專(zhuān)利名稱(chēng)：滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)涉及一種基于滾動(dòng)調(diào)速原理的調(diào)速電動(dòng)機(jī)。
現(xiàn)有的智能電動(dòng)機(jī)雖然也是基于滾動(dòng)調(diào)速原理，但是其專(zhuān)利主要偏重于滾動(dòng)調(diào)速原理的闡述，還沒(méi)有找到合適的實(shí)現(xiàn)方法，而且其中智能三相電動(dòng)機(jī)在滾動(dòng)調(diào)速時(shí)的位移角為120°，智能單相電動(dòng)機(jī)和智能直流電動(dòng)機(jī)的位移角為90°，它們的位移角都較大，需要進(jìn)一步細(xì)化，但是并沒(méi)有給出細(xì)化的辦法；使用的電子開(kāi)關(guān)數(shù)量也較多?？傊€不能實(shí)用。
本發(fā)明的任務(wù)是要提供一種滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)，它利用了目前技術(shù)上已經(jīng)很成熟的三相電動(dòng)機(jī)作為組成部分，并能將滾動(dòng)操作的位移角細(xì)化到60°，而且保證滾動(dòng)操作中電動(dòng)機(jī)定子繞組的合成磁動(dòng)勢(shì)矢量的幅值始終不變，以形成圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，來(lái)保證調(diào)速電動(dòng)機(jī)有較好的技術(shù)指標(biāo)；使用開(kāi)關(guān)量控制等較簡(jiǎn)單的控制手段、使用較少的電子開(kāi)關(guān)來(lái)完成將各種電網(wǎng)的電源通過(guò)連續(xù)不斷地滾動(dòng)地切換操作接通到電動(dòng)機(jī)的定子繞組上以達(dá)到調(diào)速和改變電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性、降低對(duì)電網(wǎng)的污染的目的。
滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)包括普及型(完全使用半控器件)與快速型(使用了全控器件)兩類(lèi)，已經(jīng)初步形成的品種系列設(shè)計(jì)有
本發(fā)明的任務(wù)是這樣完成的所有的滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)都由電動(dòng)機(jī)、控制裝置和電子開(kāi)關(guān)組成。
一.單相滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)如

圖1所示的由參數(shù)完全相同的三個(gè)定子繞組構(gòu)成Y形接線(xiàn)的單相滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)的電氣接線(xiàn)。這樣在執(zhí)行滾動(dòng)操作時(shí)可以使單相交流電源產(chǎn)生的脈動(dòng)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)起來(lái)從而形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。而這種旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)可以分別適用于異步和同步運(yùn)行。
它們?cè)趫?zhí)行“滾動(dòng)”操作時(shí)的程序步驟為1.繞組AO+(OB/OC)接通于電源L-N極；假設(shè)此時(shí)磁動(dòng)勢(shì)矢量原位位置為φ＝0°；2.繞組(AO/B0)+0C接通于電源L-N極；此時(shí)磁動(dòng)勢(shì)矢量位置為φ＝60°；3.繞組BO+(OA/OC)接通于電源L-N極；此時(shí)磁動(dòng)勢(shì)矢量位置為φ＝120°；4.繞組(BO/CO)+OA接通于電源L-N極；此時(shí)磁動(dòng)勢(shì)矢量位置為φ＝180°；5.繞組CO+(OA/OB)接通于電源L-N極；此時(shí)磁動(dòng)勢(shì)矢量位置為φ＝240°；6.繞組(CO/AO)+OB接通于電源L-N極；此時(shí)磁動(dòng)勢(shì)矢量位置為φ＝300°；7.繞組AO+(OB/OC)接通于電源L-N極；此時(shí)磁動(dòng)勢(shì)矢量位置為φ＝360°，回到原位；8.重復(fù)第2步9.重復(fù)第3步…………其中AO表示繞組通電的方向是A端連向單相交流電源L極，O端連向單相交流電源N極；OA表示繞組通電的方向是O端連向單相交流電源L極，A端連向單相交流電源N極；“+”表示前后兩個(gè)繞組元件串聯(lián)；“/”表示前后兩個(gè)繞組元件并聯(lián)；
磁動(dòng)勢(shì)矢量位置φ為從原位順時(shí)針移動(dòng)的角度。如果反時(shí)針移動(dòng)，則φ帶負(fù)號(hào)。
上述各程序步的合成磁動(dòng)勢(shì)矢量都與其表達(dá)式中的串聯(lián)繞組元件的磁動(dòng)勢(shì)矢量同方向。由此可見(jiàn)程序步每次順序交換都會(huì)造成各程序步的合成磁動(dòng)勢(shì)矢量順序“滾動(dòng)”移動(dòng)，每次移動(dòng)的位移角ψ＝60°。當(dāng)執(zhí)行上述各程序步能使“滾動(dòng)”移動(dòng)的方向與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向相同時(shí)，“滾動(dòng)”移動(dòng)將使電動(dòng)機(jī)升速；當(dāng)反向執(zhí)行上述各程序步(例如從7→6→5→4→3→……)使“滾動(dòng)”移動(dòng)的方向與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向相反時(shí)，“滾動(dòng)”移動(dòng)可使電動(dòng)機(jī)降速。
因?yàn)槿齻€(gè)繞組在空間互差120°，而因?yàn)椴⒙?lián)電路的分流的作用使每個(gè)并聯(lián)繞組元件中流過(guò)的電流只有串聯(lián)繞組元件中的一半，設(shè)電源“滾動(dòng)”后每個(gè)流過(guò)規(guī)定的電流的繞組產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)矢量的幅值皆為L(zhǎng)，故步驟1中繞組元件AO產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)矢量幅值為L(zhǎng)，而并聯(lián)繞組元件OB/OC產(chǎn)生的合成磁動(dòng)勢(shì)矢量幅值為O.5L，元件AO產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)矢量的方向與并聯(lián)繞組元件OB/OC產(chǎn)生的合成磁動(dòng)勢(shì)矢量方向相同，因此AO+(OB/OC)產(chǎn)生的合成磁動(dòng)勢(shì)矢量的幅值為1.5L。
由于每個(gè)程序步都是由一個(gè)串聯(lián)繞組元件和一個(gè)并聯(lián)繞組元件相串聯(lián)組成，由此可見(jiàn)執(zhí)行上述程序時(shí)每步產(chǎn)生的實(shí)際磁動(dòng)勢(shì)矢量軸線(xiàn)移動(dòng)60°，即“滾動(dòng)”位移角ψ＝60°，而各步所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)的幅值都是1.5L，在“滾動(dòng)”調(diào)速的過(guò)程中磁動(dòng)勢(shì)將是均勻不變的。也就是說(shuō)，滾動(dòng)調(diào)速可以產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；而對(duì)于用電容器運(yùn)行的單相電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，由于很難實(shí)現(xiàn)兩相磁場(chǎng)矢量分量的夾角和幅值完全符合規(guī)定，所以它只能產(chǎn)生橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，因此其技術(shù)性能必然受到影響而有所降低?？梢?jiàn)，滾動(dòng)調(diào)速可以產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，是一個(gè)重大的性能改進(jìn)。
由于單相交流電源被“滾動(dòng)”地輸入電動(dòng)機(jī)繞組，它所形成的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的實(shí)際轉(zhuǎn)速將為n+Δn，其中n為由輸入的單相交流電源的參數(shù)所決定的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)基本轉(zhuǎn)速分量，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的附加“滾動(dòng)”轉(zhuǎn)速分量Δn＝ψ×fψ/360°是由于執(zhí)行了“滾動(dòng)”操作而形成的分量，而式中fψ表示“滾動(dòng)”位移角ψ發(fā)生的頻率。因?yàn)棣缀蚮ψ都是可由控制裝置加以控制的變量，故智能交流單相電動(dòng)機(jī)可以準(zhǔn)確調(diào)速和改變其運(yùn)行特性。
由于在上述調(diào)速過(guò)程中并不改變電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特征，因此在滾動(dòng)調(diào)速過(guò)程中電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的斜率沒(méi)有改變；但是，由于滾動(dòng)操作中基本轉(zhuǎn)速n與滾動(dòng)轉(zhuǎn)速Δn的合成改變了旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，也就改變了機(jī)械特性與轉(zhuǎn)速縱軸的交點(diǎn)，改變了理想空載轉(zhuǎn)速n0，使機(jī)械特性產(chǎn)生了沿縱軸的上下平行移動(dòng)。因?yàn)槭艿诫妱?dòng)機(jī)散熱條件的限制，在額定轉(zhuǎn)速以上的是恒功率調(diào)節(jié)，在額定轉(zhuǎn)速以下的可以是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)。而且，由于滾動(dòng)調(diào)速是依靠改變位移角ψ發(fā)生的頻率fψ來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速的，而調(diào)速時(shí)頻率fψ可以按照自然數(shù)逐級(jí)調(diào)節(jié)，其改變可以很小，因此滾動(dòng)調(diào)速可以基本上實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。并且只要穩(wěn)定頻率fψ就可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)速。
當(dāng)將上述程序步的順序反過(guò)來(lái)執(zhí)行即可實(shí)現(xiàn)反向滾動(dòng)。
從上述操作過(guò)程還可見(jiàn)，相鄰的兩個(gè)調(diào)速開(kāi)關(guān)例如K1K2的斷-通間隔很短，為了保證在使用雙向可控硅作為調(diào)速開(kāi)關(guān)時(shí)相鄰的兩個(gè)調(diào)速開(kāi)關(guān)其斷-通切換不會(huì)產(chǎn)生相間短路，因此K1K2的斷-通間隔時(shí)間應(yīng)≥電源的半個(gè)周期(10ms)；如果斷-通間隔時(shí)間取10ms，程序步的時(shí)間取6.7ms，則“滾動(dòng)”轉(zhuǎn)速最高極限為1500轉(zhuǎn)/分。如果要進(jìn)一步提高滾動(dòng)轉(zhuǎn)速，則要引入全控器件構(gòu)成的加速開(kāi)關(guān)。
單相滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)還有一個(gè)特殊的運(yùn)行狀態(tài)即在電動(dòng)機(jī)利用滾動(dòng)調(diào)速方法啟動(dòng)到一定轉(zhuǎn)速以后，只要電磁力矩已經(jīng)大于靜阻力矩而可以產(chǎn)生動(dòng)態(tài)加速力矩，就可以停止?jié)L動(dòng)操作而保持電源的固定接通，則電動(dòng)機(jī)將在單相脈振磁場(chǎng)中在加速力矩的驅(qū)動(dòng)下繼續(xù)加速直到達(dá)到電動(dòng)力矩與負(fù)載力矩相平衡，實(shí)現(xiàn)在與其電源相對(duì)應(yīng)的自然特性的某點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。在此狀態(tài)下，調(diào)速開(kāi)關(guān)不執(zhí)行滾動(dòng)操作，而只由三個(gè)調(diào)速開(kāi)關(guān)持續(xù)接通。由于開(kāi)關(guān)停止切換，因此它對(duì)應(yīng)著調(diào)速開(kāi)關(guān)最輕松的工作條件。對(duì)于許多需要調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械來(lái)說(shuō)，正常狀態(tài)往往是不調(diào)速的，調(diào)速只是在出現(xiàn)了不常情況時(shí)短時(shí)發(fā)生的，例如調(diào)節(jié)泵等等。在這樣性質(zhì)的負(fù)載下使用單相滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)可以使其調(diào)速開(kāi)關(guān)獲得最輕松的工作條件，并且還消除了對(duì)電網(wǎng)和環(huán)境的污染。
對(duì)于屬于上述情況的生產(chǎn)機(jī)械，由于正常工作中可以停止?jié)L動(dòng)操作從而避免電子開(kāi)關(guān)的通斷損耗造成的發(fā)熱和對(duì)電網(wǎng)的污染，而且正常工作方式是經(jīng)常發(fā)生的，因此使用單相滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)時(shí)它的調(diào)速開(kāi)關(guān)比變頻器的工作條件將得到明顯地改善。
這甚至意味著對(duì)于無(wú)須調(diào)速的許多生產(chǎn)機(jī)械，也可以從單相滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)的此一特征中得到好處因?yàn)槭褂脻L動(dòng)操作實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)時(shí)不僅可以得到降低機(jī)械沖擊、延長(zhǎng)機(jī)械的使用壽命、降低啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊和污染的效益，而且正常工作時(shí)可以使用滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)期接通的工作方式，它與一般電動(dòng)機(jī)的性質(zhì)完全相同。這將為單相滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)贏得廣大的市場(chǎng)。
因?yàn)楫?dāng)單相電源電壓為220V時(shí)的調(diào)速電動(dòng)機(jī)定子相繞組承受的最高電壓只有146V，這樣的電動(dòng)機(jī)需要重新設(shè)計(jì)。如果想避免重新設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)，可以把現(xiàn)有定子繞組Y形接線(xiàn)的三相電動(dòng)機(jī)拆開(kāi)中心點(diǎn)后，改接成Δ形接線(xiàn)的三相電動(dòng)機(jī)，則符合直接在220V單相電源中正常運(yùn)行的條件，故可按照?qǐng)D2接線(xiàn)利用220V的單相電源實(shí)行滾動(dòng)調(diào)速。當(dāng)然，對(duì)于定子繞組額定電壓為380V的Δ形接線(xiàn)的電動(dòng)機(jī)，可以按照?qǐng)D2直接在380V的單相電壓下進(jìn)行滾動(dòng)調(diào)速。
而且，由于定子繞組為Δ形接線(xiàn)，在調(diào)速開(kāi)關(guān)通斷操作時(shí)定子繞組始終存在閉合的放電回路，因此調(diào)速開(kāi)關(guān)的操作不會(huì)引起明顯的過(guò)電壓、過(guò)電流。圖2這種定子繞組為Δ形接線(xiàn)的單相滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)在抗電磁污染和降低電子開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)損耗上將有更好的性能指標(biāo)。
單相滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)本身即可以獲得可以調(diào)節(jié)制動(dòng)強(qiáng)度的制動(dòng)狀態(tài)，而無(wú)須外加專(zhuān)門(mén)的制動(dòng)裝置。方法就是停止?jié)L動(dòng)操作和逆變操作并使雙向可控硅僅能導(dǎo)通單方向電流，也就是使單相電流只有半波能夠流通而產(chǎn)生直流磁場(chǎng)；在此強(qiáng)度可調(diào)的直流磁場(chǎng)的作用下，智能單相電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子將產(chǎn)生強(qiáng)度可控的制動(dòng)力矩，這種制動(dòng)作用的強(qiáng)度將與制動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的高低成正比，而使電動(dòng)機(jī)很快制動(dòng)。而且，這個(gè)直流磁場(chǎng)的強(qiáng)度是可以調(diào)節(jié)的，方法就是控制半波電流的導(dǎo)通角，或者控制導(dǎo)通的半波的密度?？梢?jiàn)，利用此制動(dòng)力矩還可以防止智能單相電動(dòng)機(jī)發(fā)生“自轉(zhuǎn)”，即實(shí)現(xiàn)交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制和輸出轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角(行程)的功能。
二.直流滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)直流滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)(圖3)是直接從單相滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)推廣而得。它們?cè)谟布Y(jié)構(gòu)上基本沒(méi)有區(qū)別，只要將電子開(kāi)關(guān)選擇為適合于直流操作的全控器件如IGBT即可；當(dāng)然，軟件上要增加將直流逆變成交流的軟件(例如PWM模塊)。它同樣能使用滾動(dòng)操作進(jìn)行調(diào)速。
與單相滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)一樣，直流滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)定子繞組也有Y形接線(xiàn)和Δ形接線(xiàn)兩種形式。定子繞組Δ形接線(xiàn)的直流滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)的原理圖與圖2相似，而其性能與圖3電動(dòng)機(jī)相似。為了改善電子開(kāi)關(guān)的工作條件，直流滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)還可以采用圖12的原理圖，此時(shí)全控器件移到電動(dòng)機(jī)中心點(diǎn)，而電動(dòng)機(jī)定子繞組引出端處由雙向可控硅的調(diào)速開(kāi)關(guān)負(fù)責(zé)在全控器件切斷負(fù)載的情況下?lián)Q接定子繞組的接線(xiàn)。由于采用了這種接線(xiàn)圖，滾動(dòng)調(diào)速時(shí)的諧波污染也將降低。
三.三相滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)三相滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)(圖4、圖5、圖7、圖8)也是直接從單相滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)推廣而得。如圖4所示，在三相電網(wǎng)中它在進(jìn)行滾動(dòng)調(diào)速時(shí)要先將開(kāi)關(guān)K7斷開(kāi)，在除去三相電源中的一相后，再按照滾動(dòng)操作規(guī)律將K1～K6有選擇地接通，使電動(dòng)機(jī)在所剩下的單相電源(線(xiàn)電壓)之下按照單相滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)的方式進(jìn)行滾動(dòng)調(diào)速操作。
當(dāng)不需要滾動(dòng)調(diào)速操作時(shí)，可以將調(diào)速開(kāi)關(guān)K5K6斷開(kāi)，將K7接通，而K1～K4適當(dāng)?shù)赜羞x擇地接通，則三相滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)將可按照普通三相電動(dòng)機(jī)同樣地實(shí)現(xiàn)正向或反向的正常運(yùn)行。由于這種正常運(yùn)行的狀態(tài)，是在對(duì)稱(chēng)的三相電源加到對(duì)稱(chēng)的三相定子繞組上，形成的三相定子磁場(chǎng)完全對(duì)稱(chēng)的情況下運(yùn)行的。而在作單相滾動(dòng)調(diào)速運(yùn)行時(shí)的三個(gè)定子繞組所承受的電壓不同，是單相電壓在三個(gè)定子繞組上的不平等分壓，因此產(chǎn)生的定子磁場(chǎng)是不完全對(duì)稱(chēng)的。當(dāng)然，在完全對(duì)稱(chēng)的定子磁場(chǎng)中運(yùn)行才會(huì)有更高的效率。圖5有與圖4相同的性能。
圖7也是利用單相滾動(dòng)調(diào)速原理進(jìn)行調(diào)速的三相滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)，它與圖4不同之處是圖4的電動(dòng)機(jī)只能按照由接線(xiàn)決定的單相方式在由線(xiàn)路圖決定的單相電源中進(jìn)行滾動(dòng)調(diào)速，而圖7的電動(dòng)機(jī)可以由程序選定和改變與單相(線(xiàn))電源的接線(xiàn)，故可在任意選定的單相(線(xiàn))電源中進(jìn)行滾動(dòng)調(diào)速，因此圖7的電動(dòng)機(jī)可以達(dá)到調(diào)節(jié)三相電網(wǎng)負(fù)載以達(dá)到三相平衡的目的。
圖8也是利用單相滾動(dòng)調(diào)速原理進(jìn)行調(diào)速的三相滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)，它與圖7的不同僅僅是它的定子繞組是Δ形接線(xiàn)而已，它有與圖7相似的性能。
對(duì)于圖6所示的由定子繞組為雙Y形接線(xiàn)的三相滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)，它的12個(gè)調(diào)速開(kāi)關(guān)分成四組，每組三個(gè)調(diào)速開(kāi)關(guān)同時(shí)動(dòng)作以完成將一組Y形繞組進(jìn)行切換的程序步的操作，這是它獨(dú)具的重要特征。它的連接方式是調(diào)速開(kāi)關(guān)K1K5K9接通時(shí)使第一組Y形繞組按照原位接通三相電源；調(diào)速開(kāi)關(guān)K2K6K10接通時(shí)使第一組Y形繞組接通從原位按照正序方向旋轉(zhuǎn)120°后的正序三相電源；調(diào)速開(kāi)關(guān)K3K7K11接通時(shí)使第二組Y形繞組按照原位接通三相電源；調(diào)速開(kāi)關(guān)K4K8K12接通時(shí)使第二組Y形繞組接通從原位按照正序方向旋轉(zhuǎn)240°后的正序三相電源。
同一組繞組在換接三相電源時(shí)一定要注意保證有足夠的間隔時(shí)間以避免發(fā)生電源短路。
在不需調(diào)速時(shí)，只須選擇其中一組(或兩組)Y形繞組按照正序接通三相電源，電動(dòng)機(jī)即可按照正向旋轉(zhuǎn)的基本轉(zhuǎn)速而正常運(yùn)行，而只有當(dāng)同時(shí)將K1K5K9和K3K7K11接通時(shí)可以獲得最大(為其它接通方式的兩倍)的電磁力矩，但是為了避免力矩的波動(dòng)，調(diào)速操作過(guò)程中應(yīng)該避免同時(shí)將K1K5K9和K3K7K11接通。當(dāng)需要電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，應(yīng)該利用調(diào)速開(kāi)關(guān)的重新組合將三相電源中的任意兩相互換位置，即可實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)；例如正轉(zhuǎn)時(shí)為K1K5K9(或同時(shí)和K3K7K11)接通，則反轉(zhuǎn)時(shí)改為將K1K6K12(或同時(shí)和K4K7K10)接通即可實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)；同時(shí)，由此可見(jiàn)，只需將五個(gè)調(diào)速開(kāi)關(guān)K1K5K9K6K12按照可以接通電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流設(shè)置為啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，負(fù)責(zé)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停止，而其它調(diào)速開(kāi)關(guān)只需按照可以接通電動(dòng)機(jī)的額定電流設(shè)置即可。而如果理由將程序反向執(zhí)行來(lái)進(jìn)行反轉(zhuǎn)，則只需要將K1K5K9(或K3K7K11)三個(gè)調(diào)速開(kāi)關(guān)按照可以接通電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流設(shè)置為啟動(dòng)開(kāi)關(guān)。
在需要調(diào)速時(shí)，可按照下述“滾動(dòng)操作”程序進(jìn)行操作1.將調(diào)速開(kāi)關(guān)K3K7K11接通，使第二組Y形繞組接通原位三相電源，并假設(shè)此時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较?否則，可以交換電源的兩相來(lái)進(jìn)行調(diào)整)，并假設(shè)它的磁動(dòng)勢(shì)矢量位于三相電源的原位的位置上，其磁動(dòng)勢(shì)矢量的幅值為L(zhǎng)；2.將調(diào)速開(kāi)關(guān)K3K7K11和K2K6K10同時(shí)接通，使第二組Y形繞組接通原位三相電源，并使第一組Y形繞組與按照順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)120°后三相電源接通(它的磁動(dòng)勢(shì)矢量也將按照所接通的三相電源的位置從原位旋轉(zhuǎn)120°)，它們二者的合成磁動(dòng)勢(shì)矢量將位于從三相電源的原位按照順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)60°的位置、即位移角ψ＝60°的位置上而其合成磁動(dòng)勢(shì)矢量的幅值也為L(zhǎng)；3.將調(diào)速開(kāi)關(guān)K3K7K11斷開(kāi)、調(diào)速開(kāi)關(guān)K2K6K10保持接通，使第一組Y形繞組與按照順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)120°后的正序三相電源保持接通，它的磁動(dòng)勢(shì)矢量將位于從三相電源的原位按照順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)120°的位置、即又產(chǎn)生位移角ψ＝60°的位置上，而其磁動(dòng)勢(shì)矢量的幅值也為L(zhǎng)；4.將調(diào)速開(kāi)關(guān)K2K6K10和K4K8K12同時(shí)接通，使第一組繞組保持接通按照順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)120°后的正序三相電源，并使第二組繞組與按照順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)240°后的正序三相電源接通，它們二者形成的合成磁動(dòng)勢(shì)矢量將位于從三相電源的原位按照順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)180°的位置、即第三次產(chǎn)生位移角ψ＝60°的位置上，而其合成磁動(dòng)勢(shì)矢量的幅值也為L(zhǎng)；5.將調(diào)速開(kāi)關(guān)K2K6K10斷開(kāi)、調(diào)速開(kāi)關(guān)K4K8K12保持接通，使第二組Y形繞組保持與按照順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)240°后的正序三相電源接通，它的磁動(dòng)勢(shì)矢量將位于從三相電源的原位按照順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)240°即第四次產(chǎn)生位移角ψ＝60°的位置，而其磁動(dòng)勢(shì)矢量的幅值也為L(zhǎng)；6.將調(diào)速開(kāi)關(guān)K1K5K9和K4K8K12同時(shí)接通，使第一組Y形繞組與原位的正序三相電源接通，并使第二組Y形繞組接通按照順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)240°后的正序三相電源，它們的合成磁動(dòng)勢(shì)矢量將位于從三相電源的原位按照順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)300°即第五次產(chǎn)生位移角ψ＝60°的位置，而其合成磁動(dòng)勢(shì)矢量的幅值也為L(zhǎng)；7.將調(diào)速開(kāi)關(guān)K4K8K12斷開(kāi)，K1K5K9保持接通，它的磁動(dòng)勢(shì)矢量將回到三相電源的原位(0°)即第六次產(chǎn)生位移角ψ＝60°時(shí)所對(duì)應(yīng)的位置，而其磁動(dòng)勢(shì)矢量的幅值也為L(zhǎng)；通過(guò)以上六步程序操作，磁動(dòng)勢(shì)矢量完成了360°的旋轉(zhuǎn)，回到了原位；然后，經(jīng)過(guò)K4K8K12斷開(kāi)延時(shí)(相當(dāng)于交流電源的半個(gè)周期即10ms)后同時(shí)將K1K5K9斷開(kāi)K3K7K11接通，使第二組Y形繞組保持與原位正序三相電源接通，這時(shí)定子繞組與電源的連接才真正的回到程序步1；并且它至少應(yīng)該保持10ms后使電流可靠地過(guò)零后才能進(jìn)行接通K2K6K10的下一步操作。由此程序步可見(jiàn)，滾動(dòng)操作的程序步的長(zhǎng)度應(yīng)該不短于20ms；8.重復(fù)程序2及以下各步…………當(dāng)執(zhí)行上述“滾動(dòng)”程序后，如果“滾動(dòng)”方向與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向相同，則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速將會(huì)因“滾動(dòng)”而上升，如果“滾動(dòng)”方向與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向相反則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速將會(huì)因“滾動(dòng)”而下降；換句話(huà)說(shuō)，如果執(zhí)行上述“滾動(dòng)”程序后電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升，則將原執(zhí)行的程序的順序反向執(zhí)行(如按7→6→5→4→3→……執(zhí)行程序步)后，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速就會(huì)下降。這說(shuō)明，改變執(zhí)行“滾動(dòng)”程序的方向是控制電動(dòng)機(jī)“滾動(dòng)”升速還是減速的方法。
由于三相交流電源被“滾動(dòng)”地輸入電動(dòng)機(jī)繞組，它所形成的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的實(shí)際轉(zhuǎn)速將為n+Δn，其中n為由輸入的三相交流電源的參數(shù)所決定的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)基本轉(zhuǎn)速分量，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的附加“滾動(dòng)”轉(zhuǎn)速分量Δn＝ψ×fψ/360°是由于執(zhí)行了“滾動(dòng)”操作而形成的分量，而式中fψ表示“滾動(dòng)”位移角ψ發(fā)生的頻率。因?yàn)棣缀蚮ψ都是可由控制裝置加以控制的變量，故三相滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)可以準(zhǔn)確調(diào)速和改變其運(yùn)行特性。
由于在上述調(diào)速過(guò)程中并不改變電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特征，因此在滾動(dòng)調(diào)速過(guò)程中電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的斜率沒(méi)有改變；但是，由于滾動(dòng)操作中基本轉(zhuǎn)速n與滾動(dòng)轉(zhuǎn)速Δn的合成改變了旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，也就改變了機(jī)械特性與轉(zhuǎn)速縱軸的交點(diǎn)，改變了理想空載轉(zhuǎn)速n0，使機(jī)械特性產(chǎn)生了沿縱軸的上下平行移動(dòng)。因?yàn)槭艿诫妱?dòng)機(jī)散熱條件的限制，在額定轉(zhuǎn)速以上的是恒功率調(diào)節(jié)，在額定轉(zhuǎn)速以下的可以是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)。而且，由于滾動(dòng)調(diào)速是靠改變位移角ψ發(fā)生的頻率fψ來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速的，而調(diào)速時(shí)fψ的改變可以很小，因此滾動(dòng)調(diào)速基本可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。而只要穩(wěn)定頻率fψ就可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)速。
從上述操作過(guò)程可見(jiàn)，每個(gè)程序步所得磁動(dòng)勢(shì)矢量的幅值都等于L而不存在波動(dòng)，也就是說(shuō)滾動(dòng)調(diào)速可以產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，證明這種調(diào)速過(guò)程中將能有均勻平穩(wěn)而無(wú)波動(dòng)的磁動(dòng)勢(shì)矢量和電磁力矩；而旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速的高低可用改變程序步轉(zhuǎn)換的快慢(即如5→6→7→……程序步執(zhí)行中每個(gè)“→”所代表的時(shí)間間隔)來(lái)調(diào)節(jié)；由于調(diào)速過(guò)程中被操作的電路始終都存在有并聯(lián)通路，執(zhí)行了并聯(lián)通路操作法，故調(diào)速過(guò)程對(duì)電網(wǎng)造成的電壓、電流沖擊被控制為很低。
從分析上述操作過(guò)程還可見(jiàn)，由于應(yīng)用了雙向可控硅，在每組Y形接線(xiàn)的定子繞組被雙向可控硅從電源切斷時(shí)，三個(gè)繞組是在電流分別過(guò)零時(shí)分別被切斷的首先是某相電流先過(guò)零而被從相電壓220V下切斷，剩下的兩相繞組變成相互串聯(lián)著接通于380V的單相電壓下，也就是說(shuō)每相繞組只在190V的電壓下降壓運(yùn)行，然后在電流過(guò)零時(shí)再同時(shí)被切斷?？梢?jiàn)，由于應(yīng)用了雙向可控硅進(jìn)行滾動(dòng)調(diào)速，每組Y形接線(xiàn)的定子繞組被從電源切斷時(shí)都有兩相的雙向可控硅的工作條件得到了改善。
從上述操作過(guò)程還可見(jiàn)，為了保證在使用雙向可控硅時(shí)其斷-通切換不會(huì)產(chǎn)生相間短路，相鄰的兩個(gè)調(diào)速開(kāi)關(guān)的斷-通間隔最短為≥電源的1個(gè)周期(20ms)；如果程序步取20ms，則“滾動(dòng)”轉(zhuǎn)速最高可以達(dá)到500轉(zhuǎn)/分。對(duì)于額定轉(zhuǎn)速為750轉(zhuǎn)/分的智能電動(dòng)機(jī)調(diào)速范圍為1250～250轉(zhuǎn)/分。
如果要進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)速，則要引入全控器件IGBT等構(gòu)成的加速開(kāi)關(guān)，如圖9、圖10所示。
定子繞組雙Δ形接線(xiàn)的三相滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)在三相電網(wǎng)中運(yùn)行的電氣接線(xiàn)圖可由圖6類(lèi)推得出。
圖9至圖12為快速型滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)，它們的特征是在前述圖1至圖8的電動(dòng)機(jī)中引入了全控器件例如IGBT構(gòu)成的加速開(kāi)關(guān)。加速開(kāi)關(guān)可以快速切斷回路電流，使?jié)L動(dòng)操作的頻率比使用雙向可控硅的普及型滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)提高1000倍，甚至滾動(dòng)轉(zhuǎn)速可以達(dá)到150萬(wàn)轉(zhuǎn)/分，其他技術(shù)性能指標(biāo)也將相應(yīng)地得到提高。其中圖10和圖12由于將加速開(kāi)關(guān)設(shè)置在電壓和電流基本為零的電動(dòng)機(jī)的中心點(diǎn)處，使它對(duì)電網(wǎng)的諧波污染也將降低。圖10中電子開(kāi)關(guān)的工作條件還能得到改善。
以下按照附圖的排列順序分別進(jìn)行解說(shuō)。
圖1所示為由定子繞組Y形接線(xiàn)的普及型單相滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)的電氣接線(xiàn)圖。由于這種設(shè)計(jì)所用的電子開(kāi)關(guān)數(shù)量較少，而且進(jìn)行滾動(dòng)操作時(shí)定子繞組的合成磁動(dòng)勢(shì)矢量的幅值能夠保持不變，合成磁動(dòng)勢(shì)矢量每程序步的位移角都很小、很均勻，才60°，這將有利于提高滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)的性能，而且它的方式便于解說(shuō)智能電動(dòng)機(jī)的滾動(dòng)調(diào)速原理，因此選擇這種接線(xiàn)圖作為基本模式，并從此推廣出其他種種接線(xiàn)圖。它的滾動(dòng)轉(zhuǎn)速可以達(dá)到1500轉(zhuǎn)/分。
圖2所示為由定子繞組Δ形接線(xiàn)的單相滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)的電氣接線(xiàn)圖。它的性能基本與圖1相同，相應(yīng)的滾動(dòng)轉(zhuǎn)速可以達(dá)到1500轉(zhuǎn)/分。
圖3所示為由定子繞組Y形接線(xiàn)的直流滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)的電氣接線(xiàn)圖。因?yàn)槭窃谥绷飨到y(tǒng)中操作，故調(diào)速開(kāi)關(guān)必須用IGBT之類(lèi)的全控器件。為了降低對(duì)電網(wǎng)的污染，直流滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)還可采用圖12的接線(xiàn)圖，使加速開(kāi)關(guān)IGBT在電動(dòng)機(jī)的中心點(diǎn)處工作，而采用雙向可控硅的調(diào)速開(kāi)關(guān)在電動(dòng)機(jī)的出線(xiàn)端負(fù)責(zé)在無(wú)負(fù)載的條件下與IGBT配合完成電路的換接。這種設(shè)計(jì)也與圖12的接線(xiàn)圖一樣具有降低滾動(dòng)操作對(duì)電網(wǎng)的污染等效果。
圖4所示為由定子繞組Y形接線(xiàn)的三相滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)的電氣接線(xiàn)圖。這種電動(dòng)機(jī)在調(diào)速時(shí)按照單相方式在由線(xiàn)路圖決定的單相電源中進(jìn)行滾動(dòng)調(diào)速，相應(yīng)的滾動(dòng)轉(zhuǎn)速可以達(dá)到1500轉(zhuǎn)/分，而在不調(diào)速時(shí)按照普通三相電動(dòng)機(jī)的方式運(yùn)行。由于在三相運(yùn)行時(shí)電子開(kāi)關(guān)處于停止切換的狀態(tài)，故可以避免通斷損耗引起的電子開(kāi)關(guān)的發(fā)熱和對(duì)電網(wǎng)的污染。
圖5所示為由定子繞組Δ形接線(xiàn)的三相滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)的電氣接線(xiàn)圖，相應(yīng)的滾動(dòng)轉(zhuǎn)速可以達(dá)到1500轉(zhuǎn)/分。它的性能基本與圖4相同。
圖6所示為由定子繞組為雙Y形接線(xiàn)的三相滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)的電氣接線(xiàn)圖，相應(yīng)的滾動(dòng)轉(zhuǎn)速可以達(dá)到500轉(zhuǎn)/分。定子繞組雙Δ形接線(xiàn)的三相滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)在三相電網(wǎng)中運(yùn)行的電氣接線(xiàn)圖可由此類(lèi)推得出。
圖7所示為由定子繞組Y形接線(xiàn)的三相滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)的電氣接線(xiàn)圖。這種電動(dòng)機(jī)在調(diào)速時(shí)按照單相方式在由程序選定的單相電源中進(jìn)行滾動(dòng)調(diào)速，而在不調(diào)速時(shí)按照普通三相電動(dòng)機(jī)的方式運(yùn)行。由于這種電動(dòng)機(jī)在調(diào)速時(shí)可以通過(guò)程序選定在三相電網(wǎng)的任意兩相中運(yùn)行，因此可以起到平衡三相電網(wǎng)的負(fù)載的作用。而由于在不調(diào)速時(shí)它按照普通三相電動(dòng)機(jī)的方式運(yùn)行，電子開(kāi)關(guān)處于停止切換的狀態(tài)，故可以避免通斷損耗引起的電子開(kāi)關(guān)的發(fā)熱和對(duì)電網(wǎng)的污染。
圖8所示為由定子繞組Δ形接線(xiàn)的三相滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)的電氣接線(xiàn)圖。它的性能基本與圖7相同。
圖9所示為由定子繞組為雙Y形接線(xiàn)并且增加了加速開(kāi)關(guān)的快速型三相滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)的電氣接線(xiàn)圖。定子繞組雙Δ形接線(xiàn)并且增加了加速開(kāi)關(guān)的快速型三相滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)在三相電網(wǎng)中運(yùn)行的電氣接線(xiàn)圖可由此類(lèi)推得出。
圖10所示為由定子繞組為雙Y形接線(xiàn)并且將加速開(kāi)關(guān)移動(dòng)到中心點(diǎn)的快速型三相滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)的電氣接線(xiàn)圖。由于雙向可控硅構(gòu)成的調(diào)速開(kāi)關(guān)只在加速開(kāi)關(guān)切斷電流后起換接電路的作用，加速開(kāi)關(guān)在電動(dòng)機(jī)中心點(diǎn)進(jìn)行三相平衡的滾動(dòng)操作，而在三相平衡的時(shí)候中心點(diǎn)的電流特別是電壓基本為零，因此在這種環(huán)境中加速開(kāi)關(guān)切換電路時(shí)的通斷損耗引起的發(fā)熱將會(huì)降低，顯著地改善了電子開(kāi)關(guān)的工作條件；由于定子繞組的隔離，加速開(kāi)關(guān)切換電路產(chǎn)生的諧波向電網(wǎng)的傳輸也將被電抗性的定子繞組所阻止，從而起到顯著降低對(duì)電網(wǎng)的污染的效果。這將是此種類(lèi)型調(diào)速電動(dòng)機(jī)的顯著特征。
圖11所示為由定子繞組為Y形接線(xiàn)并且增加了加速開(kāi)關(guān)的快速型三相滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)的電氣接線(xiàn)圖。定子繞組Δ形接線(xiàn)并且增加了加速開(kāi)關(guān)的快速型三相滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)的電氣接線(xiàn)圖可由此類(lèi)推得出。
圖12所示為由定子繞組為Y形接線(xiàn)并且將加速開(kāi)關(guān)移動(dòng)到中心點(diǎn)的快速型三相滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)的電氣接線(xiàn)圖。與圖10一樣，由于電路的切換都在電動(dòng)機(jī)中心點(diǎn)進(jìn)行，故本設(shè)計(jì)也具有降低滾動(dòng)操作對(duì)電網(wǎng)的污染的效果。圖11、12作為快速型改造的示范，所有的普及型機(jī)型都可以參照?qǐng)D11、12找到進(jìn)行快速型改造的途徑。
本發(fā)明滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是采用了簡(jiǎn)單的滾動(dòng)調(diào)速原理和開(kāi)關(guān)量控制，避免了建模和采用模擬量、數(shù)字量等等所帶來(lái)的一系列具體問(wèn)題，使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用；所使用的電子開(kāi)關(guān)數(shù)量較少，硬件、軟件都比較簡(jiǎn)單，條件允許時(shí)還可以采用成本較低的半控器件雙向可控硅，因此成本低廉；開(kāi)發(fā)出了在電動(dòng)機(jī)中心點(diǎn)進(jìn)行滾動(dòng)操作的快速型機(jī)型，不但可以顯著降低對(duì)電網(wǎng)的污染，而且有的還可以顯著地降低電子開(kāi)關(guān)的發(fā)熱，顯著地改善電子開(kāi)關(guān)的工作條件。
由于在上述調(diào)速過(guò)程中并不改變電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特征，因此在滾動(dòng)調(diào)速過(guò)程中電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的斜率沒(méi)有改變；但是，由于滾動(dòng)操作改變了旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，也就改變了機(jī)械特性與轉(zhuǎn)速縱軸的交點(diǎn)，改變了理想空載轉(zhuǎn)速，使機(jī)械特性產(chǎn)生了沿縱軸的上下平行移動(dòng)。因?yàn)槭艿诫妱?dòng)機(jī)散熱條件的限制，在額定轉(zhuǎn)速以上的是恒功率調(diào)節(jié)，在額定轉(zhuǎn)速以下的可以是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)。能夠在四象限運(yùn)行；滾動(dòng)調(diào)速所能達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速達(dá)到1500轉(zhuǎn)/分，調(diào)速范圍達(dá)到0～3000轉(zhuǎn)/分，可以滿(mǎn)足一般生產(chǎn)機(jī)械的要求；如果引入全控器件IGBT來(lái)加快切換速度，則性能指標(biāo)還可顯著地提高；由于滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是由基本轉(zhuǎn)速分量和滾動(dòng)轉(zhuǎn)速分量所合成，因此可以根據(jù)運(yùn)行的需要對(duì)兩個(gè)轉(zhuǎn)速分量分別利用。例如在需要調(diào)速時(shí)引入滾動(dòng)轉(zhuǎn)速分量，在不需調(diào)速時(shí)可以只運(yùn)用基本轉(zhuǎn)速分量。而如果只用基本轉(zhuǎn)速分量時(shí)，由于電子開(kāi)關(guān)停止切換，開(kāi)關(guān)損耗和諧波污染將都不會(huì)發(fā)生。這些特征將使?jié)L動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)的實(shí)用產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
本發(fā)明滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)的實(shí)現(xiàn)方式可以有兩種考慮對(duì)于一般的運(yùn)行要求，可以選擇雙向可控硅作為調(diào)速開(kāi)關(guān)，這樣元器件的成本低一點(diǎn)，控制、保護(hù)線(xiàn)路也簡(jiǎn)單一些，滾動(dòng)轉(zhuǎn)速最高可以達(dá)到1500轉(zhuǎn)/分，調(diào)速范圍最高可以達(dá)到0～3000轉(zhuǎn)/分，這種指標(biāo)可以滿(mǎn)足普通生產(chǎn)機(jī)械的調(diào)速要求；如果要求更高一些，就建議引入IGBT之類(lèi)的全控器件特別是在定子繞組Y形接線(xiàn)的電動(dòng)機(jī)的中心點(diǎn)處引入IGBT之類(lèi)的全控器件來(lái)加快電子開(kāi)關(guān)對(duì)電路的切換過(guò)程，由于IGBT的關(guān)斷速度比市電中的雙向可控硅要快上千倍，因此可以顯著地提高滾動(dòng)轉(zhuǎn)速，而調(diào)速精度、低速特性、調(diào)速范圍等等性能指標(biāo)也將相應(yīng)地改善；特別是在電動(dòng)機(jī)的中心點(diǎn)處引入IGBT使電子開(kāi)關(guān)的通斷損耗引起的發(fā)熱或?qū)﹄娋W(wǎng)污染的顯著降低將明顯優(yōu)于變頻調(diào)速。但是控制、保護(hù)措施要求相對(duì)的高一些。這樣，目前滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)所采用的電子開(kāi)關(guān)數(shù)量雖然較多而成本較高，但是隨著產(chǎn)品的批量化投產(chǎn)和模塊化改造，電子器件的成本一定會(huì)顯著降低。
權(quán)利要求
1.滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)是一種基于滾動(dòng)調(diào)速原理的調(diào)速電動(dòng)機(jī)，它由電動(dòng)機(jī)、控制裝置和電子開(kāi)關(guān)所組成；滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)其特征是通過(guò)對(duì)電子開(kāi)關(guān)的連續(xù)切換，可將在空間對(duì)稱(chēng)分布的電動(dòng)機(jī)定子繞組連續(xù)不斷地改接于電網(wǎng)的三相、單相或者直流電源，使電動(dòng)機(jī)定子繞組中的合成磁動(dòng)勢(shì)矢量增加了一個(gè)在空間連續(xù)不斷的旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速分量；而且，與滾動(dòng)操作的每個(gè)程序步所對(duì)應(yīng)的此合成磁動(dòng)勢(shì)矢量在空間產(chǎn)生的位移角均為60°，與每個(gè)程序步所對(duì)應(yīng)的此矢量的幅值皆相等，可見(jiàn)滾動(dòng)操作所產(chǎn)生電動(dòng)機(jī)定子繞組的合成磁動(dòng)勢(shì)矢量在空間的運(yùn)動(dòng)軌跡基本上是一個(gè)圓形的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，此旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速由與電網(wǎng)電壓的頻率等參數(shù)決定的基本轉(zhuǎn)速分量和以滾動(dòng)操作所決定的可以調(diào)節(jié)大小并可以控制方向的滾動(dòng)轉(zhuǎn)速分量所合成；控制和調(diào)節(jié)這個(gè)滾動(dòng)轉(zhuǎn)速分量的大小和方向，就可實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和其他性能指標(biāo)的控制和調(diào)節(jié)。
2.權(quán)利要求1所述的滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)，其特征是其中電動(dòng)機(jī)的定子繞組應(yīng)該采取為Y形接線(xiàn)、Δ接線(xiàn)，或者為雙Y形接線(xiàn)、雙Δ接線(xiàn)之類(lèi)在空間對(duì)稱(chēng)分布的結(jié)構(gòu)形式；其中快速型滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)的定子繞組采取為Y形接線(xiàn)或者為雙Y形接線(xiàn)時(shí)，電子開(kāi)關(guān)可以設(shè)置在電動(dòng)機(jī)的中心點(diǎn)，因而可以得到更好的性能；而滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子形式可以不限，可為同步或者異步轉(zhuǎn)子。
3.權(quán)利要求1所述的滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)，其特征是其中的電子開(kāi)關(guān)可以全部由雙向可控硅之類(lèi)的半控器件組成，也可由全控器件和半控器件共同組成，或者全部由全控器件組成；那些使用了全控器件的機(jī)型由于加快了電路的切換速度，其滾動(dòng)轉(zhuǎn)速、調(diào)速范圍等等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)可以提高。
4.權(quán)利要求1所述的滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)，其特征是其中的控制裝置可以選用單片機(jī)之類(lèi)信號(hào)處理裝置，它可向電子開(kāi)關(guān)發(fā)出開(kāi)關(guān)量控制信號(hào)來(lái)對(duì)其進(jìn)行通斷控制，以達(dá)到各種調(diào)控目的。
5.權(quán)利要求1所述的滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)，其特征是其中的合成磁動(dòng)勢(shì)矢量的兩個(gè)轉(zhuǎn)速分量都可以分別控制來(lái)達(dá)到不同的目的，如在基本轉(zhuǎn)速分量上迭加上滾動(dòng)轉(zhuǎn)速分量就可以調(diào)速，而如果取消滾動(dòng)轉(zhuǎn)速分量就可以基本轉(zhuǎn)速長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。
全文摘要
滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)由電動(dòng)機(jī)、控制裝置和電子開(kāi)關(guān)組成，使用較少的電子開(kāi)關(guān)能將滾動(dòng)操作的位移角細(xì)化到60°，以形成圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，來(lái)完成將各種電網(wǎng)的電源通過(guò)連續(xù)不斷地滾動(dòng)地切換操作接通到電動(dòng)機(jī)的定子繞組上以達(dá)到調(diào)速和改變電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性、保證電動(dòng)機(jī)有較好的技術(shù)指標(biāo)，并降低對(duì)電網(wǎng)的污染等目的。由定子繞組Y形接線(xiàn)的普及型單相滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)在單相電網(wǎng)中運(yùn)行的電氣接線(xiàn)如圖所示。這種設(shè)計(jì)相應(yīng)的滾動(dòng)轉(zhuǎn)速以達(dá)到1500轉(zhuǎn)/分，這將有利于提高滾動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)的性能，而且，它的方式便于解說(shuō)智能電動(dòng)機(jī)的滾動(dòng)調(diào)速原理，因此，選擇這種接線(xiàn)圖作為基本模式，并從此推廣出其他種接線(xiàn)圖。
文檔編號(hào)H02P21/00GK1489281SQ02131109
公開(kāi)日2004年4月14日 申請(qǐng)日期2002年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月9日
發(fā)明者黃群, 黃 群 申請(qǐng)人:黃群, 黃 群