CN1032508C - 具有可控动态特性的直流分激或复激的电机装置 - Google Patents

Abstract

一种具有可控动态特性直流分激(或复激)马达及其电路装置，主要具有一组基本激磁电流的分激磁场，随电枢负载电流的增加，磁场电流增大，以产生近似串激马达的特性，以及在到达最大设定值后停止增加磁场激磁电流，以产生近似分激马达的特性；本发明除单机构成外，还可进一步包括两机交叉互锁以达成同步或比例运转，其特征在于根据第一组马达的电枢负载电流值的检测以正比控制相邻的马达的磁场电流值，以及根据最终马达的电枢电流值的检知以正比控制第一组马达的磁场。

Description

具有可控动态特性的直流分激或复激的电机装置

本发明系涉及一种具有可控动态特性的直流分激(或复激)的电机装置。

传统的直流电机，分激型的运转效率高，但起动力矩较小，串激型的则具有较大的起动转矩，但运转效率因磁场压降损失而较低。

本发明的目的是提供一种具有可控动态特性的直流分激(或复激)的电机装置，主要为具有一组基本激磁电流的分激磁场，并随电枢负载电流增加而增大的磁场，以便产生近似串激电机的特性，并且在到达最大设定值后停止增加磁场激磁电流，以便产生近似分激电机的特性。

下面根据附图详细说明本发明的实施例。

图1是可控动态特性的直流分激(或复激)电机的原理示意图，

图2是控制元件并与磁场绕组WF201同极性相连的辅助磁场绕组WF202的实施例的示意图。

图3是用外加阻抗Z301(如电阻或电感)代替图2所述的辅助磁场绕组的实施例的示意图。

图4是由两组电机构成互锁的具有可控动态特性的直流电机装置的电路图。

如图1所示的本发明主要构成包括：

——与控制元件AD101串联后并与电源相联的主分激磁场绕组WF101；

——控制元件AD101，它是具有前置放大的固态开关元件，且包含功率晶体管，闸流管等元件，其中功率晶体管适用于直流或脉动直流，闸流管则控制具有过零点的截波直流电源；

——激磁控制开关FS101，它用来控制控制元件AD101进行基本激磁电流选择，包括接受电控界面或人工操控，以形成控速或在运转中加大激磁作动能回收的发电制动；

——直流电机电枢A101，它可与双掷正反转开关外接，并与电枢电流检测元件S101串联后再与直流电源相联；

——由串激绕组或降压电阻(或电抗线圈)构成的检测元件S101，以提供与电枢电流值相对的参考信号来驱动控制元件AD101，其控制关系为：当电枢电流随负载增大时，参考信号愈强，则控制元件AD101阻抗愈低；而增加对磁场WF101的激磁电流以提高输出转矩。

上述构成的电机一种具有速度上限、分激特性的下限以及其上下限之间具有串激特性。

图1的动作特性如下：

当电流流入电枢A101时，电枢由于与磁场作用关系，因侦测元件组S101的检测信号控制控制元件AD101而进一步控制磁场WF101，形成可控动态特性的直流电机；此外，其动态特性如图1—A所示，与原串激电机特性曲线比较，其分激磁场绕组所具有的基本磁场形成具有一被限制的速度上限ab特性段，由于电枢电流侦测元件S101的检知及控制控制元件AD101进而使磁场电流随电枢电流增减以构成近似串激电机特性的bc工作段，以及在磁场因饱和或被限制不再增加激磁后呈现近似分激电机特性的cd工作段。

图2及图3分别为本发明的进一步的电路应用例。

图2为控制元件与磁场绕组WF201相联的同极性的辅助磁场绕组WF202的实施例，其主要构成包括：

——分激磁场绕组WF201和辅助磁场绕组WF202同极性相互串联，其辅助磁场绕组并联于控制元件AD201的两侧；

——电枢A201与检测元件S201相串联后再与电源并联；

——激磁控制开关FS201对控制元件AD201控制并作基本激磁电流选择，包括接受电控界面或人工控制，以便制成控速或在运转中加大激磁作动能回收的发电制动。

图2的动作特性如下：

当电枢电流过小时，检测元件S101所检测的电流信号亦较小，控制元件AD201呈高阻抗状态，此时磁场电流强度与分激磁场绕组WF201及所串联的辅助磁场绕组WF202的阻抗值成反比，基本激磁电流可维持电枢转速在其反电动势(EMF)与电源相互平衡的转速上限；当其负载渐渐增加时，磁场因控制元件AD201的阻抗降低而激磁电流渐渐增大，使得电机产生类似串激电机的性能；当控制元件AD201到达最低阻抗的饱和状态时，磁场呈最大激磁状态，而电机呈类似分激的特性。

图3为以外加阻抗Z301(如电阻或电感)代替图2所示的辅助磁场绕组的实施例的示意图，其主要构成包括：

——阻抗Z301为电阻性或电感性或电容性或具有混合性质的阻抗，且与分激磁场绕组WF301串联并与控制元件AD301并联；

——电枢A301与检测元件S301相串联后再与电源并联；

——激磁控制开关FS301为对控制元件AD301控制作基本激磁电流选择，包括接受电控界面或人工控制，以形成控速或在运转中加大激磁作动能回收的发电制动。

图3的动作特性如下：

当电枢电流过小时，检测元件S301所检知的电流信号也较小，控制元件AD301呈高阻抗状态，此时磁场电流强度与分激磁场绕组WF301所串联的阻抗Z301的阻抗值成反比，以便基本激磁电流可维持电枢转速在其反电动势(EMF)与电源相互平衡的转速上限；当其负载渐渐增加时，磁场因控制元件AD301的阻抗降低而激磁电流渐渐增大，使电机产生类似串激电机的性能；当控制元件AD301到达最低阻抗的饱和状态时，磁场呈最大激磁状态，而电机呈类似分激的特性。

本发明除了单机构成外，还进一步包括两机交叉互锁以达成同步或比例运转的功能，其特征在于依靠第一组电机的电枢负载电流值的检知以正比控制相邻电机(往前或往后皆可)的磁场电流值，以及根据最终电机的电枢电流值的检知以正比控制第一组电机的磁场，使电机组呈同步或近似同步或作比例运转状态。

图4为由两组电机构成互锁的具可控动态特性直流电机装置的线路图，其主要构成包括：

第一电机组的分激磁场绕组WF401和辅助磁场绕组WF411同极性相互串联，其辅助磁场绕组WF411并于控制元件AD401在两侧并联；电枢A401与检测元件S401相互串联后再于电源并联；

——第二电机组的分激磁场绕组WF402和辅助磁场绕组WF412同极性相互串联，其辅助磁场绕组WF412并于控制元件AD402在两侧并联；电枢A402与检测元件S402相串联再于电源并联；

——上述第一电机组电枢A401所串联的检测元件S401的检测信号是传送给操控第二电机组磁场绕组的控制元件AD402的；第二电机组电枢A402所串联的检测元件S402的检测信号是发送给操控第一电机组磁场绕组之控制元件AD401而形成互锁；

——上述互锁电路的控制包括其中一组电机因负载加大而电枢转速减低及电流加大时，与其电枢串联的检测元件信号将加大，进而控制另一种电机磁场绕组所串联的控制元件的阻抗降低，加强磁场激磁电流，使得另一种电机电枢的转速因磁场磁通加强而使电机电枢同时降低转速；

——上述两电机磁场的辅助绕助WF411及WF412可根据需要决定是否设置；或由其他电阻性或电感性或电容性或具有混合性质的阻抗元件所取代；

——通过激磁控制开关FS401及FS402分别控制两电机磁场绕组所串联的控制元件AD401及AD402，使两电机间可磁场基本强度不同而作比例运转，其动能回授功能也同前面所述。

前述图1至4的实施例应用于复激电机除特性bc段斜率不同外，其余特性均相同。

本发明揭示了一种具有可控动态特性直流分激(或复激)的电机装置，此项电机具有类似串激电机负载转矩与速度有关的特性，但其具有上限速度，且具有分激电机负载特性的下限速度，而其类似的串激特性则因磁场激磁电流较小，具有的分激电机较佳效率作为控制及动能回收操控的性能尤为突出，除单机运转外，并可两机互锁作同步或比例运转，其功能优越，创思新颖实用。

Claims (4)

1.一种具有可控动态特性直流分激(或复激)的电机装置主要包括具有一组基本激磁电流的分激磁场，该磁场并随电枢负载电流的增加而加大，以便产生近似串激电机的特性，而且在到达最大设定值后，停止增加磁场激磁电流，以产生近似分激电机的特性，其特征在于其主要构成包括：

——主分激磁场绕组(WF101)且于控制元件(AD101)串联后与电源并联；

——控制元件(AD101)是具有前置放大固态开关元件的含功率晶体管、闸流管等元件所构成，其中功率晶体管供适用于直流或脉动直流，闸流管则可控制具有过零点的截波直流电源；

——激磁控制开关(FS101)是用来控制控制元件(AD101)作基本激磁电流的选择，包括接受电控界面或人工控制，以构成控速或在运转中加大激磁作动能回收的发电制动；

——直流电机电枢(A101)可外接双掷正反转开关，并与电枢电流检测元件(S101)串联后与直流电源并联；

——检测元件(S101)由串激绕组或降压电阻(或电抗线圈)构成，以提供与电枢电流值相对应的参考信号驱动控制元件(AD101)，其控制关系为当电枢电流随互截增大时，参考信号愈强，而控制元件AD101的阻抗愈低，增加对磁场(WF101)的激磁电流以提高输出转矩；

上述电机具有速度上限、分激特性的下限以及其上下限之间具有串激特性；

其动作特性如下：

当电流流入电枢(A101)时，电枢由于与磁场的作用关系将构成通过检测元件组(S101)的检测信号控制的控制元件(AD101)，并进一步操控磁场(WF101)，形成可控动态特性的直流电机；此外，其动态特性与原串激电机特性曲相比，通过分激磁场绕组所具有的基本磁场形成具有一被限制的速度上限ab特性段，由于电枢电流检测元件(S101)检测及控制控制元件(AD101)进而使磁场电流随电枢电流增减，以构成近似串激电机特性的bc工作段，以及在磁场因饱和或被限制而不再增加激磁后呈现近似分激电机特性的cd工作段。

2.如权利要求1所述的具有可控动态特性的直流分激(或复激)的电机装置，其特征在于进一步为控制元件与磁场绕组(WF201)同极性辅助磁场绕组(WF202)并联，其主要构成包括：

——分激磁场绕组(WF201)与辅助磁场绕组(WF202)同极性相互串联，其辅助磁场绕组并与控制元件(AD201)在两侧并联；

——电枢(A201)与检测元件(S201)相串联，并与电源并联；

——激磁控制开关(FS201)对控制元件(AD201)进行控制并作基本激磁电流选择，包括接受电控界面或人工操控，以形成控速或在运转中加大激磁作动能回收的发电制动；

其动作特性如下：

当电枢电流过小时，检测元件(S101)所检测电流信号也较小，控制元件(AD201)呈高阻抗状态，此时磁场电流强度与分激磁场绕组(WF201)及所串联辅助磁场绕组(WF202)的阻抗值成反比，这样基本激磁电流可维持电枢转速在其反电势(EMF)与电源相互平衡的转速上限；当其负载渐渐增加时，磁场因控制元件(AD201)的阻抗降低而激磁电流渐渐增大，使电机产生类似串激电机的性能；当控制元件AD201到达最低阻抗的饱和状态时，磁场呈最大激磁状态，而电机呈类似分激的特性。

3.如权利要求1所述的具可控动态特性直流分激(或复激)的电机装置，其特征在于进一步为以外加阻抗(Z301)(如电阻或电感)代替辅助磁场绕组，其主要构成包括：

——阻抗(Z301)为电阻性或电感性或电容性或具有混合性质的阻抗，并与分激磁场绕组(WF301)串联后再与控制元件(AD301)并联；

——电枢(A301)与检测元件(S301)相互串联后再于电源并联；

——激磁控制开关(FS301)为对控制元件(AD301)控制并作基本激磁电流选择，包括接受电控界面或人工操控，以形成控速或在运转中加大激磁作动能回收的发电制动；

其动作特性如下：

当电枢电流过小时，检测元件(S301)所检测的电流信号也较小，且控制元件(AD301)呈高阻抗状态，此时磁场电流强度与分激磁场绕组(WF301)及所串联的阻抗(Z301)的阻抗值成反比，这样基本激磁电流可维持电枢转速在其反电势(EMF)与电源相互平衡的转速上限；当其负载渐渐增加时，磁场因控制元件(AD301)的阻抗降低而激磁电流渐渐增大，使电机产生类似串激电机的性能；当控制元件(AD301)到达最低阻抗的饱和状态时，磁场呈最大激磁状态，而电机呈类似分激的特性。

4.如权利要求1所述的具可控动态特性直流分激(或复激)的电机装置，其特征在于除单机构成外，并进一步包括两机交叉互锁以形成同步或比例运转的功能，其特征在于通过第一组电机的电枢负载电流值的检测值以正比控制相邻的电机(往前或往后皆可)的磁场电流值，以及通过最终电机电枢电流值的检测以正比控制第一组电机的磁场，使电机组呈同步或近似同步或作比例运转，主其主构成包括：

——第一电机组的分激磁场绕组(WF401)和辅助磁场绕组(WF411)同极性相互串联，其辅助磁场绕组(WF411)与控制元件(AD401)在两侧并联；电枢(A401)与检测元件(S401)相串联后再与电源并联；

——第二电机组的分激磁场绕组(WF402)和辅助磁场绕组(WF412)同极性相互串联，其辅助磁场绕组(WF412)与控制元件(AD402)在两侧并联；电枢(A402)与检测元件(S402)相串联后再与电源并联；

——上述第一电机组电枢(A401)所串联的检测元件(S401)的检测信号控制第二电机组磁场绕组的控制元件(AD402)；第二电机组电枢(A402)所串联的检测元件(S402)的检测信号去控制第一电机组磁场绕组的控制元件(AD401)而形成互锁；

——上述互锁电路的控制包括：其中一组电机因负载加大而电枢转速减低和电流加大时，与其电枢串联的检检测元件信号将加大，进而控制另一组电机磁场绕组所串联的控制元件的阻抗降低，进而加强磁场激磁电流，而使另一组电机电枢转速因磁场磁通加强，而使电机电枢同时降低转速；

——上述两个电机磁场辅助绕组(WF411)与(WF412)可根据需要决定是否设置；或以其他电阻性或电感性或电容性或具有混合性质的阻抗元件所代替；

——通过激磁控制开关(FS401)和(FS402)分别控制两电机磁场绕组所串联的控制元件(AD401)及(AD402)，使两电机间可因磁场基本强度不同而作比例运转及动能回授。

Images