一种可多级倍频调速的绕组多抽头电机及其抽头接法制造技术

本发明专利技术公开了一种可多级倍频调速的绕组多抽头电机，包括有电机中的电机U相绕组、电机V相绕组和W相绕组，所述电机U相绕组、所述电机V相绕组和所述W相绕组的总匝数均为N匝，所述电机U相绕组中的包括有U相第一抽头、U相第二抽头、U相第三抽头至U相第n抽头，所述电机V相绕组中包括有V相第一抽头、V相第二抽头、V相第三抽头至V相第n抽头，所述W相绕组中包括有W相第一抽头、W相第二抽头、W相第三抽头至W相第n抽头；本发明专利技术通过绕组切换仅改变电机转速，实现低速大扭矩输出，高速小扭矩输出，对绕组抽头数量及抽头的线圈匝数进行多种分配，实现多级倍频倍速，电机转速高低，保证反电势值在电源电压值附近且小于电源电压值。源电压值附近且小于电源电压值。源电压值附近且小于电源电压值。

【技术实现步骤摘要】
一种可多级倍频调速的绕组多抽头电机及其抽头接法


[0001]本专利技术属于绕组多抽头电机
，具体涉及一种可多级倍频调速的绕组多抽头电机及其抽头接法。

技术介绍

[0002]在工业应用中为满足设备对输出扭矩及转速的需求，多采用电机+齿轮变速箱的传动方式，如大型立车的工作转台、卧车床头箱、汽车变速箱等，通过变速箱变档的方式匹配扭矩和转速。此类设备负载特点是在粗加工时刀具吃刀深度较大，需要输出较大扭矩以克服刀具切削力，此时转台转速较低，具有低速大扭矩的负载特点；在精加工时刀具吃刀深度较小，只需要较小扭矩即可克服刀具切削力，此时转台转速较高，具有高速小扭矩的特点。其最大、最小转速比可达10倍以上，对应扭矩比例约1：10左右。电动汽车也具有类似的负载特点，即车辆起动时速度较低，此时需要大扭矩输出达到加速目的；在车辆达到一定速度后，车辆维持高速运行，输出扭矩较小。
[0003]一般设备装机的电机功率一定，为了匹配此类大速比、大扭矩比设备的驱动需求，多从以下几个方面入手：
[0004]1.采用变速箱匹配转速与扭矩，不同档位对应不同的转速和扭矩。采用变速箱调速的特点是降速后输出扭矩反比例增大，升速后输出扭矩反比例减小。其不足是变速箱需要多个档位切换，体积较大、有一定的机械损耗、齿轮箱需要维护。
[0005]2.采用变频器对电机进行变频调速控制。变频调速的特点是电机额定频率以下属于恒扭矩调速，额定频率以上属于恒功率调速。额定频率以下，电机输出扭矩为额定扭矩，此时改变频率只能实现变速目的，扭矩不变。额定频率以上，电机进入弱磁升速区域，电机在额定转速以上运行，此时电机功率维持额定功率输出，随着转速上升电机输出扭矩反比例下降。其不足是，变频调速不具有齿轮箱那样降速后反比例增加输出扭矩的特点。另外，弱磁超速比例有限，当电机转速超过额定转速升速，电机绕组中的感应反电动势增加，当反电势值超过电源电压后需进行弱磁控制以减小磁场幅值，保持反电势值在电源电压附近且小于电源电压。一般弱磁升速的最高转速仅为额定转速2倍左右，且随着转速升高电机力能指标、功率因数和效率下降明显。对于永磁电机存在弱磁困难、磁钢失磁等问题。
[0006]3.异步电机变极调速。对于异步电机可以通过改变定子绕组极数改变电机转速，再结合变频能够实现变速。其不足是绕组只能完成一次变极，变极后转速、扭矩有较大阶跃。且在每种情况下的变频调速仍收到变频调速特点的限制。另外对于永磁同步电机由于转子磁场由永磁体产生不能变极，因此永磁电机不能使用变极调速。
[0007]4.电机多支路设计，通过多条支路串、并联实现倍频、倍速运行。根据电机设计原理可将电机绕组设计为多条支路结构，根据实际情况不同电机支路数不尽相同，并联支路数一般≤3条。多支路能够实现支路数值比的增速或减速，再结合变频进行调速，其不足是变极后转速、扭矩有较大阶跃。且在每种情况下的变频调速仍受到变频调速特点的限制。
[0008]在一般的驱动应用中，将上述几种调速技术相结合使用以满足应用需求，但各种
方式自身均存在一定的局限性，主要体现在：1.采用变速箱后体积大、传动效率降低、需要维护；2.弱磁调速导致电机性能下降明显，电机不应在弱磁区域长时间运行；3.变极、变支路方法调速范围有限；且输出扭矩和转速特性曲线不连续，在整个转速区域内节点数量少，具有较大阶跃。
[0009]本专利技术提出一种可多级倍频倍速的绕组多抽头电机及其抽头接法，将电机绕组N匝线圈设计为多抽头结构，根据电机实际转速和扭矩的需求调整绕组抽头的连接方式，决定串入绕组中线圈数匝数的多少。
[0010]当电机转速高时每个线圈反电势值高，此时每相绕组连接的抽头少，总的线圈匝数少；当电机转速低时每个线圈的反电势值低，此时每相绕组连接的抽头多，总的线圈匝数多。其目的是不论电机转速高低，都保证反电势值在电源电压值附近且小于电源电压值，确保电机具有较高功率因数和效率。传统机械装备装机电机功率不变，为了获得低速下大扭矩输出，高速下小扭矩输出必须配备变速箱使用。本专利所述电机额定功率不变，低速时具有大扭矩输出特点，高速具有小扭矩的特点，与变速箱负载特性一致，可取消变速箱，对设备进行直接驱动。本技术方案对电机绕组进行多抽头处理，不受电机机型限制，不论感应电机、永磁同步电机等均可采用。由于绕组可以设计为多个抽头，实现了电机多级倍速倍频，因此电机输出转速和扭矩阶跃较小，结合变频控制后壳实现全速度区域内转速扭矩平滑过渡。同时可通过增加抽头数量实现多机倍速倍频，极大的减小了对弱磁的依赖，使得电机全转速范围内均具有优良的转速转矩特性及能效指标。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的在于提供一种可多级倍频调速的绕组多抽头电机及其抽头接法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0012]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种可多级倍频调速的绕组多抽头电机，包括有电机中的电机U相绕组、电机V相绕组和W相绕组，所述电机U相绕组、所述电机V相绕组和所述W相绕组的总匝数均为N匝；
[0013]所述电机U相绕组中的包括有U相第一抽头、U相第二抽头、U相第三抽头至U相第n抽头，所述U相第一抽头的匝数为n1，且首端为U1，尾端为U1
’
，所述U相第二抽头的匝数为n2，且抽头首端为U2，尾端为U2
’
，所述U相第三抽头的匝数为n3，且抽头首端为U3，尾端为U3
’
，所述U相第n抽头的匝数为nn，且抽头首端为Un，尾端为Un
’
；
[0014]所述电机V相绕组中包括有V相第一抽头、V相第二抽头、V相第三抽头至V相第n抽头，所述V相第一抽头的匝数为n1，且抽头首端为V1，尾端为V1
’
，所述V相第二抽头的匝数为n2，且抽头首端为V2，尾端为V2
’
，所述V相第三抽头的匝数为n3，且抽头首端为V3，尾端为V3
’
，所述V相第n抽头的匝数为nn，且抽头首端为Vn，尾端为Vn
’
；
[0015]所述W相绕组中包括有W相第一抽头、W相第二抽头、W相第三抽头至W相第n抽头，所述W相第一抽头的匝数为n1，且抽头首端为W1，尾端为W1
’
，所述W相第二抽头的匝数为n2，且抽头首端为W2，尾端为W2
’
，所述W相第三抽头的匝数为n3，且抽头首端为W3，尾端为W3
’
，所述W相第n抽头的匝数为nn，且抽头首端为Wn，尾端为Wn
’
；
[0016]其中，n1≥1、n2≥1、n3≥1、
…
nn≥1，且n1+n2+n3+
…
+nn＝N。
[0017]优选的，所述电机U相绕组、所述电机V相绕组和所述W相绕组的反电势与电机转速
成正比，与绕组线圈匝数成正比。
[0018]优选的，所述反电势要小于电源电压，若所述反电势要大于所述电源电压，则电机进入弱磁区域，必须通过削弱磁场保证所述反电势小于所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可多级倍频调速的绕组多抽头电机，其特征在于：包括有电机中的电机U相绕组(1)、电机V相绕组(2)和W相绕组(3)，所述电机U相绕组(1)、所述电机V相绕组(2)和所述W相绕组(3)的总匝数均为N匝；所述电机U相绕组(1)中的包括有U相第一抽头(11)、U相第二抽头(12)、U相第三抽头(13)至U相第n抽头(14)，所述U相第一抽头(11)的匝数为n1，且首端为U1，尾端为U1
’
，所述U相第二抽头(12)的匝数为n2，且抽头首端为U2，尾端为U2
’
，所述U相第三抽头(13)的匝数为n3，且抽头首端为U3，尾端为U3
’
，所述U相第n抽头(14)的匝数为nn，且抽头首端为Un，尾端为Un
’
；所述电机V相绕组(2)中包括有V相第一抽头(21)、V相第二抽头(22)、V相第三抽头(23)至V相第n抽头(24)，所述V相第一抽头(21)的匝数为n1，且抽头首端为V1，尾端为V1
’
，所述V相第二抽头(22)的匝数为n2，且抽头首端为V2，尾端为V2
’
，所述V相第三抽头(23)的匝数为n3，且抽头首端为V3，尾端为V3
’
，所述V相第n抽头(24)的匝数为nn，且抽头首端为Vn，尾端为Vn
’
；所述W相绕组(3)中包括有W相第一抽头(31)、W相第二抽头(32)、W相第三抽头(33)至W相第n抽头(34)，所述W相第一抽头(31)的匝数为n1，且抽头首端为W1，尾端为W1
’
，所述W相第二抽头(32)的匝数为n2，且抽头首端为W2，尾端为W2
’
，所述W相第三抽头(33)的匝数为n3，且抽头首端为W3，尾端为W3
’
，所述W相第n抽头(34)的匝数为nn，且抽头首端为Wn，尾端为Wn
’
；其中，n1≥1、n2≥1、n3≥1、
…
nn≥1，且n1+n2+n3+
…
+nn＝N。2.根据权利要求1所述的一种可多级倍频调速的绕组多抽头电机，其特征在于：所述电机U相绕组(1)、所述电机V相绕组(2)和所述W相绕组(3)的反电势与电机转速成正比，与绕组线圈匝数成正比。3.根据权利要求2所述的一种可多级倍频调速的绕组多抽头电机，其特征在于：所述反电势要小于电源电压，若所述反电势要大于所述电源电压，则电机进入弱磁区域，必须通过削弱磁场保证所述反电势小于所述电源电压，弱磁深度越深电机性能下降越严重，因此当电机倍频倍速运行时，必须将接入绕组的总的线圈匝数进行反比例减少，即通过减少接入绕组抽头的数量来维持反电势不变，保持电机高效运行。4.根据权利要求1所述的一种可多级倍频调速的绕组多抽头电机，其特征在于：所述电机U相绕组(1)、所述电机V相绕组(2)和所述W相绕组(3)采用Y型绕组接法，单抽头情况下所述U相第一抽头(11)、所述V相第一抽头(21)和所述W相第一抽头(31)的首端所述U1、所述V1和所述W1连接为电机绕组星点，且尾端的所述U1
’
、所述V1
’
和所述W1
’
分别电性连接至电源A、B、C；两个抽头情况下所述U相第一抽头(11)、所述V相第一抽头(21)和所述W相第一抽头(31)的首端所述U1、所述V1和所述W1连接为电机绕组星点，且尾端所述U1
’
、所述V1
’
和所述W1
’
分别电性连接至所述U相第二抽头(12)、所述V相第二抽头(22)和所述W相第二抽头(32)的首端所述U2、所述V2和所述W2上，且尾端所述U2
’
、所述V2
’
和所述W2
’
连接至电源A、B、C，多个抽头情况以此例推。5.根据权利要求4所述的一种可多级倍频调速的绕组多抽头电机，其特征在于：所述电机U相绕组(1)、所述电机V相绕组(2)和所述W相绕组(3)在电机低速运行时，每相绕组的所有线圈首尾相连全部接入电源，随着电机转速升高，根据实际需要对电机绕组进行切除，使
接入电源绕组数量依次减少。6.根据权利要求1所述的一种可多级倍频调速的绕组多抽头电机，其特征在于：所述电机U相绕组(1)、所述电机V相绕组(2)和所述W相绕组(3)三角型绕组接法，单抽头情况下所述电机U相绕...

【专利技术属性】
技术研发人员：于建英，刘静，
申请(专利权)人：常州工学院，
类型：发明
国别省市：