CN1053068C - 绕线转子交流感应调速电动机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种绕线转子交流感应调速电动机。其转子绕组各相串接可逆功率半导体开关，可逆功率半导体开关与转轴固定在一起，通过磁耦、光耦等非接触耦合装置或由电刷及换向器构成的直接接触装置，控制可逆功率半导体开关导通的占空比，可在保证转子功率因数Cosφ2＝1的前提下，经济地实现范围较广的平滑调速，且控制成本低，运行效率不低于现行变频调速系统。

Description

绕线转子交流感应调速电动机
本发明涉及一种绕线转子交流感应调速电动机。
1981年由机械工业出版社出版发行，合肥工业大学顾绳谷主编的《电机及拖动基础》一书中介绍了绕线转子交流感应电动机的结构及其一般调速方法。其主要由转子和定子两大部分组成，转子包括转轴、转子绕组、转子铁芯。其调速一般采用转子电路串接电阻及串接电势(串级)调速。前者在调速过程中均产生大量的转差功率消耗在转子电路上，使转子发热，损耗较大，效率低，调速的经济性较差，调速指标不高，范围不大，平滑性差；后者主要缺点是功率因数较差。由于两者在电机结构上都还存在集电环，电刷等接触部件，因此不可避免还存在可靠性差，容量和转速受到限制，维护成本高，对环境适应性差等问题。
本发明的目的是提供一种能够在保证转子功率因数Cos2＝1前提下，经济地实现范围较广的平滑调速的电动机。
为达上述目的，本发明在上述绕线转子交流感应电动机的转子绕组各相均串接可逆功率半导体开关，且可逆功率半导体开关与转轴固定在一起；通过光耦、磁耦等非接触耦合装置或由电刷及换向器构成的直接接触装置将驱动信号送至被控可逆功率半导体开关。这样，该电机转子绕组的每相绕组在什么时刻、什么位置导通或关断，就是可控的了，从而就能直接控制转子电流。当其为多相电动机时，在任何时刻，以旋转励磁磁势
Figure C9610186300041
线为基准，在其左右各90°角范围内，对偏离
Figure C9610186300042
线角度不同的转子相绕组中的可逆功率半导体开关，送入脉冲宽度不等的PWM或PFM斩波驱动信号，使在任意频率的转子相电流的半波时间内，相应相绕组可逆功率半导体开关导通的占空比逐渐减小，并调整占空比，使每相转子绕组漏感储能在其对应的等效定子电流过零前释放完，则转子相电流与等效定子激磁电流同相，功率因数Cos2＝1。亦可以使转子相绕组可逆功率半导体开关在其等效定子激磁电流过零时刻导通，等效定于激磁电流反向前关断，保证转子相电流与等效定子激磁电流同相，功率因数Cos 2＝1。同理，当其为单相电动机时，亦可如上所述，使功率因数Cos2＝1，所不同的仅是旋转磁势变成脉振磁势。在保证Cos2＝1的前提下，再通过调节占空比就可达到经济地实现范围较广的平滑调速目的。
上述转子相绕组串接可逆功率半导体开关的具体接法主要有两种：一是转子各相绕组一端相互短接，另一端串接可逆功率半导体开关后，再相互短接；二是转子各相绕组串接可逆功率半导体开关后自成回路。
由于上述方案可直接对转子相绕组电流进行控制，因此，当其为单相电动机时，无需驱动绕组就可方便地实现正、反向起动；又其驱动耦合装置的转子与转轴固定在一起作同速旋转，所以通过驱动耦合装置可方便地把电动机的转速信号取出，进行速度闭环控制，无需再加装测速发电机，同时，驱动耦合装置还能起位置监视作用；若驱动装置为电刷和换向器构成的直接接触式驱动，由于其为弱电接触，较原强电接触安全、可靠、使用寿命延长；若为非接触耦合驱动，则其可靠性，安全性更高，使用寿命更长，维护成本降低，调速范围更宽，最高转速仅稍低于同步磁势转速；若用此电动机构成调速系统与现行变频调速系统相比，由于省去了整流变压器。整流器，控制线路也大为简化，因此，用此种电动机构成调速系统的成本将大大降低，且运行效率不低于现行变频调速系统。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明实施例的结构示意图。
图2为图1所示实施例的转子绕组接线原理图之一。
图3为图1所示实施例的转子绕组接线原理图之二。
如图1所示，本实施例由定子1、转轴2、转子绕组3、转子铁芯4、旋转变压器定子5、旋转变压器转子6、可逆功率半导体开关7组成。转子绕组3的各相绕组都串接一可逆功率半导体开关7，所有可逆功率半导体开关7直接安装在旋转变压器转子6上或其支架上，旋转变压器转子6与转轴2固定在一起，旋转变压器定子5固定在定子1上与旋转变压器转子6对应处。转子绕组3的各相绕组与旋转变压器转子6的触发绕组相对应。转子绕组3的各相绕组的可逆功率半导体开关7的控制端连接旋转变压器转子6的对应触发绕组。在任何时刻，以励磁磁势 线为基准，在其左右各90°角范围内，通过旋转变压器定子5、转子6，对偏离
Figure C9610186300052
线角度不同的转子相绕组中的可逆功率半导体开关7，送入脉冲宽度不等的PWM或PFM斩波驱动信号，使在任意频率的转子相电流的半波时间内，相应转子相绕组可逆功率半导体开关7导通的占空比逐渐减小，并调整占空比，使每相转子绕组3漏感储能在其对应的等效定子激磁电流过零前释放完，则转子相电流与等效定子激磁电流同相，功率因数Cos2＝1。或使转子相绕组的可逆功率半导体开关7在其等效定子电流过零时刻导通，等效定子激磁电流反向前关断，保证转子相电流与等效定子激磁电流同相，功率因数Cos2＝1。在保征Cos2＝1的前提下，再通过调节可逆功率半导体开关7导通的占空比，就可达到经济地实现范围较广的平滑调速目的。
无论采取哪种结构形式，当转子装成型后，均应进行动平衡校验。
上述转子绕组3与可逆功率半导体开关7的连接系如图2所示，转子绕组3的各相绕组串接可逆功率半导体开关7后自成回路，可逆功率半导体开关7的控制端8与各自对应的旋转变压器转子6的触发绕组连接。或如图3所示，转子绕组3的各相绕组一端相互短接，另一端串接可逆功率半导体开关7后，再相互短接，可逆功率半导体开关7的控制端8与各种对应的旋转变压器转子6的触发绕组连接。
在具体实施过程中还必须考虑低速时功率器件的散热及电机的使用环境问题。功率较小时，可适当加大功率器件的容量，解决散热问题；功率较大时，可附加风扇散热。当在恶劣环境中使用时，必须同时考虑密封与散热。
为在满足不同需要时，又能降低成本，当作小功率电动机应用，指标要求又不太苛刻时，其功率器件可选用半控型的普通晶闸管或双向晶闸管，不过此种系统在低速时的功率因数不太高；当指标要求较高时，可采用全控型功率器件，如：功率达林顿管(GTR)、功率场效应管(MOSFET)、静电感应晶闸管(SITH)、绝缘栅极晶闸管(IGBT)等。
当用电刷及换向器构成的直接接触装置作为驱动装置时，其构造及原理类似于直流电动机的电刷和换向器。
本发明所述可逆功率半导体开关包括由功率半导体开关器件构成的具有可逆功能的组合开关。

Claims (2)

1、一种绕线转子交流感应调速电动机，由定子(1)和转子两大部分组成，转子包括转轴(2)、转子绕组(3)、转子铁芯(4)，其特征在于：
a、转子绕组(3)各相均串接可逆功率半导体开关(7)；
b、可逆功率半导体开关(7)与转轴(2)固定在一起；
c、通过磁耦、光耦非接触耦合装置或由电刷及换向器构成的直接接触装置将驱动信号送至被控可逆功率半导体开关(7)。
2、根据权利要求1所述调速电动机，其特征在于：所述转子绕组(3)的各相绕组串接可逆功率半导体开关(7)后，自成回路或转子绕组(3)的各相绕组一端相互短接，另一端串接可逆功率半导体开关(7)后，再相互短接。
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