一種多繞組電動機及其智能控制器制造技術

一種多繞組電動機及其智能控制器。本發明專利技術屬電動機制造和電動機控制技術領域，其多繞組電動機主要由轉子、定子、定子繞組和接線端子組成，定子繞組采用相同匝數和相同的接線方法并鑲嵌在同一定子鐵芯線槽內，定子繞組的各個電源接線端分別單獨引出；其智能控制器根據傳感器的負載信號與電動機運行狀態信息進行數學解析和優化處理后，分別控制多個切換開關的接通與分斷，實現多繞組電動機的軟啟動、軟停止和在運行中自動跟蹤負載調控輸入功率而獲得較高的節電效果，并且不產生諧波干擾，不污染電源，此外，多繞組電動機及其智能控制器還具有聲光報警電路和通訊端口，可實現與計算機控制系統或智能電網的連接。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬電動機制造和電動機控制

技術介紹
鼠籠式異步電動機(以下稱電動機)，是使用最廣泛、使用量最多、消耗電量最多 的電器設備。電動機雖然具有造價低，結構簡單，運行可靠的優點，但電動機在不增加輔助 啟動設備的條件下只能全壓啟動，起動電流大，輕載時運行效率和功率因數低。在已知的電動機制造技術方法及已公布的與電動機制造方法有關的專利中，雖然 有改變其極數及電源電壓來改變額定容量的方案，但更改的范圍大，技術難度較高，所需的 成本高，影響了推廣和使用。因此，為了減少電動機的起動電流，需要采用星——三角起動 方式或自耦降壓起動方式。采用星——三角起動方式雖然具有成本低的優點，但由于啟動電流與工作電流只 能保持一個固定的比值，故一般只適用于較小功率的電動機。自耦降壓啟動器的降壓起動 方式雖然可用于較大功率的電動機，但自耦降壓起動器設備體積龐大，自身耗電較大，綜合 成本偏高，浪費較多的銅、硅鋼片及絕緣材料，只能用于電動機的啟動過程，不能符合低碳 和節能的要求。隨著電子技術的發展，特別是大功率半導體技術的發展，出現了采用功率半導體 元件的軟啟動器和變頻器。軟啟動器不僅具有平滑的軟啟動功能，而且具有相同的軟停止 功能，對提高電動機的使用壽命是有益的。而采用變頻器技術啟動和控制電動機不僅具有 軟啟動、軟停止功能，而且還具有變頻調速功能，配合傳感器較好地解決了頻繁變化負載的 節約電能問題，正在普及和推廣使用，但其成本高，價格貴，使推廣使用受到一定限制，并且 采用軟啟動器或變頻器容易產生較多的諧波干擾，導致電源的質量下降，對電源的危害很 大，并且難于治理。CN2243138Y可變容量三相異步電動機，用改變定子繞組的接線方式的方法改變了 電動機的額定容量，起動時以小容量方式起動，在負載重時以大容量方式運行，負載輕時以 小容量方式運行，提高了電動機在不同的負載下都具有較高的效率和功率因數，達到了節 約電能的目的。但這種方法的繞組的數量較少，繞組的使用效率低，其啟動或運行電流的連 續調控性能低，因此，其調控精度較差。CN1641972A自變功率電動機，雖然具有自變功率的節電特點，但其電機制造繁瑣， 內部要配接較大的電容移相，沒有解決啟動過程的大電流沖擊，因此，不利于廣泛推廣使用。CN101136572A雙繞組異步電動機，為了解決電動機交流變頻調速成本高，提供一 種較低成本的雙繞組異步電動機方案。但因其繞組變動較大，還需要功率半導體元件進行 控制，容易產生諧波干擾，且只有50% 100%的調速范圍，不具備明顯的優勢和推廣價值。綜上所述，此前的電動機節電方法中采用多繞組定子的案例都未能對其多個定子繞組進行優化處理，因而其軟啟動特性并不連續和平滑，其運行的節電調控精度較差，電動 機的接線端子過多，成本較高，不利于大范圍推廣，而其軟啟動特性無法與軟啟動器或變頻 器相媲美。
技術實現思路
本專利技術目的在于提供一種沿用原有的電動機生產工藝和生產方法即可生產的低 成本多繞組電動機1及其智能控制器2，在原電動機的鐵心槽數、極數、結構均不做改變的 條件下，通過智能控制器2對多繞組電動機1的多個定子繞組n的數學解析與智能控制，不 僅具有相對平滑的軟啟動、軟停止功能，而且具有高效的根據負載自動調整工作電流的節 電功能，使多繞組電動機1與智能控制器2組成有機的拖動與控制系統，智能控制器2根據 負載傳感器4的電流信號適時做出多繞組電動機1的多個定子繞組n的組合控制和切換， 從而充分提高多繞組電動機1的運行效率與功率因數，以達到電動機節能和軟啟動、軟停 止的目的。本專利技術的多繞組電動機1及其智能控制器2組成的自動拖動控制系統，具有低成 本的軟啟動、軟停止和跟蹤負載的可變功率自動調整性能。其多繞組電動機1在低成本的 條件下，將原有的單繞組或多繞組并聯的電動機變換為按電動機最大額定電流Ir數學解 析的等比或等差比例分配的多繞組電動機，并分別單獨引出多個定子繞組n的接線端，然 后，由智能控制器2對其多個定子繞組n進行數學解析與智能控制，對于線徑較粗的多個定 子繞組n仍可采用多個相同匝數的線徑較細繞組并聯的方式，其并聯后仍作為一組單獨的 繞組引出。多繞組電動機1的多個定子繞組n采用等比級數數學解析的智能控制，在于能夠 以最少的多個定子繞組n的組數，獲得最多的電流調控級數，從而獲得更精確、更平滑的軟 啟動、軟停止特性，同時也能獲得較高精度的電動機跟蹤負載變化的調控特性，獲得更理想 的節能效果。多繞組電動機1的多個定子繞組n采用等比級數數學解析的智能控制，還可以提 高工藝效率，降低制造成本和便于實現多個切換開關m的優化控制，如選取繞組n = 3的額 定電流1/2/4等比級數，可實現從0 100%的8級連續調控；選取繞組n = 4的額定電流 的1/2/4/8等比級數，能實現從0 100%的16級連續調控，從而省去體積龐大而笨重的自 耦降壓啟動器，并且實現軟啟動和軟停止，在運行中自動跟蹤負載變化調控多個定子繞組n 的額定電流Irl Irn，從而獲得良好的動態調節特性和較高的節電效果。在相同的繞組n = 4的情況下，按等比級數數學解析可獲得16級調控，按等差級 數數學解析僅有10級調控，而按均等的4個繞組只能有4級調控，因此，多個定子繞組n不 進行優化的智能控制很難獲得高精度的調控性能。本專利技術的多繞組電動機及其智能控制器，由于不使用大電流半導體元件，因此也 不產生高次諧波干擾，不對電源產生污染，節約電能、保護環境、降低碳排放。采用等比級數數學解析的多繞組電動機1，用三組繞組即可實現從0 100%的8 級連續調控，調控速率按14. 3%連續遞增至100%，或從100%按14. 3%的速率連續遞降至 0，這對于星——三角啟動和自耦降壓啟動方式是無法比擬的，在工程上已經能滿足一般的 軟啟動需求。如果選取繞組n = 4可獲得1/2/4/8的16級等比級數，實現從0 100%的16級 連續調控，調控速率按6. 7 %連續遞增至100 %，或從100 %按6. 7 %速率連續遞降至0，獲得 了較高的調控精度。雖然本專利技術的軟啟動、軟停止方法是屬于有級的調控方法，但由于可以 選擇較多的級數，加之遞升或遞降過渡時間的平滑作用，其軟啟動、軟停止的連續調控特性 還是可以與電子軟啟動器、變頻器的調控特性相媲美的，能滿足較高的軟啟動、軟停止調控 需求和獲得較高節電效果。采用本專利技術智能控制器2的控制方法，其綜合控制成本與采用星——三角啟動的 控制方法基本相當，具有極高的使用推廣價值，能以低成本、低價格、高性能、無電磁諧波污 染的綠色環保性能廣泛替代星——三角啟動器、自耦降壓啟動器、軟啟動器、變頻器等。為了充分發揮多繞組電動機1的功率調控特性和開發其軟啟動、軟停止功能，本 專利技術的智能控制器2采用以單片機IC1為控制核心的電子控制系統，該電子控制系統包括 有負載電流檢測、顯示、鍵盤、多個切換開關m及驅動電路組成。智能控制器2至少有一組根據負載電流信號對多個開關進行切換控制，其自動切 換控制由單片機IC1運行其程序存儲器內的軟件程序自動輸出切換控制信號，再由多個切 換開關m完成多繞組電動機1的多個定子繞組n切換并實現節能運行，使節能電動機在輕 載時，自動切換至低電流繞組，使之與負載電流相匹配本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種多繞組電動機及其智能控制器，由多繞組電動機（１）和智能控制器（２）組成，其多繞組電動機（１）主要由轉子、定子、殼體、定子繞組（ｎ）和接線端子（３）組成，智能控制器（２）與負載傳感器（４）、多個切換開關（ｍ）組成多繞組電動機（１）的自動控制系統，由智能控制器（２）根據負載傳感器（４）的負載電流信號與電動機運行狀態信息的比較運算和數學解析優化處理，分別控制多個切換開關（ｍ）的接通與分斷，其特征在于：所述多繞組電動機（１）的定子繞組是在其同一定子鐵芯線槽內鑲嵌各自相互獨立的多個定子繞組（ｎ）構成，多個定子繞組（ｎ）的總電流為電動機的最大額定電流（Ｉｒ），多個定子繞組（ｎ）的額定電流（Ｉｒ↓［１］～Ｉｒ↓［ｎ］）分別按最大額定電流（Ｉｒ）等比級數的數學解析結果選取，也可采用等差級數的數學解析結果選取，以完成多個定子繞組（ｎ）的額定電流（Ｉｒ↓［１］～Ｉｒ↓［ｎ］）的優化處理；多個定子繞組（ｎ）采用相同的接線方法和匝數，其多個定子繞組（ｎ）的線徑分別對應多個定子繞組（ｎ）的額定電流（Ｉｒ↓［１］～Ｉｒ↓［ｎ］），多個定子繞組（ｎ）的各個電源接線分別引出至接線端子（３），所述多繞組電動機（１）的多個定子繞組（ｎ）的數學優化處理方法適用于單相或多相電動機；所述多繞組電動機（１）的智能控制器（２）根據負載信號大小，也即負載的輕重，分別控制多個切換開關（ｍ）的接通與分斷；多個切換開關（ｍ）的接通與分斷可設定為手動控制，以滿足人工操作的需要。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張世興，
申請(專利權)人：張世興，
類型：發明
國別省市：11[中國|北京]