[發明專利]多層次額定頻率結構且規格化系列化的變頻驅動電機及其設計方法

有效

• 申請號: 201210315103.8
• 申請日: 2012-08-30
• 公開（公告）號: CN102790452A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 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: H02K1/16
• 分類號: H02K1/16;H02K3/28;H02K3/12
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬于變頻電機技術領域，具體涉及一種變頻驅動系統中的三相感應電機及其設計方法。

背景技術

目前變頻驅動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，推動著變頻驅動技術的完善和進步。

電動機和變頻器是組合成一個變頻驅動系統（以下簡稱為系統）最基本的兩部分。各種類型的三相感應式異步電動機（以下簡稱為通用電機）是現有系統中使用量最多的電機，它占據了總使用量的90%以上的份額。

我國的通用電機額定頻率是50HZ，額定電壓大多為380VAc。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，它們都是與當地電網的電壓等級和頻率相一致的。

當這些通用電機與變頻器組合成系統，系統的輸出特性曲線（以下簡稱為系統特性）如附圖1所示。兩曲線的“拐點”只與電機的額定頻率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。事實上，目前國內和國外由通用電機組合成的系統，其系統特性大多就如附圖1所示。小于50HZ（或60HZ）為恒轉矩調速，大于50HZ（或60HZ）為恒功率調速。

本申請人在2007年4月12日提交了一發明申請：《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》（以下簡稱為A申請）。已被授權，專利號：200710039396.0。在2008年8月18日提交了一PCT申請：《一種由“原型電機”形成“派生電機”的方法》，申請號：PCT/CN2008/00148（以下簡稱為B申請）。該申請在2010年8月18日進入（中國）國家階段，2011年12月6日通知被授權，專利號：200880127377.6。

A申請和B申請提出的技術方法，是把額定頻率為50HZ（或60HZ）通用型的三相感應式異步電機（以下稱之為通用電機或“原型電機”?），在不改變其機座號、外型尺寸和定子轉子鐵心尺寸的情況下，按三相定子繞組導線用銅量相當的規則，對三相繞組中線圈匝數，每相繞組中線圈串并聯以及三相繞組之間Y―△聯接方式的變動，進而獲得該“原型電機”的眾多“派生電機”。

A申請和B申請提出的技術方法，能讓任意一臺的“原型電機”獲得它的“派生電機”群。每一臺“派生電機”與它的“原型電機”的機座號、外形尺寸、內部定子轉子鐵心的尺寸、三相繞組的導線用銅量都是相同的，也就是制造每一臺“派生電機”的耗材與其“原型電機”相同。

當每一臺“派生電機”與其相匹配的變頻器組合成系統運行時，它的額定電壓不變，在它的額定頻率輸出額定功率時，定子繞組和轉子導體中的電流密度與它的“原型電機”在額定功率時的電流密度相同，也就是它們在各自額定功率時的定子轉子的銅耗是相同的，但是它們的額定頻率、額定電流和輸出的額定功率是不相同的。若“派生電機”的額定頻率是150HZ，則其額定電流和額定功率是它的“原型電機”的3倍。

從上述“派生電機”與它的“原型電機”的相同和不同之處的比較中可以得到以下的結論：

1．電機運行是將電能與機械能互相轉換的一種方式。“原型電機”若要增大轉換功率，就需要增加它的額定功率，制造電機的耗材就會增加。“派生電機”的額定頻率若是它的“原型電機”的2倍、3倍、4倍，它的輸出額定功率就增加了1倍、2倍和3倍，而它的制造耗材是和“原型電機”是相同的。

2．“派生電機”與它的“原型電機”，當它們各自在額定頻率輸出額定功率運行時，盡管各自的額定電流也是不相同的，但它們在定子繞組和轉子導體中的電流密度卻是相同的，也就是它們的銅耗是相同的。若“派生電機”的額定功率是“原型電機”的2倍、3倍甚至4倍，它們的銅耗相同。這樣就能大幅減少了能量轉換過程中電機自身的損耗，提升了電機的運行效率。因為銅耗是影響電機運行效率最為重要的因素。

根據A申請和B申請，可以從每一臺通用型電機獲得它眾多的“派生電機”?。

如上所述，“派生電機”制造時耗材少，運行時銅耗低、效率高。也如在A、B兩申請中所述，系統設計時能按負載的特性和要求，選擇適合性的系統輸出特性，進而獲得更為理想、經濟合理的變頻驅動系統。

盡管A申請和B申請的技術能讓每一臺通用型電機都各自獲得眾多的“派生電機”?，但是，目前，還不能實現如同Y₂―E系列和Y系列等通用電機那樣的規格化、系列化。規格化、系列化的電機在大規模和廣泛應用中是非常重要的一環。當規格化、系列化電機的技術數據和參數完全公開、公布，廣泛的用戶和系統設計人員才有可能接受和根據需要選用新技術的電機產品。

發明內容