大中功率变速多鼠笼三相异步电动的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种大中功率变速多鼠笼三相异步电动机，其解决了现有鼠笼三速电机低起重重量、三速变级调速时不稳定、冲击电流大、YZR绕线电动机下降操作时安全性低的技术问题，设有定子、转子、轴、机座，定子设有定子铁芯和定子绕组，转子设有转子铁芯，定子绕组为两套，其中部分绕组为外部接法并断开短路连接。本发明可广泛用于塔机起升装置、起重机、矿山起重、仓库及货场、轮船锚的抛收等设备上。
【专利说明】大中功率变速多鼠笼三相异步电动机
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电机，特别是涉及一种大中功率变速多鼠笼三相异步电动机。
【背景技术】
[0002]高层建筑施工中经常使用塔机或卷扬机，其所使用的起升电动机，要求在调速方式下，重载低速、轻载高速、调速范围大。
[0003]上述起升电动机调速方式的优劣将直接影响整机的性能。目前，这种专用起升电动机主要有三类:
[0004]第一类是绕线电机。这类电机虽然功率大、启动电流小，但是存在以下问题:下降时不安全(负载下降绕线电机拉力为零)；制造成本高；电气控制系统复杂；在低档转速下发热大，容易烧坏线包；电机转子串电阻以及涡流制动器调速都属于“能耗制动”，浪费资源，不符合节能环保要求。
[0005]第二类是变频调速电机。这种电机虽然调速范围广，可以平滑调速，运行平稳无冲击，但是这套系统需要变频器，运行成本很高，尤其是大功率的变频器价格更是难以广泛使用。同时，还存在以下问题:在恶劣环境下，变频器容易发生故障；变频器的寿命一般也就7年左右；此外，电流中含高次谐波较多，对电网有一定的污染，也使电机自身增加损耗，引起电机发热。因此，这类电机系统也没有得到广泛的应用。
[0006]第三类是变极调速三相异步电动机。这类电机为鼠笼电机，采用远极比变极调速，没有易磨损的电刷装置，也不必另附调速装置，因此具有结构简单、维修方便的优点。在性能上具有调速比大、启动力矩高、过载能力强和可频繁启动制动、正反转的优点。正是因为上述优点，这类电机得到了很广泛的应用。该电机一般是4/6/24、4/8/24、4/8/32极三速电机，变极直接得到起升机构的高、中、低三档速度，最大起重量只能达到6t。该电机的缺点是:换挡时有一定的冲击；起重速度慢；三个档位在下降操作时安全性低。传统三速电机普遍IP23设计超载能力差，启动转矩< 1.8N.M，现有的三速电机是三个速度的绕组彼此独立且共用一个定子铁芯，这种结构使用绕组导线多、制造成本高，而且使电机效率低、温升高、易发生烧坏线包的故障。
【发明内容】
[0007]本发明就是为了解决现有三速电机的低起重重量、起重速度慢、三个档位下降操作时安全性低的、三速变级调速时不稳定、冲击电流大的技术问题，提供一种起重重量大、起重平稳、速度快、四个或五个档位下降操作时安全性高、变极调速时冲击电流小的大中功率变速多鼠笼三相异步电动机。
[0008]为此，本发明提供一种大中功率变速多鼠笼三相异步电动机，其设有定子、转子、轴、机座，定子设有定子铁芯和定子绕组，转子设有转子铁芯，定子绕组为两套，其中部分绕组采用外部接法并断开短路连接。
[0009]采用上述连接方法，其原因在于，电动机中，一套绕组在运行，另一套绕组会产生电动势，相当于在发电，因此需要断开绕组内全部短路连接，采用部分绕组外部接法，否则会发生绕组短路烧毁的现象。
[0010]优选地，两套定子绕组为2Y/ A、4Y/2 A、2Y/Y、4Y/2Y、4Y/3Y 或 2Y/2 A /2 A、4Y/4Y/4Y 接法。
[0011]优选地，定子两套绕组为4/6/8/32 极、4/6/12/32 极、4/6/10/40 极或 4/6/8/12/48极。
[0012]优选地，机座的型号为200、225、250、280、315、355 或 400。
[0013]优选地，定子铁芯及转子铁芯的槽数为72或90或108槽。
[0014]优选地，定子铁芯的外径D为:D=0*102?106%，所述O分别为327mm、368mm、400mm、423mm、493mm 或 560mm，上述 O 的参数分别为型号为 200、225、250、280、315、355 或
400的机座号的通用标准外径。
[0015]优选地,定子铁芯的非平行齿高度H为:H=btH<0.3?0.6,所述bt为4.5mm?6mm、
4.5mm ?6mm> 5mm ?7mm、4.5mm ?9mm> 5mm ?11mm 或 5.5mm ?12mm。
[0016]优选地，转子的鼠笼、鼠环数为两个以上。
[0017]优选地，机座设有散热通风道。
[0018]本发明大大提高了起重设备吊轻重上升速度(塔机提升机构升降绳速度国标150?18m/min、四速五速多鼠笼电机绳速达到165?13.6m/min)及下降重物时的安全性；可实现降低机座，节省定子铁芯材料，体积小，制造成本降低；在使用相同机座号的情况下，可增大电机功率，并起升下降平稳，可节电10%左右；起重吨数最大可达到loot，完全满足各种工况。此外，电机转子采用多鼠笼结构，电机在运行中自动配鼠笼1、1-2、1-2-3，并可根据定子电流变化，转子鼠笼自动增加或减少，这样提高启动转矩(转子转矩3 2.2)，降低启动电流，大大降低了换挡变速时的冲击电流，并且转子温度也降低了，达到了省电、增加使用寿命、提高了生产效率。
[0019]本发明进一步的特征，将在以下参考附图的【具体实施方式】的描述中，得以清楚地记载。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本发明的定子绕组连接原理图；
[0021]图2为本发明转子铁芯冲片槽结构示意图；
[0022]图3为本发明72槽定子铁芯冲片槽结构示意图；
[0023]图4为本发明108槽定子铁芯冲片槽结构示意图；
[0024]图5为本发明90槽定子铁芯冲片槽结构示意图；
[0025]图6为本发明的定子铁芯尺寸调整图。
【具体实施方式】
[0026]本发明中，在机座号不变的情况下，定子铁芯根据2p需求改变外径，优化各极在运算中参数，具体说明如下:
[0027]一台大中功率变速多鼠笼三相异步电动机，在同机座中得到各极所需要的功率，例如，塔机吊8T货物起升速度150-18m/min，每极所需功率为:4极，55-60KW ；6极，37KW ；8极，30KW ;10 极，24KW ；12 极，18KW ；32 极，IOKff ；40 极，6KW。每极所需电流为:4 极，2A/KW ；32极，6.4A/KW ;每极KW电流A不一样，导线截面积mm2差不多，因此，需要最大限度减少每极每相绕组串联匝数。
[0028]本发明中，一是将定子铁芯外径DO增大2~6%，改变h。值对高速绕组串联匝数有明显匝减少；二是改变非平行齿高度(槽口深度)，非平行齿高度=bt*0.3~0.6 Cbt为定子铁芯齿宽，例如，200机座号定子铁芯齿宽bt=5.8166mm)，改变非平行齿高度明显降低低速绕组串联匝数。
[0029]定子铁芯齿宽是根据中速(6/8极)定子内经、齿宽、轭高尺寸，达到下述三大基本公式数值(槽数多少变化平行齿宽)。
[0030]具体地，200机座号平行齿宽4.5mm~6mm ；225机座号平行齿宽4.5mm~6mm ；250机座号平行齿宽5mm~7mm ；280机座号平行齿宽4.5mm~9mm ;315机座号平行齿宽5mm~11mm ；355机座号平行齿宽5.5mm~12mm。
[0031]具体地，可根据以下公式，确定相关参数:
[0032]W=KeU 相 *102/1.55 T LKwBs
[0033]W=SpKEUffiWO2Zlj^tZ1LwBt
[0034]W=KeU 相 *102/4.19hcKwBc
[0035]200 定子外径 O 327mm
[0036]12 极
[0037]0.92*380*100/1.55*5.759*`32*0.837*0.7=209
[0038]12*0.92*380*100/1.44*0.5*32*0.837*72*1.4=218
[0039]0.92*380*100/4.19*1.93*32*0.837*1.225=132
[0040]6 极
[0041]0.92*220*100/1.55*11.519*32*0.677*0.7=75
[0042]6*0.92*220*100/1.44*0.5*32*0.677*72*1.4=77
[0043]0.92*220*100/4.19*1.93*32*0.677*1.225=94
[0044]12/6极为一个绕组每相串联匝数定228匝，12极A接1.666V/匝，6极为Ti接计算是2.34V/匝，实际2.115V/匝。6极运行电流比12极小。
[0045]4 极
[0046]0.94*380*100/1.55*17.27*32*0.556*0.7=107
[0047]4*0.94*380*100/1.44*0.5*32*0.556*72*1.4=110
[0048]0.94*380*100/4.19*1.93*32*0.556*1.4=177
[0049]32 极
[0050]32*0.9*220*100/1.44*0.50*32*0.945*72*1.4=289 匝、实际=217 (其中生成 8极)。
[0051]4/32极一套绕组，以32极为准，32极Y接1.018V/匝，4极2 A接应3.518V/匝*108匝=380V。在计算中，380/177匝=2.146V/匝，那两道公式106、107正好合适。如果加串连匝数32极功率就小了，槽也装不下线圈，不加串联绕组匝数，4极电流太大了。因此，该定子不可行。
[0052]调整定子铁芯外径1:[0053]200 定子外径① 327*2/%mm=333mm
[0054]12 极
[0055]0.92*380*100/1.55*5.759*32*0.837*0.7=209
[0056]12*0.92*380*100/1.44*0.5*32*0.837*72*1.4=218
[0057]0.92*380*100/4.19*2.23*32*0.837*1.225=114
[0058]6 极
[0059]0.92*220*100/1.55*11.519*32*0.677*0.7=75
[0060]6*0.92*220*100/1.44*0.5*32*0.677*72*1.4=77
[0061]0.92*220*100/4.19*2.23*32*0.677*1.225=81
[0062]对6/12极不起作用。
[0063]4 极
[0064]0.94*380*100/1.55*17.27*32*0.556*0.7=107
[0065]4*0.94*380*100/1.44*0.5*32*0.556*72*1.4=110
[0066]0.94*380*100/4.19*2.23*32*0.556*1.4=153.5
[0067]32 极
[0068]32*0.9*220*100/1.44*0.5*32*0.945*72*1.4=289 匝、实际=217 (其中生成 8 极)
[0069]4/32极一套绕组、以32极为准，32极Y接1.018V/匝，4极2 A接应3.518V/匝*108匝=380V。在计算中380/153.5匝=2.47V/匝，比上提高了 15%。定子不能用。
[0070]调整定子铁芯外径2:
[0071 ]200 定子外径① 327*3.3/%mm=338mm
[0072]12 极
[0073]0.92*380*100/1.55*5.759*32*0.837*0.7=209
[0074]12*0.92*380*100/1.44*0.5*32*0.837*72*1.4=218
[0075]0.92*380*100/4.19*2.48*32*0.837*1.225=102
[0076]6 极
[0077]0.92*220*100/1.55*11.519*32*0.677*0.7=75
[0078]6*0.92*220*100/1.44*0.5*32*0.677*72*1.4=77
[0079]0.92*220*100/4.19*2.48*32*0.677*1.225=73
[0080]对6/12极不起作用。
[0081]4 极
[0082]0.94*380*100/1.55*17.27*32*0.556*0.7=107
[0083]4*0.94*380*100/1.44*0.5*32*0.556*72*1.4=110
[0084]0.94*380*100/4.19*2.48*32*0.556*1.4=138
[0085]32 极
[0086]32*0.9*220*100/1.44*0.5*32*0.945*72*1.4=289 匝、实际=216(其中生成 8 极)。
[0087]4/32极一套绕组、以32极为准，32极Y接1.018V/匝，4极2 A接应3.518V/匝*108匝=380V。在计算中380/138匝=2.75V/匝，比上又提高了 11%。定子不能用。
[0088]调整定子铁芯外径3:
[0089]200 定子外径① 327*6/%mm=347mm[0090]12 极
[0091]0.92*380*100/1.55*5.759*32*0.837*0.7=209
[0092]12*0.92*380*100/1.44*0.5*32*0.837*72*1.4=218
[0093]0.92*380*100/4.19*3.0*32*0.837*1.225=85
[0094]6 极
[0095]0.92*220*100/1.55*11.519*32*0.677*0.7=75
[0096]6*0.92*220*100/1.44*0.5*32*0.677*72*1.4=77
[0097]0.92*220*100/4.19*3*32*0.677*1.225=61.5
[0098]对6/12极不起作用。
[0099]4 极
[0100]0.94*380*100/1.55*17.27*32*0.556*0.7=107
[0101]4*0.94*380*100/1.44*0.5*32*0.556*72*1.4=110
[0102]0.94*380*100/4.19*3.0*32*0.556*1.4=114
[0103]32 极
[0104]32*0.9*220*100/1.44*0.5*32*0.945*72*1.4=289 匝、实际=216 (其中生成 8 极)
[0105]4/32极一套绕组、以32极为准，32极Y接1.018V/匝，4极2 A接应3.518V/匝*108匝=380V。在计算中380/114匝=3.333匝，证明了调整定子外径尺寸高速绕组有明显效果。
[0106]调整定子铁芯非平行齿尺寸2.1mm:
[0107]bt=平行齿+非平行齿/3 (最窄尺寸)
[0108]12 极
[0109]0.92*380*100/1.55*5.759*32*0.837*0.7=209
[0110]12*0.92*380*100/1.44*0.57*32*0.837*72*1.4=196
[0111]0.92*380*100/4.19*3.0*32*0.837*1.225=85
[0112]6 极
[0113]0.92*220*100/1.55*11.519*32*0.677*0.7=75
[0114]6*0.92*220*100/1.44*0.57*32*0.677*72*1.4=70
[0115]0.92*220*100/4.19*3*32*0.677*1.225=61.5
[0116]6/12极串联匝数减少22匝
[0117]4 极
[0118]0.94*380*100/1.55*17.27*32*0.556*0.7=107
[0119]4*0.94*380*100/1.44*0.57*32*0.556*72*1.4=100
[0120]0.94*380*100/4.19*3.0*32*0.556*1.4=114
[0121]32 极
[0122]32*0.9*220*100/1.44*0.57*32*0.945*72*1.4=250 匝、实际=187 (其中生成 8极)。
[0123]4/32极一套绕组，以32极为准，32极Y接1.018V/匝，4极2 A接应3.518V/匝*108 匝=380V。在计算中 380/114 匝=3.333 匝。
[0124]调整定子外径4/32极每槽减少(177-114/12=5.5) 11匝。[0125]调整了非平行齿后，6/12极每槽减少2匝，4/32极每槽减少匝数2匝。
[0126]6/12 极导线 1.0*4=2*2=6.282 4/32 极导线 1.0*5=2*2=15.726.28+15.7=21.92。
[0127](4/32 极导线 1.0*5=15+15=1182) +(6/12 极导线 1.0*4=9+9=56.522)=174.52。
[0128]调整铁芯尺寸前，每槽174.52导线横截面积(原定子铁芯尺寸不能生产4速电动机)。调整铁芯尺寸后，每槽113.12导线横截面积。
[0129]可以看出加大定子外径O尺寸,增加了軛he值后，200机座能生产四速中功率电动机。加大非平行齿高增加了平行齿bt值。有效的减少低速绕组每极每相串联匝数。在定子槽内高低速绕组能空出21.9mm2面积，有了空间加大高低速绕组导线横截面积；减少导线串联匝数、增加了绕组导线横截面积，降低铜损；增加了軛h。值，加大非平行齿高增加了平行齿bt值，降低铁损；增加了绕组导线横截面积，每速功率增加了 9~25%。
[0130]本发明中，转子的鼠笼、鼠环数为两个以上。一台大中功率变速多三相异步电动机，光定子优化了工作仅做一半，电动机和比变压器一个道理，转子也要优化，所以转子也设两套三套鼠笼绕组，最外鼠笼绕组为低速启动运行绕组鼠条面积和一速绕组匹配鼠条采合金铝有启动电阻，二套三套鼠笼绕组是随定子电流变化而分别工作，鼠条材料最好采用紫铜，转子温度也降低了，这样搭配一台大中功率变速多三相异步电动机就基本成功了。
[0131]本发明中，机壳从外向内设有散热通风道。电动机得使用寿命取决于温度，最佳温度< 50°C，机壳从外向内设有散热通风道，设有电动风扇电机外内强迫冷风进行散热。定子绕组多处设有热敏开关起保护作用，这样电动机即能延长使用寿命和发挥最大效率，又能达到节电的效果。
[0132]第一实施例
[0133]下述未提及的相应电机部分采用现有技术。
[0134]本实施例的大中功率变速多鼠笼三相异步电动机为4/6/12/32四速三相异步电动机，其功率分别对应是32KW/30KW/17.5KW/5.4KW，其机座号为225，定子铁芯槽数为72槽，定子绕组由主绕组和副绕组组成，引线头供15个。
[0135]如图1所示，主绕组是4/32极两速绕组，其为2 A /Y接法。副绕组为6/12极，其为2Y/ A接法，下述表1为4/6/12/32极四速绕组排列表。机座号为225。
[0136]表1
[0137]
【权利要求】
1.一种大中功率变速多鼠笼三相异步电动机，设有定子、转子、轴、机座，定子设有定子铁芯和定子绕组，转子设有转子铁芯，其特征是所述定子绕组为两套，其中部分绕组采用外部接法并断开短路连接。
2.根据权利要求1所述的大中功率变速多鼠笼三相异步电动机，其特征在于所述两套定子绕组为 2Y/ A、4Y/2 A、2Y/Y、4Y/2Y、4Y/3Y 或 2Y/2 A /2 A、4Y/4Y/4Y 接法。
3.根据权利要求1所述的大中功率变速多鼠笼三相异步电动机，其特征在于所述定子两套绕组为 4/6/8/32 极、4/6/12/32 极、4/6/10/40 极或 4/6/8/12/48 极。
4.根据权利要求1所述的大中功率变速多鼠笼三相异步电动机，其特征在于所述机座的型号为 200、225、250、280、315、355 或 400。
5.根据权利要求1或2所述的变速多鼠笼三相异步电动机，其特征在于所述定子铁芯及转子铁芯的槽数为72、90或108槽。
6.根据权利要求1或2所述的大中功率变速多鼠笼三相异步电动机，其特征在于所述定子铁芯的外径 D 为:D=0*102 ?106%，所述 O 为 327mm、368mm、400mm、423mm、493mm 或560mmo
7.根据权利要求1或2所述的大中功率变速多鼠笼三相异步电动机，其特征在于所述定子铁芯的非平行齿高度H为:H=btH<0.3?0.6,所述bt为4.5mm?6mm、4.5mm?6mm、5mm?7mm、4.5mm ?9mm> 5mm ?11mm 或 5.5mm ?12mm。
8.根据权利要求1或2所述的大中功率变速多鼠笼三相异步电动机，其特征在于所述转子的鼠笼、鼠环数为两个以上。
9.根据权利要求1或2所述的大中功率变速多鼠笼三相异步电动机，其特征在于所述机座设有散热通风道。
【文档编号】H02K17/18GK103701284SQ201210374876
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2012年9月27日 优先权日:2012年9月27日
【发明者】王长春 申请人:荣成市数控仪器有限公司