專利名稱：無刷分級調速直流電動機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電機。
在機械換向直流電動機范疇，近來出現了一種變刷分級調速直流電動機，(見圖2)，這種變刷分級調速直流電動機雖然比較節(jié)能，壽命較長，換向火花小，但畢竟還有機械接觸和換向火花，見中國專利91104009.9。
本發(fā)明的目的是提供一種無機械接觸，無換向火花的新型電子換向開關分級調速的直流電動機。
本發(fā)明的另一目的是提供一種混合調速方法，即電機負載的恒定部分T。由電子換向開關電路進行調節(jié)，脈動部分±δT由常規(guī)脈寬調制電路進行調節(jié)。
本發(fā)明的重要特點是多套彼此獨立的三相集中整距星接電樞繞組或中心抽頭單相電樞繞組分別接在對應的電子換向開關電路上，所說的電子換向開關依次遞減斷電，實施分級調速。
本發(fā)明無換向火花，無機械接觸，調速性能好，且可實施混合調速，降低了電機的成本和體積。


圖1為直流電動機的一組既變機械特性斜率又變空載轉速的機械特性族。
圖2為二對極變刷雙星接三相繞組的有刷機械換向直流電動機原理圖。
圖3為多套星接三相繞組全波運行的橋式電子換向功率開關電路無刷電動機原理圖。
圖4為多套星接三相繞組半波運行的電子換向功率開關電路無刷電動機原理圖。
圖5為無刷調速穩(wěn)速直流電動機原理圖。
由圖1知，并激直流電動機，特別是永磁直流電動機，當電樞繞組匝數不變以及電樞回路電阻改變時可獲得不變空載轉速和只變機械特性斜率的一組機械特性族。若該電機帶動一個恒轉矩的負載，則和機械特性族有許多交點，這表明電機可有多個穩(wěn)定工作轉速。持P2特性的電動機工作在n2轉速，以及持P1特性的則工作在n1轉速。如果電機具有多套不同繞組參數的三相星接電樞繞組，則在供電電壓不變時，繞組匝數多的那套電子換向電路工作時的電機空載轉速勢必降低，和堵轉轉矩增加。如圖1中的n。從而又可獲得新的一組變斜率機械特性族。持P4特性的工作轉速為n4，持P3特性的工作轉速為n3。
圖3的無刷直流電機，兩極，有兩套電子換向功率開關，每個功率開關只通電1/3周期，不同電路中電源正端開關和電源負端開關的重疊通電時間為1/6周期。從圖3可見，任一個功率開關停止工作，一周內就有1/3周期時間，電樞繞組不產生轉矩。同名端兩個功率開關停止工作時，一周內就有2/3周期時間，電樞繞組不產生轉矩。余此類推。顯然，電子換向無刷電機也有和機械換向有刷電機類似之處，為了使電機正常的啟動和工作，留出一套完整的電子換向功率開關電路不參加調速運行是必要的。特殊運行程序情況例外，例如先全速啟動，爾后將轉速調低。
圖3中電機，在每套每相繞組參數相同條件下，其中一套換向功率開關電路運行時，其轉矩為T＝TN，例如PA，PB、PC和nA、nB、nC正常工作。
兩套換向功率開關電路全正常工作時，電機的堵轉轉矩為T2p＝2TN爾后同名換向功率開關依次遞減退出工作，例如將nx開關斷電，則堵轉轉矩減小成為T5＝(1+2/3)TN＝5/3TN在nx和ny斷開退出工作時，堵轉轉矩繼續(xù)減小為T4＝(1+1/3)TN＝4/3TN在nx和ny，nZ都退出工作時，堵轉轉矩變成T3＝TN具體工作狀態(tài)如下，每套電子換向開關線路中有三條電的通路。每條電路中有兩個彼此間隔六分之一周期才可通三分之一電周期的電子換向開關。在此兩個開關中間接一相電機電樞繞組，各組同名換向開關輪流依次導通三分之一周期。關斷三分之二周期，如圖3所示的無刷電機原理結線中。正極開關PA的1/3周期工作中，在前1/6周期，它和B電路中的負極開關nB一起通電，在后1/6周期，它和C電路中的負極開關nc一起通電;而同一A電路中的負極開關nA要等到PA斷電1/6周期后方可開始工作，共1/3周期，這時，在前1/6周期，它和B電路正極開關P8一起通電，在后1/6周期，它和C電路中的正極開關PC一起通電。其他開關的工作情況，依此類推。
圖4是本發(fā)明的又一實施例。半波運行的多套電子換向功率開關電路無刷電動機實施例。無限多組三相星接電樞繞組，加上無限多套電子換向功率開關電路。具有3(n-1)+1條不同低斜率的機械特性可調同樣多個轉速。即3(n-1)+1檔轉速。
無刷電機的混合調速方法，無刷電機得天獨厚的條件是可直接利用電子換向功率開關電路作為調速電路的執(zhí)行器件，來部分降低調速器成本和體積，或者在利用較低功率的開關來控制較大容量的無刷電機，其不利因素是無刷電機用高性能永磁體激磁，不能利用磁場調節(jié)轉速的方法，因此又增高了調速機構的功率和成本。本發(fā)明目的之一，混合調速方法就是由此而來的。例T1的電機負載可分成兩部分，其中To部分由P3機械特性滿足，見圖1，即用變電子換向開關電路來解決，余下脈動部分±δT，即采用常規(guī)的脈寬調制(PWM)電路解決。這樣，既可降低調速器的成本和體積，又可提高調速電機的效率。
圖5是混合調速方法的一個實施例。無刷調速穩(wěn)速直流電動機，共有2P＝8個磁極N1，N2，N3，N4和S1，S2，S3，S4;并有兩套中心抽頭的單相繞組A，B及X，Y。各單相繞組匝數Wb及WY和線徑均為任意。各單相繞組間的電相位差Pθ也是任意的，它們與各自相應的二次電子換向功率開關組PA，PB和Px，Py電路連結，整個換向電路可用一個換向位置傳感器，其余的可用自身的反電勢反饋換向以取代位置傳感器換向，換向周期為半個電周期180°，利用定子鐵芯上磁不對稱來定位以避開啟動死區(qū)。當電機運行速比大時，可以選用不同的繞組匝數比來滿足需要。電機工作速度的穩(wěn)定控制則靠脈寬調制(PWM)鎖相穩(wěn)速電路去控制主電路中的功率調整管T來達到，PWM系統(tǒng)中鑒頻鑒相器的輸入FR為基準信號頻率，FV為測速信號頻率。PWM系統(tǒng)中，工作最穩(wěn)定最可靠時的脈寬占空比約為1∶1左右。這在一個大速比為100∶5000每分鐘的多速穩(wěn)速常規(guī)無刷電機不變電源電壓的驅動裝置之中是難以做到的。但利用本發(fā)明的構思后，問題就容易解決了。高速運行時用繞組匝數少的那一套電子換向功率電路，低速運行時則用繞組匝數多的那一套電子換向功率電路。并在調速穩(wěn)速系統(tǒng)中將負載轉矩中的恒定分量To和波動分量δT分開來處理。即其恒定分量To由本發(fā)明的分級調速穩(wěn)速轉矩來平衡。波動部分則由PWM鎖相穩(wěn)速器來補償。這樣一來，就可使PWM鎖相穩(wěn)速器的功率大大縮小，轉速調節(jié)品質大大改善。
權利要求
1.無刷分級調速直流電動機其特征為多套彼此獨立的三相集中整距星接電樞繞組或中心抽頭單相電樞繞組分別接在對應的電子換向開關電路上，所說的電子換向開關，依次遞減斷電，實施分級調速。
2.按權利要求1所述的無刷分級調速直流電動機其特征為各套獨立的三相集中整距星接電樞繞組的參數和各套中的同名相間相位可以是相同的，也可以是不同的，并且電機極對數也無限制。
3.無刷分級調速直流電動機的混合調速方法其特征是電子換向開關電路上接常規(guī)脈寬調制電路而成混合調速，所說的混合調速是電機負載的恒定部分由電子換向開關電路進行調速，其脈動部分由常規(guī)脈寬調制電路進行調速。
全文摘要
無刷分級調速直流電動機，由多套彼此獨立的三相集中整距星形電樞繞組或中心抽頭單相電樞繞組分別接在對應的電子換向開關電路上，所說的電子換向開關依次遞減斷電，實施分級調速。本發(fā)明無換向火花，無機械接觸，調速性能好，可實施混合調速。
文檔編號H02K29/00GK1061876SQ9210007
公開日1992年6月10日 申請日期1992年1月14日 優(yōu)先權日1992年1月14日
發(fā)明者韋文德 申請人:中國科學院電工研究所