专利名称：一种新型双功率高效节能感应电动机的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电机技术领域，具体涉及一种新型双功率高效节能感应电动机。
背景技术：
在许多机械装置中(如油田抽油机、煤矿输送机、球磨机、风机、水泵、压缩机等)， 其拖动电机系统都不同程度地存在着“大马拉小车”现象，造成电能浪费严重，运行效率低 下。主要原因一是有的装置要求重载启动，启动时需要很大的启动转矩，而正常运行时负 载转矩却并不大，甚至是空载运行；二是有的装置有时需重载启动、有时轻载启动、有时空 载启动，而且正常运行时其负载在重、轻、空之间交替进行或经常变化。为适应这样的负载， 电机一般要按重载起动或重载运行要求选配，但这样又会造成电机轻载或空载运行时实际 负载率小，效率和功率因数低下。为满足拖动电机自动匹配负载变化从而实现高效运行的要求，国内外曾提出很多 技术方案，例如，高转差电机，永磁电机，双定子电机，也有采用晶闸管调降压运行，变频电 源，无功补偿装置，以及电机定子绕组采用Υ-Δ接法等。传统Υ-Δ接法转换绕组换接复杂， 其中的Y和△接法两个档对应绕组线圈串联匝数比值局限于固定数值力，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。这些技术方案或性能改进不大，或成本 高，或控制转换复杂可靠性差，并不能真正满足这些机械装置的需要，实际上也很难推广应 用。
实用新型内容为解决现有技术存在的上述缺陷，本实用新型的目的在于提供一种起动转矩大， 运行效率和功率因数高，控制简便，可靠性好，节能效果显著的新型双功率高效节能感应电 动机。为实现上述实用新型目的，采用的技术方案是该新型双功率高效节能感应电动 机，包括转子、定子绕组，其特征在于所述定子三相绕组每相分为三段，所述三相绕组采用 Δ+Y接线法或Y+Y接线法，所述Δ+Υ接线法的△接法端部为对应高功率接线的端子，Y接 法端部为对应低功率接线的端子；所述Υ+Υ接线法的第1 Y型接法的端部为对应高功率接 线的端子，第2 Y型接法端部为对应低功率接线的端子，所述Δ+Υ接线法或Υ+Υ接线法的 高功率接线的端子与低功率接线的端子接线转换由两个接触器实现转换连接。采用上述技术方案的有益效果是该新型双功率高效节能感应电动机的定子三相 绕组每相分为三段，所述三相绕组采用Δ +Y接线法或Υ+Υ接线法，上述接法具有低功率接 线的端子和高功率接线的端子，Δ +Y接线法或Υ+Υ接线法的高功率接线的端子与低功率接 线的端子接线转换由两个接触器实现转换连接。两个接触器即可简便可靠地进行双功率两 挡切换，这是这种接线方式的一大特点，调整两档各自对应的绕组线圈匝数则能方便得到 两档功率分配比值，也即两档实际功率可按需设计，从而使电机负载运行在最佳工作状态。 按交流电机绕组相关理论，三相绕组的△+Y接法也有增大绕阻系数同时削弱磁势谐波的作用。绕组连接实现高低功率转换是采用了定子绕组串联匝数“减匝”使电机容量增大的 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，也能够适应其连接的机械装置负载变化时保持电机高效运行的 工况要求。经对已研制出的油田抽油机和皮带输送机用的新型双功率电动机样机测试，其 效率提高2-3个百分点，节电率达10-30 %以上。这种新型电机能适应一种或两种电压并具 有可选择的高、低两种功率档，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低功率档运行。低功率档可用于空载或 轻载启动，使整个电机系统能够自动保证一定的软启动性能，新型电机能很好地匹配负载， 与目前其它改进技术方案相比，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。
以下结合附图对本实用新型的具体实施例作进一步详细的说明。
图1为本实用新型定子绕组接法示意图。图2为本实用新型定子绕组另一种接法的示意图。图3为Z = 48，ρ = 2双功率电机绕组线圈三相划分相位分析图。图4为Z = 48，p = 2三相双功率绕组Δ+Y接线图。图5为Z = 48，ρ = 2三相双功率绕组Υ+Υ接线图。
具体实施方式
如图1、2所示，该新型双功率高效节能感应电动机，包括转子、定子绕组，所述定 子三相绕组每相分为三段，即ΑΑ、ΑΥ1、ΑΥ2 ；BA、BY1、BY2 ;CA、CY1、CY2。上述三相绕组采用 Δ+Y接线法或Y+Y接线法，所述Δ+Υ接线法的△接法端部为对应高功率接线的端子，Y接 法端部为对应低功率接线的端子。即绕组AA、BA、CA采用Δ接法，绕组AYl ΑΥ2、ΒΥ1 ΒΥ2、 CYU CY2分别并联后串接在Δ接法的三个端部，Y接法端部的出线端子UH、VH、WH为对应 高功率等级，出线端子UL、VL、WL为对应低功率等级。如图所示的绕组为Y+Y接线法的接线 图，绕组AA、BA、CA采用Y接法，绕组AYl AY2、BY1 BY2、CY1、CY2分别串联后串接在Y接法 的三个端部，构成Y+Y接线法，Y接法的三个端部分别引出接线端子UH、VH、WH，该接线端子 对应高功率等级，AY2、BY2、CY2的另一端引出接线端子UL、VL、WL,该接线端子对应低功率 等级。所述八+￥接线法或￥+￥接线法的高功率接线的端子皿、￥^!1与低功率接线的端子 UL、VL、WL接线转换由两个接触器实现转换连接。下面以电机极数2p = 4，槽数Z = 48的三相绕组，输送机负载为例具体说明。如图3所示极数2p = 4，槽数Z = 48槽号相位图。图4所示为标准60°相带绕 组的三相槽号线圈分配方案，这也对应新型电机Y+Y接法的低功率档。上述每相所去掉的 4个槽号还需要在低功率档时重新接入，三相绕组线圈所采用的接法而定。若为Y接法，一 般可采用单路串联接入方式，也即形成三相Y+Y接法。两路并联槽号的划分，还需注意这两 路之间的感应电势平衡问题。在低功率档也即标准60°相带绕组基础上去掉一部分线圈槽 号，使电机负载能力增大，从而得到高功率档是本文研究的基本思路。不过，众所周知，按交准60°相带绕组性能为最好，去掉一些槽号的做法将不 可避免地带来绕组性能的下降。对于图2所示绕组方案，表1列出了其中高功率档绕组方 案的分析到极数Z-p的磁动势谐波分析结果。如图4、5为对应低功率档的标准60°相带绕 组谐波分析结果。 表1 Z = 48，2p = 4，y = 10三相绕组磁势谐波分析 从表1谐波分析结果可以看出，当取线圈节距y = 10时，每相去掉4个槽号后的高 功率档绕组方案，绕组系数为0. 9440，与标准60°相带的绕组系数0. 9250相比较还要高， 且磁势反转分量为0，说明这时三相绕组对称，并保持了较高的导体利用率。此外，考虑到高功率档多用于完成启动过程，因此还必须限制与4极基波同转向 的正转高次谐波幅值。谐波分析结果表明，按图3b所示槽号分布的高功率档绕组方案，较 大的高次正转谐波的相对幅值仅为2. 4449% (52极)，不超过4%。因此，根据这样的谐波 分析结果，以及根据绕组性能一般准则判断，可知采用适当“减匝”技术的每相绕组在丢掉 了一些线圈后，高功率档对应绕组仍然保持了与标准60°相带绕组相近的良好的性能，可 以满足应用要求。至于这时绕组的具体接线方式，可根据图2所示各相槽号分布，并综合考 虑应用情况作出，如图4、5所示，低功率档绕组为标准60°相带，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、5还可以看出，本例低功率档每相有16个线圈，高功率档每相有12个线 圈，低功率档与高功率档线圈数比值为16/12 = 1.33，且可根据设计要求调整，显然，这样 的匝数比值与Υ-Δ转换匝数比值相比，更能适合大多数情况下电机负载的工况。例如， 若选择高功率档电机容量为30kW，若取低功率档为18kW，则按感应电机设计原理，匝数比 1. 33恰好满足要求，但是这个匝数比若按Y- Δ转换接法取^就太大了，很难保证满足运行 要求。由以上分析可知，本方案定子为单绕组结构，所采用新的Δ+Υ/Υ+Υ接线方式可适 应一种或两种不同电压，其中△+Y或是Υ+Υ接线方式保证了两个功率档只需有6个出线 端，采用两个三相接触器即可进行切换，控制极为简便可靠。由此可看出，建立在交流电机 绕组理论基础之上先进的“减匝”技术，通过在绕组设计中矢量分析法和计算机谐波分析法的应用，保证了绕组对应两个功率档既有着各自的特点又具有良好的性能，完全能满足负 载的工况需求，与现有其它技术相比，本方案的研究有其独特优势，也因此在大多数电机系 统节能领域会有着良好的应用前景，为我国的节能减排和技术进步起到一定的推动作用。
权利要求一种新型双功率高效节能感应电动机，包括转子、定子绕组，其特征在于所述定子三相绕组每相分为三段，所述三相绕组采用Δ+Y接线法或Y+Y接线法，所述Δ+Y接线法的Δ接法端部为对应高功率接线的端子，Y接法端部为对应低功率接线的端子；所述Y+Y接线法的第1Y型接法的端部为对应高功率接线的端子，第2Y型接法端部为对应低功率接线的端子，所述Δ+Y接线法或Y+Y接线法的高功率接线的端子与低功率接线的端子接线转换由两个接触器实现转换连接。
专利摘要本实用新型公开了一种新型双功率高效节能感应电动机，包括转子、定子绕组，其中定子三相绕组每相分为三段，所述三相绕组采用Δ+Y接线法或Y+Y接线法，所述Δ+Y接线法的Δ接法端部为对应高功率接线的端子，Y接法端部为对应低功率接线的端子；所述Y+Y接线法的第1Y型接法的端部为对应高功率接线的端子，第2Y型接法端部为对应低功率接线的端子，所述Δ+Y接线法或Y+Y接线法的高功率接线的端子与低功率接线的端子接线转换由两个接触器实现转换连接。该新型电机能适应一种或两种电压并具有可选择的高、低两种功率档，具有起动转矩大，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，具有较好的节能效果。
文档编号H02K3/28GK201656714SQ200920273349
公开日2010年11月24日 申请日期2009年11月21日 优先权日2009年11月21日
发明者王得霖, 王雪帆 申请人:南阳华大博元高科技研发中心