專利名稱：一種開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置，特別涉及開關(guān)磁阻電 動(dòng)機(jī)中定子線圈的接法和對(duì)電動(dòng)機(jī)繞組的驅(qū)動(dòng)方式。
背景技術(shù)：
開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、功率電路、角位移傳感器和控制 電路等四部份組成，由于性能優(yōu)良，己在各個(gè)領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。
開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)型式很多，相數(shù)一般為N，每相定子繞組由Z 個(gè)線圈接成(Z為偶數(shù))，可以串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)。線圈嵌在定子的磁極上， 乘積NZ是線圈的總數(shù)也是定子的極數(shù)。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的極數(shù)比定子少， 一般 為Z(N-1)。
定子和轉(zhuǎn)子磁極在自己的圓周上呈均勻的分布。屬于同一相繞組的線 圈所對(duì)應(yīng)的定子磁極，方位角相差2ti/Z。通電時(shí)，Z個(gè)磁極的極性呈N、 S 間隔排列，全部產(chǎn)生一個(gè)使定/轉(zhuǎn)子鄰近磁極重合的電磁轉(zhuǎn)矩。
根據(jù)轉(zhuǎn)子軸上角位移傳感器得到的位置信號(hào)，依次對(duì)N相定子繞組通 電，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子就連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。繞組間這種通電的切換，稱為換向。 導(dǎo)通時(shí)還通過(guò)不同的導(dǎo)通比來(lái)改變加到繞組上電壓的大小，稱為PWM控制 或斬波控制。
開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中的換向和斬波靠功率逆變電路來(lái)完成,功 率逆變電路中有若干個(gè)橋臂，每個(gè)橋臂由一只功率開關(guān)和一只續(xù)流二極管 串成。
功率逆變電路用的直流電源， 一般是由電網(wǎng)供電的三相橋式整流電源， 輸出處用電容濾波。為了限制上電時(shí)過(guò)大的充電電流，通常電容前先串聯(lián) 限流電阻，上電完畢后，用接觸器把此電阻短路。
有時(shí)開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)工作在再生發(fā)電狀態(tài)，平均起來(lái)，電動(dòng)機(jī)負(fù)載不 但不耗電，反而使濾波電容上電壓升高。當(dāng)電容上電壓高到一定值時(shí)，須設(shè)置限壓放電電路，通過(guò)功率開關(guān)的接通,把多余的電荷經(jīng)過(guò)電阻放掉，或 者另外設(shè)法回饋給電網(wǎng)。
圖1(a)示為定/轉(zhuǎn)子12/8極的3相開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的功率電 路，圖中，13為三相橋式整流電源，ll為功率逆變電路，14為上電限流電 路，15為限壓放電電路。其中功率逆變電路共有三個(gè)半橋電路，每個(gè)半橋 由兩個(gè)橋臂組成。
在圖l(b)中畫出了電動(dòng)機(jī)線圈的連接圖，電動(dòng)機(jī)定子繞組12每相由四 個(gè)線圈并聯(lián)而成，四個(gè)線圈所在定子磁極的方位角間隔為兀/2組成。
3相6/4極開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)是3相12/8極開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的前身，它 的相繞組比較簡(jiǎn)單，由兩個(gè)線圈連成，線圈所在定子磁極方位相面對(duì)。由 于低速性能較差，現(xiàn)在已較少采用。
無(wú)論3相還是N相，在現(xiàn)有開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，都是對(duì)相繞 組進(jìn)行整體驅(qū)動(dòng)，系統(tǒng)的功率直接受到了功率開關(guān)二極管和整流電源額定 能力的限制。
把圖1中功率電路作為功率單元，引入了三相移相變壓器后，讓其絕 緣的副邊繞組，作為三相電源來(lái)供給K個(gè)功率單元。把這些功率單元的直 流輸出串聯(lián)，就可以增大調(diào)速系統(tǒng)的功率K倍，并且網(wǎng)側(cè)供電電流的諧波 分量大為減小。但這時(shí)電動(dòng)機(jī)繞組上電壓也增高K倍，需要增加電動(dòng)機(jī)繞 組的絕緣等級(jí)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置，改變開關(guān)磁阻 電動(dòng)機(jī)中線圈的接法，在不增大電壓等級(jí)的前提下，使用功率較小的功率 單元，通過(guò)增加單元的個(gè)數(shù)來(lái)增大調(diào)速裝置的功率，并改善電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行 性能。
本發(fā)明的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的特征在于，包括一臺(tái)N相開關(guān)磁 阻電動(dòng)機(jī)和K個(gè)功率單元，該開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的相繞組被拆分為K組；分 別由K個(gè)功率單元提供驅(qū)動(dòng)電流。
本發(fā)明的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的特征還在于，所述N相開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的定子鐵芯和轉(zhuǎn)子鐵芯的凸極分別均勻分布在兩個(gè)同心的圓周上，
定子的極數(shù)為NZ,轉(zhuǎn)子的極數(shù)為(N-1)Z，其中Z為偶數(shù)。在所述定子凸極 上嵌有線圈，均勻分布的Z個(gè)凸極屬于1相。N相的NZ個(gè)線圈被拆分為 互相隔離的N相K組線圈，每組相繞組由相等的P-Z/K個(gè)線圈連成。P個(gè) 線圈均勻地分布在圓周上，序號(hào)依次為〗=1、 2…P;在線圈所屬的組數(shù)bl、 2…K，各組也均勻地分布在圓周上，在Z個(gè)凸極線圈通電時(shí)，凸極的磁性 用符號(hào)(-1) J+h表示，如果(+l)表示N，貝U (-1)表示S;如果(-l)表示S， 則(-1)表示N。
本發(fā)明的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的特征還在于，所述K個(gè)功率單元， 分別具有自己的功率逆變電路，三相橋式整流電源及濾波電容，每個(gè)功率 單元用來(lái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)中一組N相繞組；K個(gè)功率規(guī)格一致，可以互換。
本發(fā)明的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的特征還在于，屬于同一相凸極的 相繞組，K組功率單元同時(shí)進(jìn)行換向。
本發(fā)明的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的特征還在于，屬于同一相凸極的 相繞組，相互均勻地錯(cuò)開數(shù)個(gè)斬波周期進(jìn)行換向。
本發(fā)明的的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的特征還在于，K個(gè)功率單元同 時(shí)進(jìn)行斬波，但最好均勻地錯(cuò)開1/K斬波周期，錯(cuò)開時(shí)斬波周期和導(dǎo)通比 不變。
本發(fā)明的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的特征還在于，所述K個(gè)功率單元 獨(dú)立存在，在負(fù)載較輕或者有功率單元發(fā)生故障時(shí)，可以關(guān)斷部分功率單 元。
本發(fā)明的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的特征還在于，K個(gè)功率單元由三 相電網(wǎng)直接供給工頻三相電源。
本發(fā)明的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的特征還在于，還包括一臺(tái)三相移 相變壓器。
本發(fā)明的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的特征還在于，K個(gè)功率單元由一 臺(tái)三相移相變壓器的K組付邊供給工頻三相電源，K組付邊間互相絕緣， 每組付邊所提供的線電壓大小相等，相位均勻地錯(cuò)開tu/ (3K)電角度，每 相付邊有充當(dāng)交流電抗器起濾波作用的漏感。
6由于采用了K個(gè)功率單元，本發(fā)明調(diào)速裝置功率增大了K倍，但電壓 等級(jí)不需要提高，在減少電磁干擾和噪聲方面有了改善。如果三相移相變 壓器也有的話，則還可以使網(wǎng)側(cè)供電電流的波形比較好。


圖1現(xiàn)有技術(shù)的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置主電路。
(a)功率電路(b)電動(dòng)機(jī)線圈連接圖 圖2是本發(fā)明的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的一種實(shí)施方式的電路圖。 圖3是本發(fā)明的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的另一種實(shí)施方式的主電路 圖。
圖4是本發(fā)明的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的另一種實(shí)施方式的主電路 圖。
具體實(shí)施例方式
以下參照附圖對(duì)本發(fā)明開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。 圖2是本發(fā)明的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的一種實(shí)施方式的電路圖。 如圖2所示，本發(fā)明的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置的主電路。功率單元1的 內(nèi)部電路，如圖1 (a)示，由三相橋式整流電源13、功率逆變電路11等 組成，三相開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的相繞組2被拆分成兩個(gè)線圈，配在變壓器T 的兩組三相副邊后，由功率單元l (UjnU2)來(lái)分別驅(qū)動(dòng)。
另外，N相開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的定子鐵心和轉(zhuǎn)子鐵芯的凸極分別均勻分 布在兩個(gè)同心的圓周上，定子的極數(shù)為NZ，轉(zhuǎn)子的極數(shù)為(N-1)Z，其中， Z為偶數(shù)，在所述定子凸極上嵌有線圈，均勻分布的Z個(gè)凸極屬于1相，N 相的NZ個(gè)線圈被拆分為互相隔離的N相K組線圈，每組相繞組由相等的 P-Z/K個(gè)線圈連成，P個(gè)線圈均勻分布在圓周上，序號(hào)依次為』=1、 2…P; 在序號(hào)j相同時(shí)，線圈所屬的組數(shù)h^、 2…K，各組也均勻分布在圓周上， 在Z個(gè)凸極線圈通電時(shí)，凸極的磁性用符號(hào)(-1) J+h表示，則如果(+l)表示 N， (-1)則表示S;如果(+l)表示S， (-1)則表示N。
7為了減小網(wǎng)側(cè)供電電流的諧波分量，兩個(gè)功率單元的三相工頻電源由 三相移相變壓器的兩組付邊提供，付邊的接法為三角形和星形，相位已錯(cuò) 開7T/6 。兩組付邊的線電壓的大小是相等的，并且都有較大的漏感。
兩個(gè)功率單1 (Up u2)元間，屬于同一相的兩個(gè)線圈可同時(shí)換相，
或者錯(cuò)開數(shù)個(gè)斬波同期進(jìn)行換相，錯(cuò)開以后，可以減小換向時(shí)產(chǎn)生的電磁
干擾。另一方面屬于同一相的兩個(gè)線圈可同時(shí)進(jìn)行斬波或者錯(cuò)開1/2斬波周 期，斬波周期和導(dǎo)通比保持一樣，把斬波錯(cuò)開，有助于減小電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí) 的噪聲和干擾。這一切動(dòng)作都受功率單元1的控制，由于功率單元1采用 的是現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)，所以在此省略了其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
考慮到節(jié)省電能，電動(dòng)機(jī)輕載時(shí)可關(guān)斷功率單元1中的一個(gè)，如果某 個(gè)功率單元存在故障，也可以關(guān)斷該功率單元，讓電動(dòng)機(jī)降額運(yùn)行，以便
減少非正常停機(jī)帶來(lái)的損失。
除了三相6/4極開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)外，圖2所示的主電路也適合于三相 12/8極開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，所采用的三相功率單元數(shù)目不變，只是圖中各個(gè) 線圈改為由兩個(gè)線圈連成(串聯(lián)或并聯(lián))的相繞組。兩個(gè)線圈所嵌的凸極 徑向相對(duì)，通電時(shí)凸極的磁性相反。
三相12/8極開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)屬于同一相的定子鐵芯凸極數(shù)Z:4，如果 把4個(gè)凸極上的線圈完全拆開，并用四個(gè)功率單元來(lái)分別驅(qū)動(dòng)，就可以獲 得圖3示主電路。相應(yīng)于電動(dòng)機(jī)繞組2'有4組3相線圈，功率單元l'有 4個(gè)(U。 U2、 U3、 U4)。
在圖3的主電路中，T是臺(tái)三相移相變壓器，其4組付邊(4、 5、 6、 7)為功率單元U卜U2、 U3、 U4提供三相工頻電源，它們的接法都是帶延 長(zhǎng)邊的三角形，要求輸出的線電壓大小相等，相位均勻地錯(cuò)開兀/12電角度， 并且各付邊都有較大的漏感，這樣多重化地供電后，網(wǎng)側(cè)供電電流的波形 變好。
4個(gè)功率單元間，屬于同一相的4個(gè)線圈可同時(shí)換相，或者均勻地錯(cuò) 開數(shù)個(gè)斬波周期，均勻地錯(cuò)開以后，相電流比同時(shí)換向時(shí)減少4倍，可以 減少電磁干擾。另一方面，功率單元中功率開關(guān)，在斬波周期和導(dǎo)通比不 變的前提下，可以同時(shí)進(jìn)行，也可以均勻地錯(cuò)開l/4斬波周期，錯(cuò)開的話有助于減少電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的噪聲和干擾。
現(xiàn)有的4相開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置，通常功率逆變電路由兩個(gè)半橋 構(gòu)成，電動(dòng)機(jī)四個(gè)相繞組連成星形，4相繞組的線尾連在一起后浮置，A、 C兩相和B、 D兩相的線頭連到兩個(gè)半橋的正和負(fù)輸出上，工作時(shí)，A、 C 兩相和B、 D兩相各自輪流導(dǎo)通7i電角度，接在正、負(fù)輸出上的兩相同時(shí) 導(dǎo)通，有7T/2電角度重疊。把具有上述逆變電路的功率電路作為功率單元1"， 當(dāng)采用兩個(gè)功率單元時(shí)，得到圖4所示的4相8/6極開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝 置的主電路，圖中電動(dòng)機(jī)的相繞組2"中的兩個(gè)線圈已拆開，分別配成隔離 的兩組4相星形，其4個(gè)輸入端接到兩個(gè)功率單元l"的輸出上。圖中未設(shè) 置三相移相變壓器，兩個(gè)功率單元l"直接由三相電網(wǎng)供電。
功率單元的功率通常受到功率單元中功率開關(guān)、二極管額定能力的限 制，由于本發(fā)明的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)用了 2或4個(gè)功率單元，所以 系統(tǒng)的功率可增大2或4倍，不會(huì)發(fā)生特別的困難。
權(quán)利要求
1、一種開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于，包括一臺(tái)N相開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)和K個(gè)功率單元，該開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的相繞組被拆分為K組；分別由K個(gè)功率單元提供驅(qū)動(dòng)電流。
2、 如權(quán)利要求1所述的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于，所述 N相開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的定子鐵芯和轉(zhuǎn)子鐵芯的凸極分別均勻分布在兩個(gè)同 心的圓周上，定子的極數(shù)為NZ，轉(zhuǎn)子的極數(shù)為(N-1)Z，其中Z為偶數(shù)。在 所述定子凸極上嵌有線圈，均勻分布的Z個(gè)凸極屬于1相。N相的NZ個(gè) 線圈被拆分為互相隔離的N相K組線圈，每組相繞組由相等的P=Z/K個(gè)線 圈連成。P個(gè)線圈均勻地分布在圓周上，序號(hào)依次為j-l、 2…P;在線圈所 屬的組數(shù)bl、2…K，各組也均勻地分布在圓周上，在Z個(gè)凸極線圈通電時(shí)， 凸極的磁性用符號(hào)(-1)J+h表示，如果(+l)表示N，則(-l)表示S;如果(-l) 表示S，則(-1)表示N。
3、 如權(quán)利要求1所述的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于，所述 K個(gè)功率單元，分別具有自己的功率逆變電路，三相橋式整流電源及濾波 電容，每個(gè)功率單元用來(lái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)中一組N相繞組；K個(gè)功率規(guī)格一致， 可以互換。
4、 如權(quán)利要求1所述的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于，屬于 同一相凸極的相繞組，K組功率單元同時(shí)進(jìn)行換向。
5、 如權(quán)利要求1所述的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于，屬于 同一相凸極的相繞組，K組功率單元相互均勻地錯(cuò)開數(shù)個(gè)斬波周期進(jìn)行換 向。
6、 如權(quán)利要求1所述的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于，K個(gè) 功率單元同時(shí)進(jìn)行斬波，但最好均勻地錯(cuò)開1/K斬波周期，錯(cuò)開時(shí)斬波周 期和導(dǎo)通比不變。
7、 如權(quán)利要求1所述的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于，所述 K個(gè)功率單元獨(dú)立存在，在負(fù)載較輕或者有功率單元發(fā)生故障時(shí)，可以關(guān) 斷部分功率單元。
8、 如權(quán)利要求1所述的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于，K個(gè) 功率單元由三相電網(wǎng)直接供給工頻三相電源。
9、 如權(quán)利要求1所述的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于，還包 括一臺(tái)三相移相變壓器。
10、 如權(quán)利要求9所述的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于，K 個(gè)功率單元由所述三相移相變壓器的K組付邊供給工頻三相電源，K組付 邊間互相絕緣，每組付邊所提供的線電壓大小相等，相位均勻地錯(cuò)開兀/(3K) 電角度，每相付邊有充當(dāng)交流電抗器起濾波作用的漏感。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，其特征在于，包括一臺(tái)N相開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，該開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的相繞組拆分成K組；K個(gè)功率單元，該K個(gè)功率單元為所述N相開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)被拆分成K組的相繞組提供經(jīng)斬波的電流；一臺(tái)三相移相變壓器，該三相移相變壓器為所述K個(gè)功率單元提供三相工頻電源。由于采用了K個(gè)功率單元為相繞組拆分成K組的N相開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)供電，本發(fā)明調(diào)速裝置功率增大了K倍，但電壓等級(jí)不需要提高，在減少電磁干擾和噪聲方面有了改善。另外，由于采用了三相移相變壓器，網(wǎng)側(cè)供電電流的波形變好。
文檔編號(hào)H02P6/08GK101453184SQ20071017855
公開日2009年6月10日 申請(qǐng)日期2007年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月30日
發(fā)明者裘錦灼, 超 高 申請(qǐng)人:北京中紡銳力機(jī)電有限公司