CN101771375A - 一种宽范围的开关磁阻电动机调速装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种宽范围的开关磁阻电动机调速装置，该电动机转子可以定位在任意设定转角；其上装有编码器做的角位移传感器，利用转速环的输出控制带动负载的电磁转矩，电动机的转矩脉动很小，能在宽范围内调速。启动信号使模拟开关接通和转速调节器打开，转速给定经给定积分电路变换后加到转速调节器；转速调节器的输出为转矩给定，其正/负转向靠比较电路控制，转矩给定器的另一路输入是由电动机上编码器提供的脉冲列；脉冲列的频率正比于电动机转速，由f/v转换器转变为电压，在转向控制电路上形成转速反馈信号，加到转速调节器上构成转速闭环。该调速装置能够在开环情况下平稳运行，其设计合理、实现简单且运行稳定。
Description
技术领域
本发明涉及一种开关磁阻电动机中电磁转矩的产生和控制原理和系统，具体地说，涉及一种开关磁阻电动机中定位和转速控制的装置。
背景技术
目前，开关磁阻电动机调速装置已得到广泛的应用，其中3相开关磁阻电动机类型更为成熟，至今国内已有各种功率的产品。电动机的调速范围宽达期1∶200以上，在定/转子凸极数为12/8时，最低转速约为10转/分。如果转速太低，电磁转矩的脉动会引起明显的转速波动，产生懦动现象。
为了消除电磁转矩的脉动，进而能定位于任意设定的转角，本公司从改进电动机转子凸极的结构着手，确立了以两相邻相同时通电的定位方式和分相闭环控制定子绕组电流来使每相转矩符合要求。在推出开关磁阻电动机定位控制系统的基础上，后来又申请了发明专利“一种全新的开关磁阻电动机调速装置”。
在这种全新的调速装置中，电动机相数大于2，在一个相绕组中通以电流时，复位转矩的矩角特性近似地符合正弦波规律。现在两个两相邻相被同时适当地通电，对于任意设定的方位角，总复位转矩仍是如此，而且幅值基本不变。两相通电的临界点是一相通电，其时空载时定/转子凸极的中心线重合；如果带了负载，则定位角和换向角偏移一个负载角。
同时，各相复位转矩幅值由转矩给定器给出后，利用测得的相电流反馈信号和变换，对各相进行分别的闭环控制；而转矩给定器的输入则是可调频脉冲源送来的脉冲列和比较电路送来的正/反转向信号。
调速装置有开环和闭环两种型式。图1示为开环时转速控制部份方框图，包括模拟开关、给定积分电路、比较电路、转矩给定器、绝对值变换电路、偏差放大器、可调频脉冲源和f/v转换器。其中偏差放大器、可调频脉冲源和f/v转换器三个单元归并起来，就是v/f转换器。
如果图1中f/v转换器的输入脉冲改由电动机上角位移传感器中的编码器提供，则调速装置变为闭环型式。
除了所用电动机和通电方式不同外，上述调速装置很像变频器供电的反应式同步电动机，能够在开环情况下平稳运行，输出很低的转速。缺点方面，则在于输出高速尚有疑问，需要进一步研究改进。
发明内容
本发明正是为了解决上述技术问题而设计的一种宽范围的开关磁阻电动机调速装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种宽范围的开关磁阻电动机调速装置，包括开关磁阻电动机和控制器；开关磁阻电动机是转子可以定位在任意设定转角的电动机；电动机上装有编码器做的角位移传感器，利用转速环的输出控制带动负载的电磁转矩，电动机的转矩脉动很小，能在宽范围内调速；启动信号使模拟开关接通和转速调节器打开，转速给定经给定积分电路变换后加到转速调节器的输入上；转速调节器的输出为转矩给定，其正/负转向靠比较电路控制，绝对值则从绝对值变换电路输出端获得；两者均作为转矩给定器输入，转矩给定器的另一路输入是由电动机上编码器提供的脉冲列；脉冲列的频率正比于电动机转速，由f/v转换器转变为电压，然后与编码器同时提供的转动方向信号一起，在转向控制电路上形成转速反馈信号，加到转速调节器上构成转速闭环。
所述一种宽范围的开关磁阻电动机调速装置，通过功率逆变电路对定子绕组实行分相控制，各相的电磁转矩由转矩给定器给出后，经过适当的转换，构成电流闭环或者转矩闭环，其中反馈信号是由电流传感器测得的相电流。
所述一种宽范围的开关磁阻电动机调速装置，其电动机相数大于2，各相的磁路独立，可分相控制绕组中电流；电动机转子凸极的结构特殊，在一个相绕组中通以电流时，转子复位转矩与失调角间关系近似地符合正弦波规律，各次谐波近似为零。
所述一种宽范围的开关磁阻电动机调速装置，其两相邻相定子绕组同时通电时，两相邻相产生的复位转矩的幅值适当，对于任意设定的方位角，总复位转矩的矩角特性仍近似地符合正弦波规律，且幅值基本不变；两相邻相同时通电的临界点是一相通电，接着换到新的两相邻相通电。
所述一种宽范围的开关磁阻电动机调速装置，换相所需的转角间隔脉冲列来自电动机上安装的角位移传感器；当使得共磁能增大的转子凸极的边对齐通电相定子凸极中心线时，两相邻相同时通电换相，转子上获得大小为总复位转矩幅值的电磁转矩；在转子转到其它方位角时，也获得这样大小的电磁转矩。
本发明中转速给定器4是控制器的关键，它的输出与输入间关系复杂，并且要多相输出，必须采用计算机技术才能实现。其它单元不受限制，但为了简化电路和连线，提高可靠性和控制灵活性，有些单元最好也采用计算机技术。
本发明的有益效果是：其电动机上装有编码器做的角位移传感器，电动机运行时转矩脉动很小，能在宽范围内调速；其设计合理、实现简单且运行稳定。
附图说明
图1已公开技术的开环型功能框图。
图2本发明功能框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
一种宽范围的开关磁阻电动机调速装置，包括开关磁阻电动机和控制器；开关磁阻电动机是转子可以定位在任意设定转角的电动机；电动机上装有编码器做的角位移传感器，利用转速环的输出控制带动负载的电磁转矩，电动机的转矩脉动很小，能在宽范围内调速；启动信号使模拟开关接通和转速调节器打开，转速给定经给定积分电路变换后加到转速调节器的输入上；转速调节器的输出为转矩给定，其正/负转向靠比较电路控制，绝对值则从绝对值变换电路输出端获得；两者均作为转矩给定器输入，转矩给定器的另一路输入是由电动机上编码器提供的脉冲列；脉冲列的频率正比于电动机转速，由f/v转换器转变为电压，然后与编码器同时提供的转动方向信号一起，在转向控制电路上形成转速反馈信号，加到转速调节器上构成转速闭环。
所述一种宽范围的开关磁阻电动机调速装置，通过功率逆变电路对定子绕组实行分相控制，各相的电磁转矩由转矩给定器给出后，经过适当的转换，构成电流闭环或者转矩闭环，其中反馈信号是由电流传感器测得的相电流。
所述一种宽范围的开关磁阻电动机调速装置，其电动机相数大于2，各相的磁路独立，可分相控制绕组中电流；电动机转子凸极的结构特殊，在一个相绕组中通以电流时，转子复位转矩与失调角间关系近似地符合正弦波规律，各次谐波近似为零。这一性能可通过发电试验来证明，在原动机带动下等速转动时，通电相绕组上应感应出正弦波的空载电势。
所述一种宽范围的开关磁阻电动机调速装置，其两相邻相定子绕组同时通电时，两相邻相产生的复位转矩的幅值适当，对于任意设定的方位角，总复位转矩的矩角特性仍近似地符合正弦波规律，且幅值基本不变；两相邻相同时通电的临界点是一相通电，接着换到新的两相邻相通电。两相邻相同时通电怎样算适当？就是两相通电所产生的复位转矩幅值要适当。对于相数已知的电动机来说，这一幅值只与总复位转矩幅值和所设定的方位角有关，具体公式请查阅本公司专利“一种开关磁阻电动机的定位控制方式”。
所述一种宽范围的开关磁阻电动机调速装置，在电动机带动负载时，换相所需的转角间隔脉冲列来自电动机上安装的角位移传感器；当使得共磁能增大的转子凸极的边对齐通电相定子凸极中心线时，两相邻相同时通电换相，转子上获得大小为总复位转矩幅值的电磁转矩；在转子转到其它方位角时，也获得这样大小的电磁转矩。
在本发明控制器中，转矩给定器很关键，它们输出与输入间关系复杂，并且要多相输出，必须采用计算机技术才能实现。其它单元不受限制，但有些单元最好也采用计算机技术。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下得出的其他任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种宽范围的开关磁阻电动机调速装置，包括开关磁阻电动机和控制器；其特征在于：开关磁阻电动机是转子可以定位在任意设定转角的电动机；电动机上装有编码器做的角位移传感器，利用转速环的输出控制带动负载的电磁转矩，电动机的转矩脉动很小，能在宽范围内调速；启动信号使模拟开关接通和转速调节器打开，转速给定经给定积分电路变换后加到转速调节器的输入上；转速调节器的输出为转矩给定，其正/负转向靠比较电路控制，绝对值则从绝对值变换电路输出端获得；两者均作为转矩给定器输入，转矩给定器的另一路输入是由电动机上编码器提供的脉冲列；脉冲列的频率正比于电动机转速，由f/v转换器转变为电压，然后与编码器同时提供的转动方向信号一起，在转向控制电路上形成转速反馈信号，加到转速调节器上构成转速闭环。
2.根据权利要求1所述的一种宽范围的开关磁阻电动机调速装置，其特征在于：通过功率逆变电路对定子绕组实行分相控制，各相的电磁转矩由转矩给定器给出后，经过适当的转换，构成电流闭环或者转矩闭环，其中反馈信号是由电流传感器测得的相电流。
3.根据权利要求1所述的一种宽范围的开关磁阻电动机调速装置，其特征在于：电动机相数大于2，各相的磁路独立，可分相控制绕组中电流；电动机转子凸极的结构特殊，在一个相绕组中通以电流时，转子复位转矩与失调角间关系近似地符合正弦波规律，各次谐波近似为零。
4.根据权利要求1所述的一种宽范围的开关磁阻电动机调速装置，其特征在于：两相邻相定子绕组同时通电时，两相邻相产生的复位转矩的幅值适当，对于任意设定的方位角，总复位转矩的矩角特性仍近似地符合正弦波规律，且幅值基本不变；两相邻相同时通电的临界点是一相通电，接着换到新的两相邻相通电。
5.根据权利要求1所述的一种宽范围的开关磁阻电动机调速装置，其特征在于：换相所需的转角间隔脉冲列来自电动机上安装的角位移传感器；当使得共磁能增大的转子凸极的边对齐通电相定子凸极中心线时，两相邻相同时通电换相，转子上获得大小为总复位转矩幅值的电磁转矩；在转子转到其它方位角时，也获得这样大小的电磁转矩。
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|---|---|---|---|---|
| CN105510027A (zh) * | 2015-12-11 | 2016-04-20 | 中国船舶重工集团公司第七一一研究所 | 一种柴油机调速器波动负载模拟测试台设计方法 |
| CN104393799B (zh) * | 2014-11-28 | 2017-07-14 | 捷和电机制品(深圳)有限公司 | 开关磁阻电机及其控制方法 |
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2009
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| CN105510027B (zh) * | 2015-12-11 | 2018-11-02 | 中国船舶重工集团公司第七一一研究所 | 一种柴油机调速器波动负载模拟测试台设计方法 |
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