[发明专利]无级调速感应(异步)电动机

说明书

本发明涉及一种无级调速感应电动机。

感应电动机，特别是笼式感应电动机，具有结构简单，运行可靠，维修方便，价格低廉等优点，但是其起动，调速性能差（《电工学》上册，秦曾煌高等教育出版社）。虽然变频，调压调速可以提高感应电动机的调速性，但是变频电源、调压器结构复杂、成本高，工作不可靠，并且有谐波导致电机严重发热，必须加强冷却，增加了电机的体积，重量;绕线转子感应电动机虽然可在转子回路中串电阻调速，但效率低，采用串级调速时则调速系统复杂、成本高，工作不可靠，也有谐波干扰调网（《自动控制系统》陈伯时主编，机械工业出版社1981年7月版）。

本发明的目的在于，改变现有感应电动机的结构，使之在不需要复杂调速装置的情况下，实现无级调速，提高起动性能，并保持感应电机结构简单、运行可靠、成本低廉等优点。

本发明主要包括定子、转子及移相器等三部分。

定子包括机座、端盖、定子铁心、定子绕组。定子铁心和定子绕组都是两套，通入交流电时，产生两个同速同向的旋转磁场，两个旋转磁场间的相位可通过移相器来改变。

由动力学公式

T_m-T_fz＝I (dω)/(dt) （1）

可知，当负载转矩T_fz恒定时，改变驱动转矩T_m就可改变转速。对于电机拖动系统而言，T_m就是电机的电磁转矩，而T_m又符合下式所表示的关系

T_m＝- (π)/2 P²φFrSinδr（2）

其中P为电机的磁极对数，φ为气隙合成磁通，Fr为转子磁势，δr为Fr与φ之间的夹角。因为

φ∝Fr+Fs（3）

所以，改变Fr就可以改变转矩Tm，而Fr是转子电流Ir产生的，而Ir又是旋转磁场在转子回路中感应出的电势E₂产生的，现在两个旋转磁场分别在定子回路中感应出电势E₂₁，E₂₂（见附图1），则

E₂＝E₂₁+E₂₂（4）

如果两套定子铁心绕组完全相同，则

E₂＝2E₂₁COS (α)/2 ＝2E₂₂COS (α)/2 （5）

所以无级地调节两个旋转磁场间的相位，就可以改变转矩Fm，从而无级地调速。

移相器有两种形式：电气式移相器和机械式移相器，相应地电机也有两种形式：电气移相无级调速感应电动机和机械移相无级调速感应电动机（见附图2，3），电气移相器用来改变两套定子绕组对应相电流间的相位。机械式移相器，用以改变两套定子铁心间的相位，此时一套定子铁心固定，另一套定子铁心可绕电机轴转动。

电机起动时，将两套绕组对应相串联起来，就可降低每套绕组的工作电压，达到降压起动的目的。起动后再将两套绕组的对应相并联起来，起动电路可通过接触器实现（见附图4）。

无级调速感应电动机采用闭环控制可提高其调速性。

本发明与普通感应电机相比有如下优点：

1、起动方便，设备简单：降压起动时不需要调压器，只需要接触器，减小了配电柜的体积，重量及成本。

2、可很方便地实现无级调速，并且节约电能。

3、电机工作时无谐波干扰电网。

本发明最适于转矩（功率）随速度降低而减小的负载（如风机、水泵）上使用。

本发明结构简单，只要在普通感应电机基础上增加一套定子铁心及定子绕即可，所以一般电机厂都可生产。

附图说明

图1：两个旋转磁场分别在转子回路中产生的感应电势E₂₁，E₂₂与合成电势E₂间的相量图。

图2：电气移相无级调速感应电动机。

图3：机械移相无级调速感应电动机。

图4：起动电路原理图。起动时CJ₁，接通，CJ₂₃、CJ₂₁断开，CJ₂₂接通。起动后CJ₂₃、CJ₂₁接通，CJ₂₂断开。