[發明專利]按負載特性和要求設計定子繞組以改造通用電機的設計方法

有效

• 申請號: 200710039396.0
• 申請日: 2007-04-12
• 公開（公告）號: CN101075757A
• 公開（公告）日: 2007-11-21
• 發明（設計）人: 徐志瑤;徐馨
• 申請（專利權）人: 徐志瑤;徐馨
• 主分類號: H02K3/12
• 分類號: H02K3/12;H02K3/28;H02K15/04
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬變頻調速技術領域，具體涉及一種變頻調速系統中的感應電動機。

背景技術

近年來變頻調速技術已被廣泛應用于各行各業。變頻器產品一代接一代不斷地推陳出新，推動著變頻調速技術的完善和進步。

電動機和變頻器是組成一個變頻調速系統(以下簡稱系統)最基本的兩個部分。人們在推進該項技術進步的過程中似乎多把注意力集中在對變頻器的改進上，而忽略了對電動機的關注。目前系統中普遍使用的電動機，還是三十年前的模樣，基本上無大的改變。

通用型三相感應式異步電動機(以下簡稱通用電機)是現有系統中使用量最多的電動機。它占據了電動機總量95％以上的份額。

我國的通用電機額定電壓為380VAC。額定頻率是50Hz。在國外，不同地區通用電機的額定電壓有所不同，額定頻率有50Hz，也有60Hz的，它們都是與當地供電電網的電壓等級和頻率相一致。

通用電機和變頻器組合成系統，系統的輸出特性曲線(以下簡稱系統特性)如附圖1所示。兩曲線的“拐點”只與通用電機的額定頻率50Hz(或60Hz)相對應。“拐點”把系統的調速范圍劃分為恒轉矩調速和恒功率調速兩個區域。也就是說，由通用電機構成的系統，其系統特性是單一的兩條曲線。

事實上，系統驅動的對象是極其豐富多樣性的，它們的負載特性和對系統要求也是各不相同的。單一的系統特性，面對各式各樣的負載特性和要求，常常使系統的設計陷入困惑之中。最終解決問題的辦法，往往只能增加系統的輸出容量，即同時選用額定功率更大的通用電機和更大額定容量的變頻器組合成的系統。這是一種不經濟又很無奈的選擇。

發明內容

本發明的目的在于提供一種額定頻率可以根據需要隨意變動的電機，相應的使電機與變頻器組成的系統特性也隨之改變。

通用電機的額定頻率決定了系統特性。因此，如果能設計制造出額定頻率可以根據需要隨意變動的電機，它與變頻器組合成的系統特性也就會隨之變動了。

本發明把目光聚焦在對通用電機定子繞組的重新設計上。在基本不改變通用電機的機座號、轉子、定子等其他部分結構的情況下，只對定子繞組參數按一定規則進行排序式設計，并計算出相應之一連串眾多的新參數；再按這些新參數一一制成新繞組，并逐一去替換原通用電機的定子繞組，就可以得到一連串眾多的新電機。

這里給這些新電機一個名稱，叫做“派生電機”，而把原通用電機稱之為“原型電機”。“派生電機”與“原型電機”相比較，具有相同的機座號，相同的額定電壓，相同的極對數，相同的額定轉矩。它們之間的區別是額定頻率不相同，額定功率也不相同(額定功率與額定頻率成線性正比)。

這些“派生電機”與“原型電機”集合在一起形成一個額定頻率可按大小順序排列的電機群。當他們分別與相匹配的變頻器組合成各自的系統時，就形成了一個系統“群”。與之相伴，產生了由眾多系統特性組成的曲線簇，如附圖2和圖3所示。

以曲線簇去對應各類不同特性要求的負載，設計人員就有了更多的選擇，設計出更完美且經濟合理的系統來。

這里，所謂的一定規則就是：以原通用電機定子繞組參數為基準值進行排序式地重新設計和計算時，所有“派生電機”定子繞組與原通用電機定子繞組的導線用銅量基本相當，也就是說，當每相繞組的匝數逐次減少或增加時，該繞組的導線的截面積要同步地增加或減少；繞組匝數與導線的截面積成反比關系，保持新繞組與原型電機繞組的用銅量基本恒定。

所謂排序式設計就是：以原型電機的定子繞組參數為基準，每線圈逐次減少一匝或逐次增加一匝，按定子繞組的導線用銅量基本相當的規則，計算派生電機的各種新參數。包括：每相繞組匝數，繞組導線截面積(mm²)，對應的額定頻率(HZ)，對應的額定功率(KW)和對應的額定電流(A)等。

附圖說明

圖1為通用電機的系統特性。其中，(a)為系統的轉矩-頻率特性，(b)為系統功率-頻率特性。

圖2為通用電機及其“派生電機”群的系統特性(系統的轉矩-頻率特性)。

圖3為通用電機及其“派生電機”群的系統特性(系統的功率-頻率特性)。

具體實施方式

本發明認為現有的任何一臺通用電機均能通過對其定子繞組進行重新設計，并能由此設計制造出它的“派生電機”(群)