[其他]磁極磁對稱經過調節的單相和多相電磁感應電機

無效

• 申請號: 87106465
• 申請日: 1987-08-26
• 公開（公告）號: CN87106465A
• 公開（公告）日: 1988-03-30
• 發明（設計）人: 加里·迪安·羅伯茨
• 申請（專利權）人: S·P·C·控股有限公司
• 主分類號: H02K17/02
• 分類號: H02K17/02;H02K17/30
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 吳秉芬

本發明是關于磁極磁對稱經過調節的單相和多相電磁感應電機。

隨著公用事業費的提高、功率因數罰款制度和電力按需用量收費等制度的出現，先有技術的電動機具在許多缺點。目前使用的電動機，多數都是容量過大或效率不高。因此電費賬單往往比實際需要的還多，這不外是由于電動機效率不高、用電量大和功率因數（千瓦/千伏安）低等原因。眾所周知，功率因數與交流電壓交流電流之間的相位關系有關。公用事業公司通常是在功率因數低于0.85（當相同波形的電壓和電流完全同相時功率因數就等于1）時向用戶收取額外費用。

當電費率低時，這些缺點就不象現在這樣重要。電力需求量（所需的總的有效電功率，但不一定是從線路上所用的）和功率因數罰款往往等于或高于基本電費。

目前先有技術中效率最高的單相感應電動機是固定分相的電容器結構，但它們轉矩特性低，而且只有當直接相繞組的磁場為輔助相繞組的磁場所平衡且它們各自的電流位移為90度時效率才高。在多數分相電容器電動機中，一個大的定子繞組是直接接到電源端子上，與電容器串聯的較小輔助繞組也跨接在輸入端兩端。兩定子繞組之間電流90度的位移只存在于設計負荷中;在其它負荷點上則存在磁通不成比例的分布情況，這促使轉子和定子中產生負序電流，在氣隙中產生空間諧波（例如氣隙中磁通分布不呈正弦形的程度）和在定子端部線匝形成高漏抗。例如，相電壓不平衡達3%數量級時會使電動機的損耗增加15%至20%。

這種情況并不局限于單相電動機，多相電動機中當多相電壓的供應出現不平衡時，這種現象也很普遍。單相和多相電動機中的這些損耗會使絕緣惡化，因轉子過熱而縮短軸承的使用壽命，除了過熱，不平衡會引起磁致伸縮噪音并使工作特性變差，這些都可從表一中看出。

另一個顯著的缺點出現在新電動機的制造中。目前工程技術人員都把焦點集中在設計容差上，試圖提高電動機的效率，制造出一種更能承受因環境變化和軸承磨損所引起的故障的電動機。有人試圖將串聯諧振繞組與相繞組結合起來，建立一個平衡的條件，但這種調諧情況只適用于很窄的頻譜范圍，在某些負荷點上，循環諧波電流增加，效率下降到標準設計效率以下。

感應電動機和發電機只有當容量與負荷匹配且線電壓平衡時，效率才高。當在低于設計負荷下或系統不平衡情況下運行時就會出現磁極磁性不成比例的情況，這促使轉子和定子中產生負序電流，氣隙中產生空間諧波，且因相繞組中出現的大電流而產生高漏抗。此外，3%數量級的不平衡會促使電動機或發電機的損耗增加15%至20%。這會縮短絕緣和軸承的使用壽命，并產生以磁致伸縮噪音增加和工作特性差的表現形式的不平衡現象。也有人試圖將串聯諧振繞組與相繞組結合起來在電動機中建立一個平衡的受控條件，但這種調諧情況適用很窄的頻譜范圍，在某些負荷點下循環諧波電流增加，同時效率下降到低于標準設計的效率以下。

本發明公開的是單相電動發電機，可以是一個電動機或是一個發電機，該電機有一個可轉動的轉子，通常配置在為空心圓柱形固定定子所界定的內部空間中。轉子和定子都具有彼此面對面配置的許多槽，繞組即配置在這些槽中。轉子繞組兩端可以彼此連接起來形成鼠籠狀或通過滑環引出機外。在定子中，兩繞組在電氣上串聯連接，沿圓周安置在空心定子鐵心內周圍表面，形成磁極。一個電容器與一個繞組并聯連接， 再將此組合體與第二繞組串聯聯接。電容器應取這樣的大小，使得該電容器與第二繞組形成準串聯諧振電路，與第一繞組形成準并聯諧振電路。串聯聯接的諸定子繞組跨接在單相或多相電源輸入端子上。

電動機接上電源時，產生一個平衡旋轉磁場，其中電路的品質因數Q不斷地由轉子繞組的導納進行調節。由于準串聯諧振電路與準并聯諧振電路之間的相互作用，以磁通的形式傳遞到轉子上的積累的能量通過其中一個定子繞組返回，且在磁場消失時，產生的電壓就儲存在電容器中。這是由于，例如，轉子上負荷轉矩的減少引起的。換句話說，當要求轉子更高的轉矩時，電容器就把所儲存的能量傳遞到適當的繞組上，以補償額外的電需求量，并使磁通保持平衡分布狀態，沿圍繞轉子圓周地轉動。

從交流電源產生轉矩的方法包括以下步驟：形成準雙諧振電路，該電路包括一與其中一個電感元件并聯的電容元件，此組合體再與另一個電感元件串聯，提供一個適宜傳遞轉矩的可轉動電感元件;往兩串聯聯接的固定電感元件兩端通電，磁耦合所有電感元件，并借助上述有關準串聯和準并聯諧振電路的原理產生一平衡的旋轉磁通波。