CN105591585A - 一种交流电机的调速装置、交流电机及用电设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种交流电机的调速装置、交流电机及用电设备，涉及交流电机技术领域，以解决现有采用斩波调速装置对无转速反馈信号的单速交流电机进行调速时，容易造成交流电机损伤以及交流电机调速不可靠的问题。该调速装置包括：调速单元和控制器，调速单元包括第一支路和至少一条第二支路，第一支路包括第一开关，第二支路包括第二开关和与第二开关串联的电容，调速单元的输入端与交流电源的第一端连接，调速单元的输出端与交流电机的第一端连接，交流电机的第二端与交流电源的第二端连接，控制器与调速单元的控制端连接，控制器控制调速单元中第一开关或至少一个第二开关中的任意一个闭合。本发明可用于交流电机的多档调速。

Description

一种交流电机的调速装置、交流电机及用电设备

技术领域

本发明涉及交流电机技术领域，尤其涉及一种交流电机的调速装置、交流电机及用电设备。

背景技术

交流电机在人们的日常生活中有着广泛的应用，如应用于电扇、冰箱、洗衣机、电梯等设备中，以实现交流电能和机械能的相互转换，给人们的生活带来了极大的便利。但根据交流电机应用场景的不同，对其性能也会提出不同的需求，尤其是对交流电机转速的需求更是多种多样。然而，实际生产的交流电机的转速不可能完全满足各种不同应用的需求。例如，在某种应用中，要求交流电机有三档转速而现有交流电机中没有符合该转速要求的电机时，就必须通过其他方法对现有交流电机的转速进行调节，使其满足该应用下的需求。

现有技术中，通常采用斩波调速装置，如斩波器对现有交流电机的转速进行调节。具体的，斩波调速装置通过自身运行的软件检测电机转速的反馈信号，然后将加载至交流电机两端的正弦交流电压中的一部分斩掉，以改变交流电压的输出值，从而实现对交流电机转速的调节。但通过该方法斩波后的电压在斩波的瞬间会产生高压尖峰，该高压尖峰会对交流电机造成损伤，随着交流电机运行时间的加长，必然会缩短其使用寿命；另外，在整个调速过程中，主要依靠微控制单元(MicroControlUnit，简称MCU)采集反馈信号和输出占空比控制信号，该过程伴随着软件的数据运算，而软件主导的调速装置抗扰动能力差，长时间运行时容易出现问题，不能保证运行的可靠性，进而导致对交流电机的调速也变得不可靠。

发明内容

本发明的实施例提供一种交流电机的调速装置、交流电机及用电设备，以解决现有采用斩波调速装置对无转速反馈信号的单速交流电机进行调速时，容易造成交流电机损伤以及交流电机调速不可靠的问题。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供了一种交流电机的调速装置，包括：调速单元和控制器；

所述调速单元包括第一支路和至少一条第二支路，所述第一支路包括第一开关，所述第二支路包括第二开关和与所述第二开关串联的电容，所述第一支路的第一端与所述第二支路的第一端连接，形成所述调速单元的输入端，所述第一支路的第二端与所述第二支路的第二端连接，形成所述调速单元的输出端，所述第一开关的控制端和所述第二开关的控制端形成所述调速单元的控制端；

所述调速单元的输入端与所述交流电源的第一端连接，所述调速单元的输出端与所述交流电机的第一端连接，所述交流电机的第二端与所述交流电源的第二端连接，所述控制器与所述调速单元的控制端连接，所述控制器控制所述调速单元中所述第一开关或所述至少一个第二开关中的任意一个闭合。

第二方面，本发明实施例提供了一种交流电机，所述交流电机包括本发明中第一方面所述的交流电机的调速装置和启动电容；所述启动电容的一端与所述交流电机的零线端子连接，所述启动电容的另一端与所述交流电机的中线端子连接。

第三方面，本发明实施例提供了一种用电设备，所述用电设备包含至少两个本发明中第二方面所述的交流电机。

本发明实施例提供了一种交流电机的调速装置、交流电机及用电设备，所述调速装置包括调速单元和控制器，且调速单元中包括第一支路和至少一个第二支路，当第一支路和至少一个第二支路中的任意一个开关闭合后，交流电源、调速单元与交流电机形成电流通路，从而驱动交流电机运转。由于调速单元中的第一支路和第二支路中的电容具有不同的电容值，因而当交流电机与调速单元中的不同支路形成电流通路后，加载至交流电机两端的电压也就不同，进而使得交流电机可以根据加载的电压的不同而改变自身的转速，也即实现了交流电机的多档调速；而且，该方法还可以根据实际应用中对交流电机转速的不同需求，通过改变第二支路上的电容值，简单灵活的实现指定转速的调节。与现有技术相比，本发明实施例提供的调速装置，利用调速单元中的电容单元的分压作用，改变了加载至交流电机两端的电压，且经电容分压后的电压为规则的正弦波，不会产生斩波调速时产生的瞬时高压尖峰，因而在调速时不会对交流电机造成损伤；另外，在使用本发明实施例提供的调速装置进行调速时，加载至交流电机两端的电压的改变主要通过硬件电路实现的，控制器只需要发送控制信号来控制选择调速单元中的某一开关闭合即可，不再像现有技术那样，需要通过软件检测电机转速的反馈信号，然后对加载至交流电机两端的电压进行斩波，所以相对于现有技术，本发明所述方法的可靠性更高。因此，本发明实施例提供的方法可以有效解决现有采用斩波调速装置对交流电机进行调速时，容易造成交流电机损伤以及交流电机调速不可靠的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种交流电机的调速装置示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种交流电机的调速装置示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种交流电机的调速装置示意图；

图4为针对图3所示的调速装置中继电器的工作原理图；

图5为本发明实施例提供的一种交流电机的示意图；

图6为本发明实施例提供的一种应用于全热交换器的交流电机的调速装置示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种交流电机的调速装置，如图1所示，包括：调速单元10和控制器11。

其中，调速单元10包括第一支路101和至少一条第二支路102，第一支路101包括第一开关，第二支路102包括第二开关和与第二开关串联的电容，第一支路101的第一端与第二支路102的第一端连接，形成调速单元的输入端，第一支路101的第二端与第二支路102的第二端连接，形成调速单元10的输出端，第一开关的控制端和第二开关的控制端形成调速单元10的控制端；调速单元10的输入端与交流电源12的第一端连接，调速单元10的输出端与交流电机13的第一端连接，交流电机13的第二端与交流电源12的第二端连接，控制器11与调速单元10的控制端连接，控制器11控制调速单元10中第一开关或至少一个第二开关中的任意一个闭合。

需要说明的是，本发明实施例中所述的电容可以是单独的一个电容，也可以是通过串并联形式组合而成的电容，本发明对此不做限定。

可选的，如图1所示，调速单元10的输出端既可以跟交流电机13的火线端子连接，又可以跟交流电机13的零线端子连接，两种连接方式均能实现交流电机的多档调速。

具体的，参考图1，若交流电源12的第一端为火线，则交流电源12的第二端为零线，交流电机13的第一端为火线端子，交流电机13的第二端为零线端子；调速单元10的输出端与交流电机13的火线端子连接，交流电机13的零线端子与交流电源12的零线连接。

若交流电源12的第一端为零线，则交流电源12的第二端为火线，交流电机13的第一端为零线端子，所述交流电机的第二端为火线端子；调速单元10的输出端与交流电机13的零线端子连接，交流电机13的火线端子与交流电源12的火线连接。

可选的，调速单元可以包括一条第二支路，也可以包括多条第二支路。若调速单元包括多条第二支路，则可以将第二支路上的电容设置为具有不同电容值的电容。这样，当控制器控制不同的第二支路闭合时，由于不同的第二支路上的电容值不同，经过电容的分压作用后，加载至交流电机两端的电压也就不同，因而不同支路闭合后，交流电机的转速是不同的。

示例的，参考图2所示的交流电机的调速装置示意图，若调速单元10包括第一支路101和一条第二支路102，则当闭合第一支路101后，由于没有电容分压，交流电机的转速和它的额定转速相同；当闭合第二支路102后，由于电容的分压作用，加载至交流电机13两端的电压由于电容的分压作用变小了，所以相对于交流电机的额定转速来说，速度会有所下降，所以图2所示的调速装置既可以利用交流电机本身的转速，又可以根据实际需求再设计一档转速，即可以实现两档调速。

又示例的，如图3所示，在图3所示的交流电机的调速装置的示意图中，调速单元10中包括三条第二支路102，且每个支路上的电容具有不同的电容值。当然，第一支路除了包括第一开关外，也可以包括电容，此时第一支路的构成就与第二支路102相同。由于每条支路上的电容值均不同，所以不论闭合这三条支路中哪一条，经电容的分压作用后，加载至交流电机13两端的电压均不同，因而在图3所示的调速装置的作用下，交流电机可以实现三档转速的调节，且这三个转速中，不包括交流电机的额定转速。

可选的，在本发明实施例中，调速单元中的第一开关和第二开关可以选用继电器或可控硅器件。

需要说明的是，在实际电路中，采用继电器或可控硅器件作为开关时，可能会出现以下情况：

情况1：若已经有一条第二支路闭合，此时如果有干扰电压使另外一条支路也闭合，则在另外一条支路闭合的瞬间，已经闭合的支路上的电容会瞬间放电，和交流电源电压一起产生瞬间高电流流过由已经闭合的第二支路和被干扰电压干扰后闭合的另一条支路所组成的电流回路，容易损坏该电流回路中的某一个或两个继电器或可控硅器件，导致其失效。

情况2：若已经有一条第二支路闭合，控制器要选择闭合另一条支路时，如果继电器或可控硅器件的响应速度过慢，则已经闭合的支路还没来得及断开，另一条支路却闭合时，未断开支路的电容会瞬间放电，和电源电压一起产生瞬间高电流流过这两条支路所组成的电流回路，容易损坏该电流回路中的某一个或两个继电器或可控硅器件，导致其失效。

为了避免这两种情况的发生，可以采用互锁的方式连接各个支路上的开关。示例的，以图3所示的调速装置中的开关为继电器为例，并结合图4所示的继电器的工作原理图对互锁这种连接方式进行详细说明。

具体的，图4中，标号1-5分别表示继电器的不同端子，继电器41和继电器42可以选用JZC-33F，该继电器具有5个端子，继电器43可以选用JZC-32F，该继电器具有4个端子。其中，继电器的第1端和第2端分别表示继电器的两个控制端，第3端、第4端和第5端分别表示继电器的三个执行端。继电器41的第3端可以与交流电源的火线相连，继电器41和继电器42的第5端分别和电容相连，相当于图3中的第一条和第二条第二支路102，继电器43的第4端也和电容相连，相当于图3中的第三条第二支路102。若各个继电器的驱动电压均为12V，则当控制器(图4中以控制器是MCU为例)未动作时，即图4中MCU输出给继电器41、继电器42和继电器43的第1端的信号为高电平信号，此时，继电器41和继电器42的第3端和第4端连接，继电器43的第3端和第4端断开；当控制器动作时，即MCU输出的信号为低电平信号，若MCU输出给继电器41的第1端的信号为低电平信号，此时，继电器41的第3端和第5端连接，相当于图3中的第一条第二支路102闭合；若MCU给继电器43的第1端输入一个低电平，则继电器43的第3端和第4端连接，此时，相当于图3中的第三条第二支路102闭合。

结合图3和图4，当继电器41闭合时，即当图3中的第一条第二支路102闭合时，继电器41的第3端和第4端是断开的，所以无论后边两个继电器42和继电器43是否闭合，继电器42和继电器43均无法和交流电源间形成回路，故不会导致图3中的第二条第二支路102和第三条第二支路102闭合，这就是互锁的连接方式。通过采用互锁的连接方式，无论是产生了干扰电压还是开关响应速度过慢，调速单元中均只能闭合一条支路，避免了多条支路同时闭合的情况，因而不会出现上述情况1和情况2中所述的损坏继电器或可控硅器件的问题，保证了电路的可靠性。

本发明实施例提供了一种交流电机的调速装置，该装置包括：调速单元和控制器，且调速单元中包括第一支路和至少一个第二支路，当调速单元中的第一支路和至少一个第二支路中的任意一个开关闭合后，交流电源、调速单元与交流电机形成电流通路，从而驱动交流电机运转。由于调速单元中的第一支路和第二支路中的电容具有不同的电容值，因而当交流电机与调速单元中的不同支路形成电流通路后，加载至交流电机两端的电压也就不同，进而使得交流电机可以根据加载的电压的不同而改变自身的转速，也即实现了交流电机的多档调速；而且，该方法还可以根据实际应用中对交流电机转速的不同需求，通过改变第二支路上的电容值，简单灵活的实现指定转速的调节。与现有技术相比，本发明实施例提供的调速装置，利用调速单元中的电容单元的分压作用，改变了加载至交流电机两端的电压，且经电容分压后的电压为规则的正弦波，不会产生斩波调速时产生的瞬时高压尖峰，因而在调速时不会对交流电机造成损伤；另外，在使用本发明实施例提供的调速装置进行调速时，加载至交流电机两端的电压的改变主要通过硬件电路实现的，控制器只需要发送控制信号来控制选择调速单元中的某一开关闭合即可，不再像现有技术那样，需要通过软件检测电机转速的反馈信号，然后对加载至交流电机两端的电压进行斩波，所以相对于现有技术，本发明所述方法的可靠性更高。因此，本发明实施例提供的方法可以有效解决现有采用斩波调速装置对交流电机进行调速时，容易造成交流电机损伤以及交流电机调速不可靠的问题。

本发明实施例提供了一种交流电机100，如图5所示，交流电机100包括本发明所述的任意一种交流电机的调速装置：调速单元10和控制器11，以及启动电容14；所述启动电容14的一端与所述交流电机13的零线端子连接，所述启动电容14的另一端与所述交流电机13的中线端子连接。通过在交流电机13上连接调速装置，实现了交流电机13的多档调速。

示例的，交流电机13可以选用单相单速交流电机，通过将该调速装置设置在单相单速交流电机上，即可实现单相单速交流电机的多档调速，具体的调速原理可参考上述描述，在此不再赘述。

需要说明的是，本发明所述的交流电机的调速装置，即可以集成在控制器上，也可以单独置于控制器外，本发明对调速装置的放置位置不做限定。

本发明实施例还提供了一种用电设备，该用电设备中可以包含至少两个本发明所述的交流电机。

示例的，如图6所示，为本发明实施例提供的一种应用于全热交换器的交流电机的调速装置示意图，由于全热交换器中包含进风风扇和排风风扇两个风扇，所以在全热交换器这种用电设备中，需要使用两台本发明所述的交流电机13，且每个交流电机13都设置有启动电容14。示意性的，图6中与每台交流电机相连的调速装置中均包含三个第二支路102。控制器11通过分别控制两个不同的调速单元10中的不同支路闭合，即可实现对两台交流电机的单独调速；而且，图6中的每台交流电机均能实现三档调速。具体的，其调速原理可参考上述描述，在此不再赘述。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种交流电机的调速装置，其特征在于，包括：调速单元和控制器；

所述调速单元包括第一支路和至少一条第二支路，所述第一支路包括第一开关，所述第二支路包括第二开关和与所述第二开关串联的电容，所述第一支路的第一端与所述第二支路的第一端连接，形成所述调速单元的输入端，所述第一支路的第二端与所述第二支路的第二端连接，形成所述调速单元的输出端，所述第一开关的控制端和所述第二开关的控制端形成所述调速单元的控制端；

所述调速单元的输入端与所述交流电源的第一端连接，所述调速单元的输出端与所述交流电机的第一端连接，所述交流电机的第二端与所述交流电源的第二端连接，所述控制器与所述调速单元的控制端连接，所述控制器控制所述调速单元中所述第一开关或所述至少一个第二开关中的任意一个闭合。

2.根据权利要求1所述的调速装置，其特征在于，若所述交流电源的第一端为火线，则所述交流电源的第二端为零线，所述交流电机的第一端为火线端子，所述交流电机的第二端为零线端子。

3.根据权利要求1所述的调速装置，其特征在于，若所述交流电源的第一端为零线，则所述交流电源的第二端为火线，所述交流电机的第一端为零线端子，所述交流电机的第二端为火线端子。

4.根据权利要求1所述的调速装置，其特征在于，若所述调速单元包括至少两条所述第二支路时，所述不同第二支路上的电容具有不同的电容值。

5.根据权利要求1所述的调速装置，其特征在于，所述第一开关和所述第二开关为继电器或可控硅器件。

6.根据权利要求1所述的调速装置，其特征在于，所述第一开关和所述第二开关以互锁的方式连接。

7.一种交流电机，其特征在于，所述交流电机包括启动电容和权利要求1至6中任一项所述的交流电机的调速装置；所述启动电容的一端与所述交流电机的零线端子连接，所述启动电容的另一端与所述交流电机的中线端子连接。

8.一种用电设备，其特征在于，所述用电设备包含至少两个权利要求7所述的交流电机。