为原电机电路的3/10，电动机空载时的电流相量如图3，电流的相量角计算如下I. 382=1· 262+0. 212_2Χ I. 26X0. 21 XcosB 求出相量角 Β=121· 02 度，由I. 262=1. 382+0. 212_2Χ I. 38X0. 21 XcosA 求出相量角 Α=51. 49 度，由O. 212=1. Se2+!. 262_2Χ I. 38X1. 26XcosC 求出相量角 C=7. 49 度，相量角B是主绕组与副绕组之间的移相角度，这个值表示电机的转矩很小，因此阻抗很高，电流很小，消耗功率也很小。空载时电动机电源电压230伏、主绕组和副绕组的电压都为174伏时，电动机的电压相量如图4，电压相量角计算如下2302=1742+1742-2X 174X 174X cosB 求出相量角 Β=82· 74 度，相应的相量角A=C=48. 63 度。改变D02-7112型电容运转电动机为本发明的工作电路，不改变电动机的绕组匝数满载运行时，电源电流I=Ia=I. 73A,电容器的电流Ic=I. 56A，其中Ia是副绕组的电流；主绕组的电流Im=2. 07A,配置25 μ F/400V电容器，电流的相量如图5，电流相量角计算如下
I. 732=2· 072+1. 562_2 X 2. 07 X I. 56 X cosB 求出相量角 Β=54. 77 度，由2. 072=1. Ta2+!. 562_2Χ I. 73X 1. 56XcosA 求出相量角 Α=77. 79 度，由I. 562=2. 072+1. 732_2 X 2. 07 X I. 73 X cosC 求出相量角 C=47. 44 度，相量角C是D02-7112型单相电容运转电动机采用本发明的技术，不改变电动机的绕组匝数满载运行时的移相角度。
改变D02-7112型单相电容运转电动机为本发明电路并减少绕组匝数后且电机空载的电流的相量如图6，电流相量角计算如下I. 262=2. 72+l. 792_2 X 2. 7 X I. 79 X cosA 求出相量角 A=22. 86 度，由2. 72=1. 262+1. 792_2 X I. 26 X I. 79 X cosB 求出相量角 B=123. 63 度，由I. 792=2. 72+l. 262_2 X 2. 7 X I. 26 X cosC 求出相量角 C=33. 50 度，图中相量角C是D02-7112型单相电容运转电动机采用本发明的技术，不改变电动机的绕组匝数满载运行时的移相角度。改变D02-7112型单相电容运转电动机为本发明电路并减少绕组匝数后且电机空载的电流相量如图7，电流相量角计算如下I. 722=2. 212+1. 792_2Χ1· 79X2. 21 XcosA 求出相量角 Α=49. 58 度，由2. 212=1. 722+1. 792_2Χ I. 72X 1. 79XcosB 求出相量角 Β=78. 02 度，由I. 792=2. 212+1. 722_2 X I. 72 X 2. 21 X cosC 求出相量角 C=52. 40 度，图中相量角C是D02-7112型单相电容运转电动机采用本发明的技术，且改变电动机的绕组匝数满载运行时的移相角度。这表明随着负载的增加,移相角度也在增加，电动机运转需要的功率是随着负载的增长而增长的，这种增长是为能量转化而有的，也就是说电动机有极高的效率，测量的结果是D02-7112型单相电容运转电动机采用本发明的工作电路而不减少绕组匝数后，节能20%以上。3、本发明的电容运转电动机由于绕组匝数可大幅的减少而大量节省了电磁线，减少了绕制电动机的工时，使得电机的绕制更加简单，绕组匝数的减少还使绕组的端部长度减少。这不仅节省了电磁线，同时也可以使电机的整个长度减少。这也就能使电机的体积和重量都能减少，绕组匝数的减少还必然的使定子槽腔的面积减少，这就可以使电机的定子直径减小进而减小电机的体积重量，也可以增大电机定子的内径及转子的直径，从而增加电机的转矩，绕组匝数的减少还可以适当增加电磁线的直径而不改变电机的其他部分。这就使得电动机有了增加容量和节省电能的条件，也就使得设计制造电容运转电动机时有了更多的选择。
图I为现有技术使用的工作电路图，图中，主绕组M，副绕组A，电容C，电源输入电机的电流I，主绕组的电流IM，副绕组电流IA，电容器的电流Ic。图2为本发明的工作电路图，图中主绕组M，副绕组A，电容C，电源输入电机的电流I，主绕组的电流IM，副绕组电流IA，电容器的电流Ic。图3为采用本发明的工作电路而不减少绕组匝数的D02-7112型单相电容运转电动机空载时的电流相量图，图中，相量角B=121. 02度是主绕组M的电流Im与副绕组A的电流Ia之间的移相角度，各相量的符号表不同图2。图4为采用本发明的工作电路而不减少绕组匝数的D02-7112型单相电容运转电动机空载时的电压相量图，图中，主绕组的电压UM，副绕组的电压UA，电源电压U。
图5为采用本发明的工作电路而不减少绕组匝数的D02-7112型单相电容运转电动机满载时的电流相量图，相量角C=47. 44度是主绕组M的电流Im与副绕组A的电流Ia之间的移相角度，各相量的符号表不同图2。图6为采用本发明的工作电路而减少绕组匝数的D02-7112型单相电容运转电动机空载时的电流相量图，相量角C=33. 50度是主绕组M的电流Im与副绕组A的电流Ia之间的移相角度，各相量的符号表不同图2。图7为采用本发明的工作电路而减少绕组匝数的D02-7112型单相电容运转电动机满载时的电流相量图，相量角A=49. 58度是主绕组M的电流Im与副绕组A的电流Ia之间的移相角度，各相量的符号表不同图2。图8为现有技术使用的D02-7112型单相电容运转电动机主副绕组匝数及排列方法，参看《电机常用技术数据速查手册》，孙克军主编，中国电力出版社2009年6月第I版第423 页。图9为采用本发明的工作电路且减少绕组匝数的D02-7112型单相电容运转电动机主副绕组匝数及排列方法。
具体实施例方式下面将结合上述附图对本发明作详细说明。如图2所示，单相电容运转异步电动机主绕组M与副绕组A在空间相隔90°电角度，主绕组或副绕组之一与电容器C并联，再与余下的绕组串联之后串接于单相电源，主、副绕组同时投入运行，其实质上构成两相电动机。实施例一采用容量在90W及以上的现有电容运转电动机，按照图2的工作电路联接，只改变配备的电容器容量为原有技术时使用容量的2. 5-4倍。原有的D02-7112型电容运转电动机，额定功率250W，配置电容器容量8 μ F/450V,额定电流1=1. 73Α，主绕组是直径O. 50毫米的电磁铜线，总匝数542，平均匝长296. 2毫米。副绕组是直径O. 45毫米的电磁铜线，总匝数764，平均匝长296. 2毫米，堵转电流10Α。电容改用20 μ F/400V的电容器，并改为图2所示的工作电路且不减少绕组匝数，电压220V时,在拖动大小不同的风扇时，电流随风扇的增大而增加。在拖动原电机容量配置的风扇时，电流为I. 35Α左右。较原电机的额定电流小20%左右。消耗的功率也减少20%以上。配备适当的电容器，还可以直接在较高的电源电压下正常使用，电机的特性也有所提高。在配备2(^ /100(^的电容器后，在22(^-44(^电源电压下均能正常的工作。在拖动原电机配置的风扇时，电源电压为440V时，电流为I. 1-1.25Α左右。又如QDX1. 5-32-0. 75型电容运转电动机潜水泵(制造商台州惠龙机电有限公司)，在配备40UF/1000V电容器，使用图2所示的工作电路后，在440V电源电压条件下，电流较原有技术减少30%，电机的性能有所提高，转差率有所提高，电机的工作温度大幅下降，水泵的流量及扬程均有小幅增加。实施例二
利用现有的单相电容运转异步电动机，在改变运行电容的容值后，改为图2所示的电路后，发现原有技术的电动机匝数太多，市电220V的电源电压下电机的使用时会限制了电源电流进入电机，不利于更好的提高电机的性能。因此在市电220V的电源电压下，减少主、副绕组的匝数，电机的性能会显得更加优秀。如D02-7112型电动机，改为图2所示的电路后，主绕组是直径O. 50mm的电磁铜线，减少为总匝数360，铜线重量由280g减少为190g,副绕组是直径O. 42mm的电磁铜线,减少为总匝数为480,铜线重量由320g减少为230g。配用电容器40uF/400V，电机的空载电流只为O. 9-1. 1A，在带风扇满载使用，电流仅为I. 4A左右，比较原电机技术条件减少O. 33A。实施例3 一台DX3-10-0. 25型潜水泵，原为电阻启动电动机，原电动机主绕组398胆，是直径O. 71mm的电磁铜线，铜线重量493g左右，副绕组是直径O. 42mm的电磁铜线，总匝数296，铜线重量125g左右，在按照图2所示的电路，改为电容运转电动机后，主绕组总匝数减至224，铜线重量280g，电磁铜线的直径是O. 71_，副绕组是O. 64mm直径的电磁铜线，总匝数 改为262，铜线重量270g，在配用60uF/400V的电容器后，空载电流I. 3A左右，电机的功率由250W增至400W以上。在换用新的水泵轮壳及叶轮后，水泵的流量I. 3升/秒，扬程增加为20M，满载电流只在3. 4A左右，电机升温低于60摄氏度。
权利要求
1.一种单相电容运转异步电动机，包括主绕组M和副绕组A，其特征在于主绕组M与副绕组A在空间相隔90°电角度，主绕组或副绕组之一与电容C并联，再与余下的绕组串联之后串接于单相电源，主、副绕组同时投入运行。
2.根据权利要求I所述的单相电容运转异步电动机，其特征在于所述的主绕组M在原有单相电容运转异步电动机设计制造的基础上减少20-40%的线圈匝数。
3.根据权利要求I所述的单相电容运转异步电动机，其特征在于所述的副绕组A在原有单相电容运转异步电动机设计制造的基础上减少20-50%的线圈匝数。
4.根据权利要求I所述的单相电容运转异步电动机，其特征在于所述的电容C的容值在原有单相电容运转异步电动机使用电容容值的基础上增加2. 5-4倍。
全文摘要
一种单相电容运转异步电动机，包括主绕组M和副绕组A，其特征在于主绕组M与副绕组A在空间相隔90°电角度，主绕组或副绕组之一与电容C并联，再与余下的绕组串联之后串接于单相电源，主、副绕组同时投入运行；所述的主绕组M在原有单相电容运转异步电动机设计制造的基础上减少20-40%的线圈匝数；所述的副绕组A在原有单相电容运转异步电动机设计制造的基础上减少20-50%的线圈匝数；所述的电容C的容值在原有单相电容运转异步电动机使用电容容值的基础上增加2.5-4倍。本发明使得生产制造电源电压为380伏或更高电压下的单相高功率电容运转异步电动机成为可能。
文档编号H02K3/28GK102780344SQ20121029304
公开日2012年11月14日 申请日期2012年8月17日 优先权日2012年8月17日
发明者张乐, 张湘明 申请人:张湘明