CN107547032A - 电机绕组切换装置、方法、电机及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电机绕组切换装置、方法、电机及设备。其中电机绕组切换装置包括至少一个继电器、至少一个电流互感器以及控制电路；所述继电器，与电机绕组连接，用于通过对自身开合状态的切换，实现对所述电机绕组的连接方式的切换；所述电流互感器串联接入电机的输入端或者串联接入所述电机绕组，用于感应所述电机的工作电流；所述控制电路，与继电器和电流互感器连接，用于采集电流互感器的电流，并根据采集到的电流互感器的电流控制所述继电器开合状态的切换。本发明的技术方案通过电机绕组的连接方式的切换,使电机最佳效率区间明显拓宽、电机过载能力显著提高；降低了切换冲击电流，从而延长切换器寿命，提高产品可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种电机绕组切换装置、方法、电机及设备。
背景技术
绕组切换用的切换器(启动器)目前在市面上的应用情况主要有两类。一类是实现三相电机启动用的星三角启动器，实现电机由启动的三角形状态切换成星形状态。另一类是类似于风扇电机的转速调节，一般手动调节器较多。现有技术的切换器无法实现灵活切换，从而在实际应用中，电机的最佳效率区间是很窄的。图1是现有技术的电机的效率、转矩-转速曲线图。如图1所示，电机的最佳效率区间是很窄的，有效运行转速也是很窄的，过载能力有限。因此开发一种能够灵活切换电机绕组的切换装置是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供了一种电机绕组切换装置、方法、电机及设备，以解决电机绕组无法实现灵活切换的问题。
本发明一方面提供了一种电机绕组切换装置，包括至少一个继电器、至少一个电流互感器以及控制电路；所述继电器，与电机绕组连接，用于通过对自身开合状态的切换，实现对所述电机绕组的连接方式的切换；所述电流互感器串联接入电机的输入端或者串联接入所述电机绕组，用于感应所述电机的工作电流；所述控制电路，与所述继电器和所述电流互感器连接，用于采集所述电流互感器的电流，并根据所述采集到的电流互感器的电流控制所述继电器开合状态的切换。
可选地，所述电机绕组包括至少两个绕组线圈；对所述电机绕组的连接方式的切换包括：切换所述电机绕组的至少两个绕组线圈的连接方式，通过切换所述电机绕组的至少两个绕组线圈的连接方式，调整所述电机绕组的匝数；所述电机绕组连接方式包括串联方式和/或至少一种并联方式，所述串联方式包括至少两个绕组线圈全部串联，所述至少一种并联方式包括：至少两个绕组线圈全部并联，和/或当所述电机绕组包括至少三个绕组线圈时，所述并联方式还包括：绕组线圈先串联再把串联部分并联和/或先并联再把并联部分串联。
可选地，还包括：所述电机包括单相电机或三相电机；在所述电机为单相电机的情况下，所述工作电流包括主相电流或公共端电流；所述电流互感器设置于电机主相，用于感应所述电机主相电流；或者所述电流互感器设置于电机公共端，用于感应所述电机公共端电流；在所述电机为三相电机的情况下，所述工作电流包括相电流或线电流；所述电流互感器串联接入电机的输入端或者串联接入所述电机绕组，用于感应所述电机的相电流或线电流。
可选地，所述控制电路还用于：当所述采集到的电流互感器的电流小于预设的当前连接方式的工作电流下限阈值时，控制所述继电器开合将所述电机绕组的连接方式切换到比当前连接方式匝数多的连接方式；当所述采集到的电流互感器的电流大于预设的当前连接方式的工作电流上限阈值时，控制所述继电器开合将所述电机绕组的连接方式切换到比当前连接方式匝数少的连接方式。
可选地，所述控制电路还用于将所述继电器闭锁，所述闭锁包括：当所述采集到的电流互感器的电流波动在预定的闭锁阈值范围内，不切换所述继电器的开合状态。
可选地，所述闭锁阈值的取值范围为±0.04A-±0.06A。
可选地，所述控制电路还用于：在所述继电器切换开合状态之后的预设时间阈值时间之内，将所述继电器闭锁。
可选地，所述时间阈值的取值范围为1min-10min。
可选地，所述控制电路还用于：在电机停机和/或系统掉电后，控制所述继电器开合将所述电机绕组的连接方式切换到比当前连接方式匝数少的连接方式，或者控制所述继电器开合将所述电机绕组的连接方式切换到至少两个绕组线圈全部并联的连接方式。
可选地，所述控制电路还用于：当所述采集到的电流互感器的电流大于预设的工作电流最大阈值时，控制所述继电器开合将所述电机绕组的连接方式切换到指定的重载时的连接方式，或者控制所述继电器开合将所述电机绕组的连接方式切换到至少两个绕组线圈全部并联的连接方式。
可选地，所述继电器为磁保持继电器或固态继电器。
本发明的另一方面又提供了一种电机，具有上述任一项所述的装置。
本发明的又一方面又提供了一种设备，所述设备包括上述电机。
可选地，所述设备为冰箱或空调。
本发明的又一方面又提供了一种电机绕组切换方法，包括：设置至少一个继电器，所述继电器与电机绕组连接，用于通过对自身开合状态的切换，实现对所述电机绕组的连接方式的切换；设置至少一个电流互感器,将所述电流互感器串联接入电机的输入端或者串联接入所述电机绕组，用于感应所述电机的工作电流；设置控制电路，所述控制电路与所述继电器和所述电流互感器连接，用于采集所述电流互感器的电流，并根据所述采集到的电流互感器的电流控制所述继电器开合状态的切换。
可选地，所述电机绕组包括至少两个绕组线圈；对所述电机绕组的连接方式的切换包括：切换所述电机绕组的至少两个绕组线圈的连接方式，通过切换所述电机绕组的至少两个绕组线圈的连接方式，调整所述电机绕组的匝数；所述电机绕组连接方式包括串联方式和/或至少一种并联方式，所述串联方式包括至少两个绕组线圈全部串联，所述至少一种并联方式包括：至少两个绕组线圈全部并联，和/或当所述电机绕组包括至少三个绕组线圈时，所述并联方式还包括：绕组线圈先串联再把串联部分并联和/或先并联再把并联部分串联。
可选地，还包括：所述电机包括单相电机或三相电机；在所述电机为单相电机的情况下，所述工作电流包括主相电流或公共端电流；将所述电流互感器设置于电机主相，用于感应所述电机主相电流；或者将所述电流互感器设置于电机公共端，用于感应所述电机公共端电流；在所述电机为三相电机的情况下，所述工作电流包括相电流或线电流；将所述电流互感器串联接入电机的输入端或者串联接入所述电机绕组，用于感应所述电机的相电流或线电流。
可选地，所述控制电路还用于：当所述采集到的电流互感器的电流小于预设的当前连接方式的工作电流下限阈值时，控制所述继电器开合将所述电机绕组的连接方式切换到比当前连接方式匝数多的连接方式；当所述采集到的电流互感器的电流大于预设的当前连接方式的工作电流上限阈值时，控制所述继电器开合将所述电机绕组的连接方式切换到比当前连接方式匝数少的连接方式。
可选地，所述控制电路还用于将所述继电器闭锁，所述闭锁包括：当所述采集到的电流互感器的电流波动在预定的闭锁阈值范围内，不切换所述继电器的开合状态。
可选地，所述闭锁阈值的取值范围为±0.04A-±0.06A。
可选地，所述控制电路还用于：在所述继电器切换开合状态之后的预设时间阈值时间之内，将所述继电器闭锁。
可选地，所述时间阈值的取值范围为1min-10min。
可选地，所述控制电路还用于：在电机停机和/或系统掉电后，控制所述继电器开合将所述电机绕组的连接方式切换到比当前连接方式匝数少的连接方式，或者控制所述继电器开合将所述电机绕组的连接方式切换到至少两个绕组线圈全部并联的连接方式。
可选地，所述控制电路还用于：当所述采集到的电流互感器的电流大于预设的工作电流最大阈值时，控制所述继电器开合将所述电机绕组的连接方式切换到指定的重载时的连接方式，或者控制所述继电器开合将所述电机绕组的连接方式切换到至少两个绕组线圈全部并联的连接方式。
可选地，所述继电器为磁保持继电器或固态继电器。
本发明的技术方案通过电机绕组的连接方式的切换,实现电机绕组的串并联切换及绕组匝数切换，使电机最佳效率区间明显拓宽；电机过载能力显著提高；使用继电器开关，使切换器在运行应用时做到导通无损耗，尤其是采用磁保持继电器，非常适合于高效开发应用场合；采用本发明提供的控制电路及方法，可以显著降低切换冲击电流、电弧、拉弧短路等，能够显著提高切换器寿命，提高产品可靠性；带电切换次数少，能够保证继电器及切换器的使用寿命。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是现有技术的电机的效率、转矩-转速曲线图；
图2是本发明提供的电机绕组切换装置的一种优选实施例的结构示意图；
图3是本发明提供的电机绕组切换装置的电流互感器感应公共端电流的结构示意图；
图4是本发明提供的电机绕组切换装置的电流互感器感应主相电流的结构示意图；
图5是本发明提供的电机绕组切换装置的一种优选实施例的运行功能流程图；
图6是本发明提供的电机绕组切换装置的又一优选实施例的运行功能流程图；
图7是本发明提供的电机绕组切换装置的一种优选实施例的功能模块示意图；
图8是本发明提供的电机绕组切换装置的串并联切换前后的效率曲线。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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做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。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在现有技术中，比如单相异步电机，其主相绕组匝数的调整，对电机的负载能力、最佳性能点、过载能力、启动能力，有较大的影响，通过将主相绕组设计成多个绕组的形式，进行选择性的进行串联并联，可以实现电机运行状态的变化，实现拓宽电机的最佳性能区间、出力宽度、过载能力、启动能力。这里绕组切换装置是至关重要的器件。
有鉴于此，本发明的一方面提供了一种电机绕组切换装置。图2是本发明提供的电机绕组切换装置的一种优选实施例的结构示意图。图2中M表示主相；S表示副相；C表示公共端；A、B、D分别为对应线圈组的一端线头。如图2所示，本发明电机绕组切换装置包括至少一个继电器、至少一个电流互感器以及控制电路；所述继电器，与电机绕组连接，用于通过对自身开合状态的切换，实现对所述电机绕组的连接方式的切换；所述电流互感器设置于电机主相,用于感应所述电机主相电流；或者所述电流互感器设置于电机公共端，用于感应所述电机公共端电流；所述控制电路，与所述继电器和所述电流互感器连接，用于采集所述电流互感器的电流，并根据所述采集到的电流互感器的电流控制所述继电器开合状态的切换。图2中继电器以中间继电器示意，图示状态为常闭状态，电流互感器感应公共端电流。
该切换装置适合应用于电机多绕组串并联切换，实现电机自动地在多状态下运行。电机绕组多种不同的连接状态下的匝数不同，应用该切换装置能够开发出更多的电机特性，使电机更好的发挥各项性能。切换装置主要由继电器、电流互感器、控制电路组成，继电器和互感器数量可能大于1个。控制电路具有采集互感器电流，针对电流进行条件判断，控制继电器开合(通断)，实现电机绕组的投切，即串联方式和各种并联方式之间的切换。
根据本发明电机绕组切换装置的一种实施方式，所述电机绕组包括至少两个绕组线圈；对所述电机绕组的连接方式的切换包括：切换所述电机绕组的至少两个绕组线圈的连接方式，通过切换所述电机绕组的至少两个绕组线圈的连接方式，调整所述电机绕组的匝数；所述电机绕组连接方式包括串联方式和/或至少一种并联方式，所述串联方式包括至少两个绕组线圈全部串联，所述至少一种并联方式包括：至少两个绕组线圈全部并联，和/或当所述电机绕组包括至少三个绕组线圈时，所述并联方式还包括：绕组线圈先串联再把串联部分并联和/或先并联再把并联部分串联。通过绕组线圈的连接方式的切换实现电机绕组的任意匝数切换，能够更顺利的设计出需求状态下的电机运行状态的最佳组合，使电机在不同工况下都能以最佳性能运行，实现高效应用。
根据本发明电机绕组切换装置的一种实施方式，所述电机包括单相电机或三相电机；在所述电机为单相电机的情况下，所述工作电流包括主相电流或公共端电流；所述电流互感器设置于电机主相，用于感应所述电机主相电流；或者所述电流互感器设置于电机公共端，用于感应所述电机公共端电流；在所述电机为三相电机的情况下，所述工作电流包括相电流或线电流；所述电流互感器串联接入电机的输入端或者串联接入所述电机绕组，用于感应所述电机的相电流或线电流。图3是本发明提供的电机绕组切换装置的电流互感器感应公共端电流的结构示意图；图4是本发明提供的电机绕组切换装置的电流互感器感应主相电流的结构示意图。图3和图4中M表示主相；S表示副相；C表示公共端；A、B、D分别为对应线圈组的一端线头。电流互感器及控制电路的电流采集控制精度高于±15％较佳。
根据本发明电机绕组切换装置的一种实施方式，所述控制电路还用于：当所述采集到的电流互感器的电流小于预设的当前连接方式的工作电流下限阈值时，控制所述继电器开合将所述电机绕组的连接方式切换到比当前连接方式匝数多的连接方式；当所述采集到的电流互感器的电流大于预设的当前连接方式的工作电流上限阈值时，控制所述继电器开合将所述电机绕组的连接方式切换到比当前连接方式匝数少的连接方式。
具体地，对于单相电机的应用场合，电流互感器感应主相电流Im或公共端电流Ic，该电流用于作为继电器切换的判定信号；对于三相电机的应用场合，电流互感器感应相电流Im；切换设定值为Ia，当Im<Ia或Ic<Ia时，继电器动作,绕组由当前连接状态切换为比当前连接方式匝数多的连接方式，一种情况是由匝数较少的并联方式切换到匝数较多的并联方式，或者另一种情况是由并联状态切换为串联状态。值得注意的是：对于单相电机的应用场合，Im<Ia或Ic<Ia表示主相电流、公共端电流都能用于切换器切换的判定信号，但不表示这里描述的两个Ia为同一个值。Ia大小可以根据设计优化选择。Ia最优的为电机串并联运行的转矩-性能曲线的交叉点时的并联运行状态时的主相电流或公共端电流。
以上提到电机并联状态多于1个的情况，即电机运行状态多于2个(串联状态和一个以上并联状态)，在这种情况下，相应地可设置电流互感器大于1个，另外设置判定电流值为Ia、Ia1(Ia1<Ia)，当电流Ia<Im,切换到并联状态1，当Ia1<Im<Ia,切换到并联状态2，可依次类推，实现逐步切换，这样可以达到更细致的优化。
根据本发明电机绕组切换装置的一种实施方式，所述控制电路还用于：在电机停机和/或系统掉电后，控制所述继电器开合将所述电机绕组的连接方式切换到比当前连接方式匝数少的连接方式，或者控制所述继电器开合将所述电机绕组的连接方式切换到至少两个绕组线圈全部并联的连接方式。具体地，当使用该电机及切换装置的电机或压缩机，正常停机后，控制电路给继电器复位信号，这时的复位表示继电器的两个工作状态的切换，电机绕组由串联状态切换为并联状态；再如另一种情况，当控制循环稳定运行，电机在并联状态运行，系统掉电，继电器维持并联状态不变。
根据本发明电机绕组切换装置的一种实施方式，所述控制电路还用于：当所述采集到的电流互感器的电流大于预设的工作电流最大阈值时，控制所述继电器开合将所述电机绕组的连接方式切换到指定的重载时的连接方式，或者控制所述继电器开合将所述电机绕组的连接方式切换到至少两个绕组线圈全部并联的连接方式。具体地，电机绕组在串联方式运行后，应用负载增大，Ia>Imax,Imax为串联稳定运行最大电流(安全余量0.8-0.9倍)，控制切换为并联运行。该策略可以解决实际应用的负载增大情况，保证压缩机不异常过载停机。
根据本发明电机绕组切换装置的一种实施方式，所述控制电路还用于将所述继电器闭锁，所述闭锁包括：当所述采集到的电流互感器的电流波动在预定的闭锁阈值范围内，不切换所述继电器的开合状态。所述闭锁阈值的取值范围为±0.04A-±0.06A。闭锁功能是指电机的工作电流在小范围波动不会引起控制继电器频繁开合，导致继电器烧毁。
根据本发明电机绕组切换装置的一种实施方式，所述控制电路还用于：在所述继电器切换开合状态之后的预设时间阈值时间之内，将所述继电器闭锁。所述时间阈值的取值范围为1min-10min。
图5是本发明提供的电机绕组切换装置的一种优选实施例的运行功能流程图。压缩机或系统的特性，例如冰箱负载特性，压缩机刚启动时，一般负载略重，随着压缩机开始制冷，箱体里的温度逐步的拉低，压缩机工况减轻，其负载也就逐步的减小，当然电流也就减小了。所以一般情况下，其负载是逐步减小的，在负载降低时切换到串联运行。图5中按箭头方向依次实现功能。其中六边形部分为应用工况的自有特性，即工况会随着压缩机的运行而逐步降低，从而才会出现Ia小于Ic、Im的情况，这也是该设计的巧妙性；特殊的情况电机并联运行状态下，压缩机断电停机，即没有经过循环的并联切串联，而继电器始终保持并联状态。冰箱达到既定温度压缩机就会停机，停机后蓄电电容放点可实现继电器恢复并联状态。当箱体达到设定温度，压缩机就会停机，等待设定温度达到设定上限时，压缩机再次开启。
图6是本发明提供的电机绕组切换装置的又一优选实施例的运行功能流程图。在图5的基础上，图6增加了负载加重的控制流程。例如在冰箱箱门打开或放入较热的食物或负载，冰箱箱体温度会上升，负载加重，其电流也随之增大，除非加入了特别热的东西，否则不会出现负载过于重。以上描述与设计的控制逻辑是相吻合的。空调、制冷等其他应用场合与此类似，在负载加重时切换到并联运行。
图7是本发明提供的电机绕组切换装置的一种优选实施例的功能模块示意图。如图7所示，电机绕组切换装置由控制电路、继电器和电流互感器组成。其中控制电路由Im或Ic判定投切串联电路、双继电器间隔延时投切电路、继电器串联锁定电路、停电恢复切并联电路。其中，继电器串联锁定电路用于实现闭锁功能；双继电器间隔延时投切电路，其意义在于避免出现电弧短路，即串联切并联的时候，继电器先闭合其中一个触点，再断开串联的触点，切向另一个并联触点，完成动作。
根据本发明电机绕组切换装置的一种实施方式，所述继电器为磁保持继电器或固态继电器。选择使用继电器、磁保持的继电器的主要目的就是为了降低切换器的功耗，实现应用场合的高效节能。
本发明提供的切换装置由于其功能是通过电流判断实现继电器的通断，所以其衍生的可以用于很多的场合。例如不仅是电机的绕组切换，还有电容、电阻的投切；启动器的投切等，能够实现电机的运行状态切换、调速、启动等功能。
本发明的另一方面又提供了一种电机，具有上述任一项所述的装置。
本发明的又一方面又提供了一种设备，所述设备包括上述电机。根据本发明设备的一种实施方式，所述设备为冰箱或空调。
本发明的又一方面又提供了一种电机绕组切换方法，包括：设置至少一个继电器，所述继电器与电机绕组连接，用于通过对自身开合状态的切换，实现对所述电机绕组的连接方式的切换；设置至少一个电流互感器,将所述电流互感器串联接入电机的输入端或者串联接入所述电机绕组，用于感应所述电机的工作电流；设置控制电路，所述控制电路与所述继电器和所述电流互感器连接，用于采集所述电流互感器的电流，并根据所述采集到的电流互感器的电流控制所述继电器开合状态的切换。
根据本发明电机绕组切换方法的一种实施方式，所述电机绕组包括至少两个绕组线圈；对所述电机绕组的连接方式的切换包括：切换所述电机绕组的至少两个绕组线圈的连接方式，通过切换所述电机绕组的至少两个绕组线圈的连接方式，调整所述电机绕组的匝数；所述电机绕组连接方式包括串联方式和/或至少一种并联方式，所述串联方式包括至少两个绕组线圈全部串联，所述至少一种并联方式包括：至少两个绕组线圈全部并联，和/或当所述电机绕组包括至少三个绕组线圈时，所述并联方式还包括：绕组线圈先串联再把串联部分并联和/或先并联再把并联部分串联。
根据本发明电机绕组切换方法的一种实施方式，还包括：所述电机包括单相电机或三相电机；在所述电机为单相电机的情况下，所述工作电流包括主相电流或公共端电流；将所述电流互感器设置于电机主相，用于感应所述电机主相电流；或者将所述电流互感器设置于电机公共端，用于感应所述电机公共端电流；在所述电机为三相电机的情况下，所述工作电流包括相电流或线电流；将所述电流互感器串联接入电机的输入端或者串联接入所述电机绕组，用于感应所述电机的相电流或线电流。
根据本发明电机绕组切换方法的一种实施方式，所述控制电路还用于：当所述采集到的电流互感器的电流小于预设的当前连接方式的工作电流下限阈值时，控制所述继电器开合将所述电机绕组的连接方式切换到比当前连接方式匝数多的连接方式；当所述采集到的电流互感器的电流大于预设的当前连接方式的工作电流上限阈值时，控制所述继电器开合将所述电机绕组的连接方式切换到比当前连接方式匝数少的连接方式。
根据本发明电机绕组切换方法的一种实施方式，所述控制电路还用于将所述继电器闭锁，所述闭锁包括：当所述采集到的电流互感器的电流波动在预定的闭锁阈值范围内，不切换所述继电器的开合状态。
根据本发明电机绕组切换方法的一种实施方式，所述闭锁阈值的取值范围为±0.04A-±0.06A。
根据本发明电机绕组切换方法的一种实施方式，所述控制电路还用于：在所述继电器切换开合状态之后的预设时间阈值时间之内，将所述继电器闭锁。
根据本发明电机绕组切换方法的一种实施方式，所述时间阈值的取值范围为1min-10min。
根据本发明电机绕组切换方法的一种实施方式，所述控制电路还用于：在电机停机和/或系统掉电后，控制所述继电器开合将所述电机绕组的连接方式切换到比当前连接方式匝数少的连接方式，或者控制所述继电器开合将所述电机绕组的连接方式切换到至少两个绕组线圈全部并联的连接方式。
根据本发明电机绕组切换方法的一种实施方式，所述控制电路还用于：当所述采集到的电流互感器的电流大于预设的工作电流最大阈值时，控制所述继电器开合将所述电机绕组的连接方式切换到指定的重载时的连接方式，或者控制所述继电器开合将所述电机绕组的连接方式切换到至少两个绕组线圈全部并联的连接方式。
根据本发明电机绕组切换方法的一种实施方式，所述继电器为磁保持继电器或固态继电器。
表1为不同输入电压时冰箱工况负载左右时的各项电机数据。分析数据上至260V下至180V，定频电机在实际应用时会面临各种不同的情况，例如偏远山区，电压不稳定，尤其是低压；例如新扩建或重建的电网电压一般偏高10V-15V，所以在分析选用切换电流的稳定性、可行性方案要考虑周全，避免出现功能失效。从并联切换到串联，转速呈下降，其在切换的0.05-0.2s之间，电机是失去动力的，转速会略微下降，经测试分析，转速差恰好在50rpm左右，从而切换瞬间几乎无冲击电流；切换时，电流仅有0.3A，切换电流极小，考虑冲击的5-7倍，也可保证继电器触点安全与寿命。
表1不同输入电压时冰箱工况负载左右时的各项电机数据
图8是本发明提供的电机绕组切换装置的串并联切换前后的效率曲线。在图8中，曲线1为串联状态曲线；曲线2为并联状态曲线。如图示本发明提供的电机绕组切换装置可以任意调整的绕组匝数切换，可以显著拓宽效率区间，增大转矩承载范围。
本发明的技术方案通过电机绕组的连接方式的切换,实现电机绕组的串并联切换及绕组匝数切换，使电机最佳效率区间明显拓宽；电机过载能力显著提高；电机启动转矩有所提高；使用继电器开关，使切换器在运行应用时做到导通无损耗，尤其是采用磁保持继电器，非常适合于高效开发应用场合；采用本发明提供的控制电路及方法，可以显著降低切换冲击电流、电弧、拉弧短路等，能够显著提高切换器寿命，提高产品可靠性；带电切换次数少，一个运行周期内，每个周期平均时长30-50分钟，继电器仅带点切换1次，能够保证继电器及切换器的使用寿命。
本文中所描述的功能可在硬件、由处理器执行的软件、固件或其任何组合中实施。如果在由处理器执行的软件中实施，那么可将功能作为一或多个指令或代码存储于计算机可读媒体上或经由计算机可读媒体予以传输。其它实例及实施方案在本发明及所附权利要求书的范围及精神内。举例来说，归因于软件的性质，上文所描述的功能可使用由处理器、硬件、固件、硬连线或这些中的任何者的组合执行的软件实施。此外，各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为控制装置的部件可以是或者也可以不是物理单元，既可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (25)
1.一种电机绕组切换装置，其特征在于，包括至少一个继电器、至少一个电流互感器以及控制电路；
所述继电器，与电机绕组连接，用于通过对自身开合状态的切换，实现对所述电机绕组的连接方式的切换；
所述电流互感器串联接入电机的输入端或者串联接入所述电机绕组,用于感应所述电机的工作电流；
所述控制电路，与所述继电器和所述电流互感器连接，用于采集所述电流互感器的电流，并根据所述采集到的电流互感器的电流控制所述继电器开合状态的切换。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电机绕组包括至少两个绕组线圈；对所述电机绕组的连接方式的切换包括：切换所述电机绕组的至少两个绕组线圈的连接方式，通过切换所述电机绕组的至少两个绕组线圈的连接方式，调整所述电机绕组的匝数；所述电机绕组连接方式包括串联方式和/或至少一种并联方式，所述串联方式包括至少两个绕组线圈全部串联，所述至少一种并联方式包括：至少两个绕组线圈全部并联，和/或当所述电机绕组包括至少三个绕组线圈时，所述并联方式还包括：绕组线圈先串联再把串联部分并联和/或先并联再把并联部分串联。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，还包括：所述电机包括单相电机或三相电机；
在所述电机为单相电机的情况下，所述工作电流包括主相电流或公共端电流；所述电流互感器设置于电机主相，用于感应所述电机主相电流；或者所述电流互感器设置于电机公共端，用于感应所述电机公共端电流；
在所述电机为三相电机的情况下，所述工作电流包括相电流或线电流；所述电流互感器串联接入电机的输入端或者串联接入所述电机绕组，用于感应所述电机的相电流或线电流。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，所述控制电路还用于：当所述采集到的电流互感器的电流小于预设的当前连接方式的工作电流下限阈值时，控制所述继电器开合将所述电机绕组的连接方式切换到比当前连接方式匝数多的连接方式；当所述采集到的电流互感器的电流大于预设的当前连接方式的工作电流上限阈值时，控制所述继电器开合将所述电机绕组的连接方式切换到比当前连接方式匝数少的连接方式。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其特征在于，所述控制电路还用于将所述继电器闭锁，所述闭锁包括：当所述采集到的电流互感器的电流波动在预定的闭锁阈值范围内，不切换所述继电器的开合状态。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述闭锁阈值的取值范围为±0.04A-±0.06A。
7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述控制电路还用于：在所述继电器切换开合状态之后的预设时间阈值时间之内，将所述继电器闭锁。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述时间阈值的取值范围为1min-10min。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的装置，其特征在于，所述控制电路还用于：在电机停机和/或系统掉电后，控制所述继电器开合将所述电机绕组的连接方式切换到比当前连接方式匝数少的连接方式，或者控制所述继电器开合将所述电机绕组的连接方式切换到至少两个绕组线圈全部并联的连接方式。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的装置，其特征在于，所述控制电路还用于：当所述采集到的电流互感器的电流大于预设的工作电流最大阈值时，控制所述继电器开合将所述电机绕组的连接方式切换到指定的重载时的连接方式，或者控制所述继电器开合将所述电机绕组的连接方式切换到至少两个绕组线圈全部并联的连接方式。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的装置，其特征在于，所述继电器为磁保持继电器或固态继电器。
12.一种电机，其特征在于，具有如权利要求1-11中任一项所述的装置。
13.一种设备，其特征在于，所述设备包括如权利要求12所述的电机。
14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，所述设备为冰箱或空调。
15.一种电机绕组切换方法，其特征在于，包括：
设置至少一个继电器，所述继电器与电机绕组连接，用于通过对自身开合状态的切换，实现对所述电机绕组的连接方式的切换；
设置至少一个电流互感器,将所述电流互感器串联接入电机的输入端或者串联接入所述电机绕组，用于感应所述电机的工作电流；
设置控制电路，所述控制电路与所述继电器和所述电流互感器连接，用于采集所述电流互感器的电流，并根据所述采集到的电流互感器的电流控制所述继电器开合状态的切换。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述电机绕组包括至少两个绕组线圈；对所述电机绕组的连接方式的切换包括：切换所述电机绕组的至少两个绕组线圈的连接方式，通过切换所述电机绕组的至少两个绕组线圈的连接方式，调整所述电机绕组的匝数；所述电机绕组连接方式包括串联方式和/或至少一种并联方式，所述串联方式包括至少两个绕组线圈全部串联，所述至少一种并联方式包括：至少两个绕组线圈全部并联，和/或当所述电机绕组包括至少三个绕组线圈时，所述并联方式还包括：绕组线圈先串联再把串联部分并联和/或先并联再把并联部分串联。
17.根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，还包括：所述电机包括单相电机或三相电机；
在所述电机为单相电机的情况下，所述工作电流包括主相电流或公共端电流；将所述电流互感器设置于电机主相，用于感应所述电机主相电流；或者将所述电流互感器设置于电机公共端，用于感应所述电机公共端电流；
在所述电机为三相电机的情况下，所述工作电流包括相电流或线电流；将所述电流互感器串联接入电机的输入端或者串联接入所述电机绕组，用于感应所述电机的相电流或线电流。
18.根据权利要求15-17中任一项所述的方法，其特征在于，所述控制电路还用于：当所述采集到的电流互感器的电流小于预设的当前连接方式的工作电流下限阈值时，控制所述继电器开合将所述电机绕组的连接方式切换到比当前连接方式匝数多的连接方式；当所述采集到的电流互感器的电流大于预设的当前连接方式的工作电流上限阈值时，控制所述继电器开合将所述电机绕组的连接方式切换到比当前连接方式匝数少的连接方式。
19.根据权利要求15-18中任一项所述的方法，其特征在于，所述控制电路还用于将所述继电器闭锁，所述闭锁包括：当所述采集到的电流互感器的电流波动在预定的闭锁阈值范围内，不切换所述继电器的开合状态。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述闭锁阈值的取值范围为±0.04A-±0.06A。
21.根据权利要求19或20所述的方法，其特征在于，所述控制电路还用于：在所述继电器切换开合状态之后的预设时间阈值时间之内，将所述继电器闭锁。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述时间阈值的取值范围为1min-10min。
23.根据权利要求15-22中任一项所述的方法，其特征在于，所述控制电路还用于：在电机停机和/或系统掉电后，控制所述继电器开合将所述电机绕组的连接方式切换到比当前连接方式匝数少的连接方式，或者控制所述继电器开合将所述电机绕组的连接方式切换到至少两个绕组线圈全部并联的连接方式。
24.根据权利要求15-23中任一项所述的方法，其特征在于，所述控制电路还用于：当所述采集到的电流互感器的电流大于预设的工作电流最大阈值时，控制所述继电器开合将所述电机绕组的连接方式切换到指定的重载时的连接方式，或者控制所述继电器开合将所述电机绕组的连接方式切换到至少两个绕组线圈全部并联的连接方式。
25.根据权利要求15-24中任一项所述的方法，其特征在于，所述继电器为磁保持继电器或固态继电器。
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