逆变型无整流子三相换向器电动机的制作方法

专利名称:逆变型无整流子三相换向器电动机的制作方法
本发明属调速感应电动机技术领域：
。适用于纺织、造纸、塑料等工业的调速机械以及提升、风机、泵类等设备作为动力源。
目前，对于绕线式感应电动机，为提高其调速效率及性能，多采用串入附加电势的调速方法。其典型代表是三相换向器电动机和可控硅串级调速系统。
可控硅串级调速是目前世界上先进的绕线式感应电动机调速系统，其中，采用可关断可控硅(GTO)逆变器是最佳的代表。但这种调速系统，仍必须设置独立的逆变变压器，至使系统体积庞大，成本增高。更重要的是，在可控硅串级调速系统中，电动机原绕组吸收大量的转差功率，再经转子和逆变器反馈电网，造成原绕组损耗加大，温升增高，降低了调速效率。
本发明的目的在于实现三相感应电动机的无级调速，提高调速效率及控制自动化水平。
本发明由附图1所示的电动机本体1电子换向器2及其控制装置等部份组成。
电动机本体电动机本体除具有和普通绕线式三相感应电动机相同的原绕组Ⅰ及转子Ⅱ以外，定子上还装有调节绕组Ⅲ。调节绕组Ⅲ的绕组极对数与绕向均和原绕组相同。且具有相同的Y形联接方式，由于调节绕组流过电流较大，因此，绕组的并联支路数可按导线的粗细，作不同选择，不必与原绕组相同。
调节绕组参数计算
A.感应电势E2E3＝K· (Sk0)/(COSβmin) ·E20(1)式中E3-调节绕组线电势，单位伏特。
E20-转子绕组开路线电势，单位伏特。
SKO-电动机空载时，最低转速对应的转差率。
COSβmin-最小逆变角的余弦值。
K-系数，当有源逆变器为三相桥式时，K＝1;当采用三相零式时，K＝2。
B、每相串联匝数N2N3≈ (E3)/(U1) ·N1(2)式中U1-电动机电源线电压，单位伏特。
N1-原绕组每相串联匝数。
调节绕组Ⅲ可根据电动机电源电压的高低，设计为与原绕组成双圈式或自耦式。
当电源电压较高(例如3KV以上)时，调节绕组宜为双圈式，以使电子换向器与电源高压隔离。这种结构多用于高压大容量电机，附图2给出了双圈式调节绕组的电动机本体。
当电机电源电压较低(例如660V以下)时，调节绕组可设计成自耦式，这将使电动机铁心尺寸大为减小，而且可提高效率。
必须注意，采用自耦式调节绕组时，其绕组极对数应与原绕组相同，只是两绕组按自耦方式联接，切不可采用在原绕组中直接抽头的方法。附图3给出了自耦式调节绕组的电动机本体。
转子绕组采用自耦式调节绕组时，应使转子绕组的开路线电压尽量接近电源电压，这将避免调节绕组采用较粗的导线绕制，可进一步减小电机铁心尺寸，并简化绕组制作工艺。
转子绕组的其它参数设计与普通绕线式三相感应电动机相同。
原绕组设计原绕组应不使电机磁路过分饱和，并尽量采用60°相带双层绕组，目的使调节绕组的感应电势波形尽量接近正弦形，避免偕波转矩对电机的不良影响。
原绕组其它参数设计与普通绕线式三相感应电动机相同。
附图1中的电子换向器2，由不控整流器ZL和三相有源逆变器KL(以下简称逆变器)及平波电抗器DK等成。
整流器ZL采用硅二极管接成三相桥式整流电路。
逆变器KL可采用普通可控硅(SCR)或可关断可控硅(GTO)接成三相桥式或三相零式逆变电路。
采用三相零式逆变器时，调节绕组的中性点D0应引出，接法按附图4。此时，应注意调节绕组中有直流分量流过。为避免铁心饱和，电机磁路应留有充分的裕量。
触发器与控制器触发器同步由于电机漏抗及高次偕波的影响，容易造成调节绕组电势相位“漂移”，为使触发器同步可靠，同步变压器的电源应取自调节绕组，即确保触发脉冲与调节绕组电势E3同步。
触发器与调节器的其它设计与普通可控硅串级调速中的触发器、调节器相同。
根据电机学理论，在绕线式三相感应电动机的转子回路引入同频率的附加电势，即可改变电动机的转速。调速电动机的转差率表示为SK=SZ± (Ek1)/(E20) (3)式中SK-调速电机的转差率。
SZ-自然运行的电机转差率。
EK1-附加电势中的调速分量。
E20-转子开路电压。
当EK1与E20反相时，式3取加号，电机转差率增大，转速下降，称为低同步调速。如EK2与E20同相，式3取减号，电机转差率减小，电机转速升高并超过同步转速，称为超同步调速。在本发明中，电子换向器只能提供与E20反相的附加电势，因此只能实现低同步调速。
换向器式感应电动机的技术关键在于如何产生与副绕组同频率的附加电势，这在经典的三相换向器电动机中是由机械整流子实现的。本发明则是利用电力电子元件构成静止的换向器，完成转子绕组与调节绕组电势的频率一致的任务。
如附图1所示，转子绕组Ⅱ与调节绕组Ⅲ分别经整流器ZL和逆变器KL相联，使两绕组电势以直流形式反向迭加，这样，反映到转子回路的附加电势便与转子电势同频，而且反相，从而起到换向器的作用。
如果忽略各种损耗，附加电势的大小可表示为EK＝E3·COSβ (4)可见，改变逆变角β的大小，即可改变附加电势之值，使电动机转速获得调节。
调节绕组向转子绕组提供附加电势的同时，吸收转子的转差功率，使调节绕组的有功功率为负，其值与转差功率数值近似相等。这就使电动机向电网吸收的有功功率减少，具有恒转矩调速特性。当电动机负载转矩一定时，原绕组有功电流随转速正比变化，调速效率较高。
通过电动机的磁势平衡分析，可得到附图5的电动机向量图。这里的可控硅逆变器采用滞后导通的控制方式，故调节绕组电流
′3滞后电势
′3(180°-β)电角度，它将产生对电机去磁的无功分量，使电机的功率因数降低。
从根本上解决问题的办法是采用GTO逆变器，通过强迫换流，使
′3位于第Ⅰ象限，超前
′3(180°-β)电角度，可使电机功率因数得到显著的改善。因此，由附图2或附图3电动机本体，及由含有GTO逆变器的电子换向器，采用强迫换流的控制方式而构成的逆变型无整流子三相换向器电动机，是本发明的最好型式。
本发明与现行的三相换向器电动机相比，具有无整流子换向的明显优点，无刷，无火花，克服了三相换向器电动机因换向困难而使每极对容量受到限制的缺点，尤适于制造大容量电机。
结构上，除无机械整流子外，调节绕组及原绕组安装在定子上，即采用整装方式，使制造工艺简化，同时，原绕组不经滑环受电，适合制成高电压电机。
本发明具有和三相换向器电动机相同的恒转矩调速特性，操作简单，易于实现自动化控制。
本发明与普通绕线式三相感应电动机可以兼容。只要使调节绕组Ⅲ开路不用，即可作普通绕线电动机使用。
对比可控硅串级调速系统，本发明除具有无逆变变压器的优点以外，转差功率不是返回电网，而是馈入电机本身的电磁系统。这样，电动机本体的原绕组基本上不向电网吸收转差功率，因此，调速效率比可控硅串级调速为高。同时，由于去掉了独立的逆变变压器，功率因数也有所改善。
权利要求
1.一种具有恒转矩调速特性的三相感应电动机，其特征在于它是由三绕组的电动机本体和电子换向器及其控制装置所组成。
2.按照权利要求
1所述的电动机本体其特征在于电动机定子上除原绕组之外，还装有调节绕组，调节绕组作为原绕组的副边与电子换向器中的有源逆变器相联。
3.按照权利要求
2所述的调节绕组，其特征在于它与原绕组的结构关系有两种，一种是独立的双圈式，另一种是非独立的自耦式。
专利摘要
在普通绕线式三相感应电动机的基础之上，于定子上加绕一个调节绕组III，该绕组具有和原绕组相同的绕向及绕组形式，并可按电机电源电压的高低，与原绕组成双圈式或自耦式。转子绕组II与调节绕组III经电子换向器相联。改变电子换向器中有源逆变器的逆变角，可调节电动机的转速。本发明具有恒转矩调速特性，低同步速的平滑调速及较高的调速效率。
文档编号H02K17/30GK85104845SQ85104845
公开日1987年1月7日 申请日期1985年4月27日
发明者屈维谦, 吴江 申请人:阜新矿务局设计处