專利名稱：三相交流變速電機的制作方法
技術領域：
本發明涉及電機電工領域里的電機調速技術。
背景技術：
電機是一種“機械能-電能-機械能”的轉換裝置，它們大都具有可逆性。在目前的電機中主要有同步電機及異步電機，它們都可用作于發電機(“機械能-電能”)或電動機(“電能-機械能”)。當它們用作發電機時，它們輸出的頻率都與它們的轉速成正比，因此要輸出固定頻率的交流電時，它們的轉速變化都必須固定在一個較小的范圍內，而不管它們的負載輕或重。通常這些機電能量轉換裝置消耗的能源是與它們的轉速成正比的，這樣無論是水力發電，火力發電，風力發電，或燃油發電，都存在有相當大的能源損失現象。當將電機用做電動機時，往往要求調速。目前可用的調速方法很多，如變頻調速，這種變頻調速的缺點是線路結構復雜，要求有高性能控制時，成本較高；特別是對大功率設備，性價比太不理想。對異步電機還可采用內反饋調速、調壓調速、水電阻調速或液力偶合器、電磁調速器來進行調速。這類調速技術均屬低效調速。如內反饋調速，其工作方式是從電機中取出多余的能量來調速，取出的能量再返回給電網。如中國發明專利CN2244266公開的“鼠籠異步電機串級調速裝置”，就是將鼠籠異步電機的定子繞組與由三相整流橋、平波電抗器、三相逆變橋及變壓器構成的變流裝置相連構成，通過調節三相逆變橋的觸發角，使輸入到電機的多余的能量經變流裝置回饋到供電電網來實現調速的。這類調速電機在應用中存在不少問題，如取出的能量返回給電網時對電網干擾大，造成諧波污染等。另外，取出能量又返回電網的換級環節也造成了能源浪費。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的上述缺點，提供一種結構簡單，能效高、性價比好的三相交流變速電機。
本發明的目的是通過給電機施加一個直流電壓和反相電動勢這一技術手段來實現的。
本三相交流變速電機由一交流電機本體和與交流電機本體的三個定子繞組的一端相接的直流電壓可變、輸出電壓可變、輸出相位可變的三相反相電動勢發生器所構成。
本三相交流變速電機的工作原理是我們知道，改變電機的理想空載角速度就可使電機既可作電動機又可作發電機使用。當電機理想空載角速度高于電機實際角速度時，輸入電能輸出機械能，電機成為電動機。當電機工作在理想空載角速度低于電機實際角速度時，輸入機械能輸出電能，電機成為發電機。本三相交流變速電機從電網獲得能量并將能量傳遞給反相電動勢發生器使之工作，在電動機狀態時，反相電動勢發生器產生一個與電機的電壓相反的、大小可調的反相電動勢并施加給電機，抵消掉一部份電網施加給電機的能量而達到對電機的電流進行調節，調節反相電動勢直流端電壓即可調節電機的理想空載角速度而實現調速的目的。當電機工作在發電機狀態時，通過反相電動勢發生器調節電機理想空載角速度與實際角速度之差即可調節發電量的大小。由于電機定子繞組始終接在交流電網上頻率未改變，通過反相電動勢發生器的調控保證了不論轉速如何改變，定子繞組的頻率始終保持不變，這樣就構成了變速恒頻發電機。改變三相反相電動勢的相位，即可改變電機的功率因素，提高電機的運行效率。
本三相交流變速電機可以做成鼠籠式異步電機或同步電機。對這類結構的電機，其交流電機本體為鼠籠式異步電機或同步電動機本體，反相電動勢發生器由三相逆變器所構成，即將現有的鼠籠式異步電機或同步電機的原連接在一起的三個定子繞組的末端(x)、(y)、(z)斷開后分別與三相逆變器的三個接入端(U)、(V)、(W)一一對應相連通，重新構成定子繞組的電通路。通過調節三相逆變器的開關順序和時間，即改變其輸出的電壓的脈沖寬度，則可使定子繞組上的電流電壓的相位角和電流電壓的大小以及施加給三相逆變器中的電容的充電電壓的大小均發生改變，利用逆變器相位差的改變，則可對該電容充電后再放電，控制直流電壓的大小即可間接改變理想空載角速度，電容放電時則使逆變器產生一個反相電動勢施加給電機繞組，控制反相電動勢的大小即可控制定子繞組兩端的電壓從而抵消掉一部份電網施加于電機的能量。
本三相交流變速電機也可以做成繞組轉子異步電機。對該結構形式的電機，其交流電機本體為繞組轉子異步電機本體，反相電動勢發生器由一個三相逆變器和一個整流器所構成，所述的電機本體的三個定子繞組的每一繞組的末端(x)、(y)、(z)分別與三相逆變器的三個接入端(U)、(V)、(W)一一對應相連通，所述的整流器的輸入端分別與交流電機的三個轉子滑環(A1)、(A2)、(A3)對應連接，整流器的輸出端與逆變器的直流端相接。工作時轉子繞組中的感應電動勢通過滑環輸入整流器，整流器將交流電整流成直流后送入三相逆變器，逆變器在將直流逆變成交流電的同時產生一個反相電動勢施加給電機定子繞組。也可以將繞組轉子異步電機的轉子繞組短接后構成普通異步電機，同樣可實現調速的目的。
對于高壓電機，如6KV、10KV電機，所述的反相電動勢發生器可由一個三相變壓器和一個三相逆變器所構成，變壓器的副邊分別接三個定子繞組，變壓器的原邊分別接逆變器的三個接入端。由變壓器來完成兩者間的接通和電壓的匹配。這樣做的好處是可利用低電壓的逆變器來控制高壓電機，大大節約成本。
本發明將原來的從電機取出能量返回電網的調速方式改為向電機施加一個反相電動勢以抵消一部份電機的能量和控制直流電壓的大小即可間接改變理想空載角速度的工作方式來達到調速，較之原有方案少了從電機取出能量又返回電網的換級環節，不僅節約了能源，還避免了對電網的各種不良影響。從結構上講更為簡單，制作更加容易，因而制造和使用成本大大降低，性價比大大提高。特別是作為發電機使用時，由于所發出的電的頻率可不受其轉速的影響，因而可免去原有的極為復雜和昂貴的變頻裝置部份。利用該特點，在火力發電、水力發電中可根據負荷的大小來調節發電機的轉速，達到節能的目的。用于風力發電時，由于擴大了轉速范圍，因而可提高電機的發電量。
以下結合實施例作對本發明的內容做更進一步的詳細說明，但本發明的內容不僅限于實施例中所涉及的內容。
圖1是本發明的實施例1的結構示意2是實施例2的結構示意3是實施例3的結構示意4是另一種形式的變壓器的接通示意5是采用自耦式變壓器的接通示意圖具體實施方式
實施例1如圖1所示，在本實施例中具體給出的是鼠籠式異步電機的結構形式。其交流電機本體1為鼠籠式異步電機或同步電動機本體，反相電動勢發生器2由三相逆變器所構成，具體做法是將現有的鼠籠式異步電機或同步電機的原連接在一起的三個定子繞組的末端x、y、z斷開后分別與三相逆變器的三個接入端U、V、W一一對應相連通。三相逆變器2可采用成都佳靈電氣制造有限公司研制的電壓型三相逆變器。來自電網的交流電源通過定子繞組輸給逆變器和向逆變器中的電容C充電，電容C的放電構成一反相電動勢施加給電機本體。
實施例2參見圖2，本實施例中具體給出的是繞組轉子異步電機的結構形式。其交流電機本體3為繞組轉子異步電機本體，反相電動勢發生器由一個三相逆變器5和一個整流器4所構成，電機本體3的三個定子繞組的每一繞組的末端x、y、z分別與三相逆變器5的三個接入端U、V、W一一對應相連通，整流器4的輸入端分別與交流電機的三個轉子滑環A1、A2、A3對應連接，整流器的輸出端與逆變器的直流端相接。
工作時轉子繞組中的感應電動勢通過滑環輸入整流器，整流器將交流電整流成直流后送入三相逆變器，逆變器在將直流逆變成交流電的同時產生一個反相電動勢施加給電機定子繞組。
實施例3參見圖3，本實施例與前實施例的不同之處是三相逆變器與三個定子繞組之間用一個三相變壓器6來接通。由變壓器來實現三相逆變器與三個定子繞組之間的接通的同時完成兩者間的電壓匹配。即所述的反相電動勢發生器由一個三相變壓器6和一個三相逆變器7所構成，變壓器的副邊分別接三個定子繞組的末端x、y、z，變壓器的原邊分別接逆變器的三個接入端U、V、W。
三相逆變器的三個接入端U、V、W也可通過變壓器接在三個定子繞組的前端X、Y、Z，參見圖4。
變壓器還可以采用自耦式變壓器8，參見圖5。
權利要求
1.三相交流變速電機，其特征是所述的三相交流變速電機由一交流電機本體和與交流電機本體的三個定子繞組的一端相接的直流電壓可變、輸出電壓可變、輸出相位可變的反相電動勢發生器所構成。
2.如權利要求1所述的三相交流變速電機，其特征是所述的交流電機本體為鼠籠式異步電機或同步電動機本體，所述的反相電動勢發生器由三相逆變器所構成，所述的電機本體的三個定子繞組的每一繞組的末端(x)、(y)、(z)分別與三相逆變器的三個接入端(U)、(V)、(W)一一對應相連通。
3.如權利要求1所述的三相交流變速電機，其特征是所述的交流電機本體為繞組轉子異步電機本體，所述的反相電動勢發生器由一三相逆變器和一整流器所構成，所述的電機本體的三個定子繞組的每一繞組的末端(x)、(y)、(z)分別與三相逆變器的三個接入端(U)、(V)、(W)一一對應相連通，所述的整流器的輸入端分別與交流電機的三個轉子滑環(A1)、(A2)、(A3)對應連接，整流器的輸出端與逆變器的直流端相接。
4.如權利要求1所述的三相交流變速電機，其特征是所述的反相電動勢發生器由一個三相變壓器和一個三相逆變器所構成，變壓器的副邊分別接三個定子繞組，變壓器的原邊分別接逆變器的三個接入端。
全文摘要
三相交流變速電機，涉及電機電工領域里的電機調速技術。所述的三相交流變速電機由一交流電機本體和與交流電機本體的三個定子繞組的一端相接的直流電壓可變、輸出電壓可變、輸出相位可變的反相電動勢發生器所構成。將原來的從電機取出能量返回電網的調速方式改為向電機施加一個反相電動勢以抵消一部分電機的能量和控制直流電壓的大小來改變理想空載角速度的工作方式來達到調速。較之原有方案少了從電機取出能量又返回電網的換級環節，節約了能源，還避免了對電網的各種不良影響，結構更為簡單，制作更加容易，制造和使用成本大大降低。
文檔編號H02K53/00GK1558534SQ20041002169
公開日2004年12月29日 申請日期2004年1月18日 優先權日2004年1月18日
發明者吳加林 申請人:吳加林