CN107591923A - 一种变功率电动机及其智能控制器 - Google Patents

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Abstract

一种变功率电动机及其智能控制器，属电动机制造和电动机控制技术领域，其电动机主要由转子、定子、壳体定子绕组和接线端子组成，定子绕组是同一定子铁芯嵌入多个串联绕组构成，定子绕组的各个串联节点分别作为各个不同功率的电源接线端分别单独引出；并且定子各个串联绕组通过智能控制器分别控制多个切换开关的接通与分断，实现电动机的软启动、软停止和在运行中自动跟踪负载调控绕组功率而获得节电效果，本发明不产生谐波干扰，不污染电源，此外，本发明一种变功率电动机及其智能控制器还具有多路功率因数补偿、声光报警电路和通讯端口，可实现与计算机控制系统或智能电网的连接。

Description

一种变功率电动机及其智能控制器
技术领域
本发明属电动机制造和电动机控制技术领域
背景技术
鼠笼式异步电动机是使用最广泛、用量最多、消耗电量最多的电器设备。电动机虽然具有造价低，结构简单，运行可靠的优点，但电动机在不增加辅助启动设备的条件下只能全压启动，起动电流大，轻载时运行效率和功率因数低，负载变化时电动机的功率不可变，轻载和空载时浪费电能严重。
在已知的电动机制造技术方法及已公布的与电动机制造方法有关的专利中，虽然有改变其极数及电源电压来改变额定容量的方案，但更改的范围大，技术难度较高，所需的成本高，影响了推广和使用。因此，为了减少电动机的起动电流，需要采用星——三角起动方式或自耦降压起动方式。
采用星角起动一般只适用于较小功率的电动机，自耦降压启动器起动方式虽然可用于较大功率的电动机，但自耦降压起动器设备体积庞大，自身耗电较大，综合成本偏高，浪费较多的铜、硅钢片及绝缘材料，只能用于电动机的启动过程，不能符合低碳和节能的要求。
随着大功率半导体技术的发展，出现了采用功率半导体元件的相控节电器、软启动器和变频器。但其成本高，价格贵，只是用于泵类、风机和其它变转速负载，使推广使用受到一定限制，并且采用相控节电器、软启动器或变频器容易产生较多的谐波干扰，导致电源的质量下降，对电源的危害很大，并且难于治理。
CN2243138Y可变容量三相异步电动机，用改变定子绕组的接线方式的方法改变了电动机的额定容量，起动时以小容量方式起动，在负载重时以大容量方式运行，负载轻时以小容量方式运行，提高了电动机在不同的负载下都具有较高的效率和功率因数，达到了节约电能的目的。但这种方法的绕组的数量较少，绕组的使用效率低，其启动或运行电流的连续调控性能低，因此，其调控精度和范围有限。
CN1641972A自变功率电动机，虽然具有自变功率的节电特点，但其电机制造繁琐，内部要配接较大的电容移相，限制了在大功率电动机上实施，并且没有解决启动过程的大电流冲击，因此，不利于广泛推广使用。
CN101136572A双绕组异步电动机，为了解决电动机交流变频调速成本高，提供一种较低成本的双绕组异步电动机方案。但因其绕组变动较大，还需要功率半导体元件进行控制，容易产生谐波干扰，且只有50％～100％的调速范围，不具备明显的优势和推广价值。
综上所述，此前的电动机节电方法中因其启动特性跳跃幅度较大，其运行的节电调控精度有限，电动机的接线复杂，成本较高，不利于大范围推广。
发明内容
本发明目的在于提供一种变功率电动机1及其智能控制器2，在普通电动机的铁心结构不做大幅改变的条件下，通过智能控制器2对变功率电动机1的多级定子串联绕组n的各个三相或多相节点引出端的接通与分断切换，使其不仅具有软启动、软停止功能，而且具有根据负载变化自动调整工作电流的节电功能，使串变功率电动机1与智能控制器2组成有机的拖动与控制系统，智能控制器2根据负载传感器I1、I2和V1的信号适时做出变功率电动机1的多级串联绕组L的控制和切换，从而充分提高变功率电动机1的运行效率与功率因数，以达到电动机节能和软启动、软停止的目的。
变功率电动机1的多级定子绕组L采用按绕组功率大小从星点o向外逐级分段串联，靠近星点o是最大功率的串联绕组L1，它的一端连接在一起形成所谓的星点o，另一端与仅次于最大功率下一级串联绕组L2的一端连接，串联绕组L2的另一端与它下一级串联绕组L3的另一端连接，依此类推，直至最小功率串联绕组Ln的开放末端是最小功率的引出端。
变功率电动机1的定子绕组L采用按电动机额定电流Ir向下逐级降低功率的串联绕组形式，并分别将各个定子串联绕组L的各个串联节点L1、L2、L3……Ln分别引出至接线端U1、V1、W1；U2、V2、W2；U3、V3、W3……Un、Vn、Wn，然后由智能控制器2对其多级串联绕组L的各个串联节点L1、L2、L3……Ln进行自动切换和自动控制，定子串联绕组L的最大额定电流为电动机的额定电流Ir，即为靠近星点的串联绕组L1的额定电流，各个定子串联绕组L的额定电流Ir1～Irn分别按额定电流Ir等比级数、等差级数或其它离散参数选取，以完成多级串联绕组L的各个额定电流Ir1～Irn的优化处理。
变功率电动机1的定子绕组是在其同一定子铁芯线槽内镶嵌多级定子串联绕组L构成，多级定子串联绕组L采用按绕组功率大小从星点o向外逐级分段串联，靠近星点是最大功率的串联绕组，它的一端连接在一起形成所谓的星点o，另一端与仅次于最大功率下一级串联绕组的一端连接，仅次于最大功率下一级串联绕组的另一端与仅次于它下一级串联绕组的一端连接，依此类推，最小功率串联绕组Ln的开放末端是最小功率的引出端；由靠近星点o最大功率串联绕组L1与仅次于它的下一级串联绕组L2的串联节点作为最大功率的引出端，依此类推，分别在各个串联绕组的节点引出次于上一级功率的引出端，再次于上一级功率的引出端，直至最小功率串联绕组的开放末端的引出端Ln；
本发明变功率电动机1的多级定子串联绕组L的各个节点L1、L2、L3……Ln引出端分别按大小不同的额定电流Ir1、Ir2、Ir3～Irn引出，最小功率串联绕组Ln是串联绕组开放末端的引出端，变功率电动机1的各个额定电流Irn或各个额定功率引出端通过智能控制器2由小到大的逐级递增控制即可实现电动机的软启动，通过智能控制器2由大到小的逐级递降控制即可实现电动机的软停止，通过智能控制器2根据负载传感信号进行比较运算即可实现变功率电动机1根据负载实时切换各个适当的串联绕组，从而实变功率电动机1跟踪负载变化的自动改变功率的调控特性和优良的节能效果
变功率电动机1的各个定子串联绕组L采用多级分段的智能控制，从星点o向外每一级的节点即可视为为一个独立功率的三相电动机，直至开放末端最小功率的三相电动机，从开放末端向中心的星点o每一级增大一定的电动机功率；靠近星点o的这一级串联绕组在电动机开启后始终处于工作状态，但每一级的工作电流都随着后面各级的变化而变化，直至最小功率的末级绕组Ln。
本发明变功率电动机1其每一级三相串联绕组与仅次于它的下一级三相串联绕组的串联节点的引出端，分别对应多个三相切换开关m1～mn，从而实现软启动和软停止以及在运行中自动跟踪负载变化调控多级串联绕组L的额定电流Ir1～Irn，从而获得动态调节特性和较高的节电效果。
本发明变功率电动机1采用多级定子串联绕组L分级控制的好处在于多级定子串联绕组L的利用率较高，提高了工艺效率，充分利用了定子铁芯的槽容面积，靠近星点o的这一级串联绕组L1在电动机开启后始终处于工作状态，但每一级的工作电流都随着后面各级的变化而变化，也即靠近星点的串联绕组受控于后面串联绕组的控制，直至最小功率的末级绕组。所述变功率电动机1的多个定子串联绕组L的数学优化处理方法适用于单相或多相电动机。
本发明变功率电动机1的智能控制器2根据负载电流传感器I2或I1的信号大小，也即负载的轻重，分别通过数学解析后控制多个串联绕组切换开关m的接通与分断。
多级绕组切换开关m、多个功率因数补偿切换开关K与多级定子串联绕组L的引出节点一一对应，多级定子串联绕L的项数数值等于数列项数的值n，多级定子串联绕组L的数值n等于多个绕组切换开关m或多个功率因数补偿切换开关K的数值，因此，多级定子串联绕组L的数值n也是数列的项数n，第一级定子绕组L1即为数列的首项a1，第二级定子绕组L2即为数列的第二项a2，第三级定子绕组L3即为数列的第三项a3，第n级定子绕组Ln即为数列的末项an。
本发明的变功率电动机1及其智能控制器2自成体系，可以不用大电流半导体元件，低成本、高性能、无电磁谐波污染、绿色环保，广泛替代星-角启动器、自耦降压启动器、软启动器、变频器等。
为了充分发挥变功率电动机1的功率调控特性，本发明的智能控制器2采用以单片机IC1为控制核心的电子控制系统，该电子控制系统包括有负载电流检测、显示、键盘、多个切换开关m及驱动电路组成。
智能控制器2至少有一组根据负载电流传感器I2的电流信号对多个三相功率开关进行切换控制，其自动切换控制由单片机IC1运行其程序存储器内的软件程序自动输出切换控制信号，再由多个切换开关m完成多级变功率电动机1的多个三相串联绕组n切换并实现节能运行，使节能电动机在轻载时，自动切换至低电流绕组，使之与负载电流相匹配，通过降低电动机铁芯的磁通密度降低铁损，减少发热，降低温升，节约电能，使变功率电动机1始终工作在最佳的效率和功率因数下，单片机IC1的运行程序是根据负载电流信号、多级变功率电动机1的多个三相串联绕组n的各级额定电流等参数，再通过数学解析运算和数据处理发出最佳的多个三相切换开关m的切换指令，从而实现负载电流的跟踪特性，实现电动机效率的优化。
本发明的变功率电动机1及其智能控制器2的智能控制器还根据负载电流传感器I1与电压传感器V1信号相位比较运算获得的功率因数，并且通过数学解析的结果控制多个功率因数补偿切换开关K的接通与分断，以实现高效经济运行，使电动机运行中始终保持较高的功率因数，从而获得电动机高效运行的特点。
本发明的变功率电动机1及其智能控制器2的智能控制器中电压、电流传感器V1、I1输出的电压、电流信号通过对负载相电压、相电流的相位检测得到相位差φ，补偿电容器的容量选择取决于负载的无功功率份量。智能控制器2根据运算获得的相位差φ的大小和正负通过输出端口发出多个功率因数补偿切换开关K的切换指令，最终可使相位差φ值控制在理想值0°附近。
附图说明
图1：变功率电动机1的多个定子绕组n的分布示意图
图2：补偿电容器组分配图
图3：智能控制器2的电原理图
图4：主程序流程图
图5：中断处理程序流程图
图6：运行控制程序流程图
具体实施方式
以下结合附图给出一种具体的实施方式，这只是一个示例，实施中可以有多种具体方案实现本发明的原理方法：
附图1给出了绕组级数n＝3的星型接法联接的多级变功率电动机1的多个三相串联绕组n分布示意图，将原电动机的单独绕组或多组并联绕组分解成三相串联绕组3级分段的串联绕组电动机。每一级三相串联绕组的匝数、绕组电流，线径都按那一级串联绕组的电动机功率计算和确定，它们分别镶嵌在各相的定子线槽内，然后将多级变功率电动机1的3个三相串联绕组n的电源接线端单独引出至3级变功率电动机1的U1、U2、U3，V1、V2、V3和W1、W2、W3接线端子上，星点共同接在接地端GND上。星点接地端GND可以不引出在端子上。
各相的各个串联绕组节点的引出端分别连接在U1、U2、U3，V1、V2、V3，W1、W2、W3的变功率电动机1的接线端子上，以便通过智能控制器2的输出控制多台三相开关来调控各个三相串联绕组的接通与分断开，从而实现软启动、软停止和动态节能经济运行。
附图2的智能控制器2是以单片机IC1为核心的典型单片机控制系统，由电源、显示器、键盘、通讯端口、报警电路和负载驱动电路组成，单片机IC1采用典型的80C51系列单片机，也可以采用其它系列性能相近的单片机，它们内部已经具有MCU微处理器、EEPROM程序存储器、SRAM数据存储器、A/D转换器、I/O端口及串行通讯端口等资源。外部由稳压电源、显示器、键盘、通讯端口、报警电路和负载驱动电路组成。
附图2的负载驱动电路由双3路光电隔离驱动电路组成，一路带动3台大功率三相切换开关，实现对变功率电动机1的3级串联绕组的切换，第一级绕组L1的引出端是最大额定电流Ir1(额定功率P1)的引出端U1、V1、W1，第二级绕组L2的引出端是下一级额定电流Ir2(额定功率P2)的引出端U2、V2、W2，第三级绕组L3的引出端是最小额定电流Ir3(额定功率P3)的引出端U3、V3、W3，依此类推。另一路带动3台三相补偿电容器切换开关，实现对变功率电动机1的3个绕组的组合补偿切换，从而获得更高的功率因数和更好轻载节电效果。切换开关可以由接触器、继电器、电子开关组成。
如果有必要，可以使用更多的单片机IC1端口扩展驱动继电器电路，以便获得更多的多绕组电动机的绕组数量，如选取多个定子绕组L＝5或选取多个定子绕组L＝6乃至更多，将获得更高的软启动、软停止的平滑特性和获得更高的轻载调控精度，不过此时切换开关n数量和数列的项数n都需做同步调整，并且需要占用更多的单片机输出端口。
功率因数补偿的计算方法是通过计算功率因数Cosφ相位，然后做测试Cosφ相位做比较而获得另一路带动3台三相补偿电容器切换开关的切换控制信号。智能控制器2中电压、电流传感器V1、I1输出的电压、电流信号经比较器输出为方波信号，分别送单片机IC1的P0.2和P0.1口，通过对负载相电压、相电流的检测得到相位差φ，补偿电容器的容量选择取决于负载的无功功率份量。
本发明变功率电动机1其智能控制器2以查询方式访问单片机IC1的相电压检测输入口和相电流检测输入口P0.2和P0.1口，通过CPU内部的定时/计数器T1进行时间值计数，通过换算得到相位差φ，控制算法通常采用PID算法；智能控制器2根据运算获得的相位差φ的大小和正负通过输出端口发出多个功率因数补偿切换开关K的切换指令，最终可使相位差φ值控制在理想值0°附近。智能控制器2也可以采用中断方式检测和计算相位差φ。
单片机IC1的P0.4～0.7还作为键盘的信号输出端分别与S1、S5，S2、S6，S3、S7，S4、S8连接，按键S1、S2、S3、S4接单片机IC1的P1.0端口，按键S5、S6、S7、S8接单片机IC1的P1.1端口。单片机IC1的RXD引脚接RS232串行接口芯片IC3的R1 OUT引脚，单片机IC1的TXD引脚接RS232串行接口芯片IC3的T1 IN引脚，RS232串行接口芯片IC3的T1 OUT引脚接智能控制器2的串行接口插座CZ1的2脚，RS232串行接口芯片IC3的R1 IN引脚接智能控制器2的串行接口插座CZ1的3脚，串行接口插座CZ1的5脚接地，RS232串行接口芯片IC3的C2+、C2-引脚接第9电容C9，RS232串行接口芯片IC3的C1+、C1-引脚接第8电容C8，RS232串行接口芯片IC3的V-、V+引脚分别经第10、第11电容C10、C11接地，RS232串行接口芯片IC3的Vcc引脚接工作电源Vdd。
单片机IC1的引脚P1.3、P1.4、P1.5分别经第7、第12、第15电阻R9、R12、R15接第1、第2、第3光电耦合器U1、U2、U3的发光二极管阳极，第1、第2、第3光电耦合器U1、U2、U3的发光二极管阴极接地。第1光电耦合器U1的三极管集电极分别经第10、第11电阻R10、R11接工作电源Vdd和第1三极管Q1的基极，第1三极管Q1的集电极经正向的第7二极管D7和第1继电器J1接工作电源Vdd，第1三极管Q1的发射极接地。
第2光电耦合器U2的三极管集电极分别经第13、第14电阻R13、R14接工作电源Vdd和第2三极管Q2的基极，第2三极管Q2的集电极经正向的第8二极管D8和第2继电器J2接工作电源Vdd，第2三极管Q2的发射极接地。
第3光电耦合器U3的三极管集电极分别经第16、第17电阻R16、R17接工作电源Vdd和第3三极管Q3的基极，第3三极管Q3的集电极经正向的第9二极管D9和第3继电器J3接工作电源Vdd，第3三极管Q3的发射极接地。
如果有必要，可以使用更多的单片机IC1端口扩展驱动继电器电路，以便获得更多的多绕组电动机的绕组数量，提高软启动、软停止的平滑启动、停止特性和轻载调控精度。
智能控制器2的单片机IC1的软件程序主要有主程序，中断处理程序，键盘扫描程序，A/D转换程序，包括软启动、软停止的运行控制程序，更新显示程序，按键处理程序和时钟程序。图4至图6说明附图2所示的智能控制器2的单片机IC1的程序存储器内的程序运行的流程图，上电或复位后微处理器自动从主程序开始执行，
图4的主程序执行步骤如下：起始步骤100之后，执行步骤101：初始化寄存器、数据区、A/D转换通道、I/O端口，然后，执行步骤102：置P0口为输入，置P1口为输出，置定时器1为定时工作，然后，执行步骤103：置初始运行状态，置状态存放地址，再执行步骤104：置定时器1的时间常数，然后，执行步骤105：置定时中断允许，再执行步骤106：开中断，然后执行步骤107，调键盘扫描程序，再执行步骤108，测试有键按下否？如果有键按下，执行步骤109，保存键值，再执行步骤110，清按键标志，然后执行步骤111，调键处理程序，然后，执行步骤112，调A/D转换程序，然后执行步骤113，调更新显示，再执行步骤114，等待定时中断，然后，跳转至步骤108执行，测试有键按下否？
如果执行步骤108，无键按下，则直接执行步骤112，调A/D转换程序，再执行步骤113，调更新显示，再执行步骤114，然后，返回到步骤108执行。
图5的中断处理程序执行步骤为：起始步骤200之后，执行步骤201：保护现场，然后，执行步骤202，关中断，再执行步骤203，查询是定时中断否？如果是定时中断，执行步骤204，置延时常数，再执行步骤205，查询延时到否？如果延时未到，则重复查询等待，如果延时到，执行步骤206，调时钟程序，然后，执行步骤207，取状态存放地址和运行状态参数，执行步骤208，调运行程序，再执行步骤209：存运行状态参数，然后，执行步骤210，调更新显示，再执行步骤211，恢复现场，然后执行步骤212，开定时中断，再执行步骤213，中断返回。
如果执行步骤203，查询不是定时中断，执行步骤214，查询是其它中断否？如果是其它中断，执行步骤215，转其它中断，然后，执行步骤211，恢复现场，再执行步骤212，开定时中断，然后执行步骤213，中断返回。如果执行步骤214，不是其它中断，直接执行步骤211，恢复现场，然后，执行步骤212，开定时中断，再执行步骤213，中断返回。
图6的运行控制程序执行起始步骤700后，执行步骤701：保护现场，然后执行步骤702：取运行状态地址、运行状态额定电流Irn、负载电流In、状态计数、切换延时时间，然后，执行步骤703：测试有停止请求吗？如果有停止请求，执行步骤704：当前额定电流Irn逐级递降至0，然后，调至步骤715执行：保存额定电流Irn，再执行步骤716：保存状态计数，然后执行步骤717：调更新显示，再执行步骤718：返回。
如果执行步骤703：没有停止请求，执行步骤705：测试有启动请求吗？如果有启动请求，执行步骤706：额定电流Irn由0～100％逐级递增，然后执行步骤707：调更新显示，再执行步骤708：测试负载电流In＞最高额定电流Ir否？如果负载电流In＞最高额定电流Ir，执行步骤713：启动报警，再执行步骤714：过载/短路保护处理，然后执行步骤717：调更新显示，再执行步骤718：返回。
如果执行步骤708：测试负载电流In≯最高额定电流Ir，执行步骤709：测试负载电流In＞当前额定电流Irn上限否？如果负载电流In＞当前额定电流Irn上限，执行步骤710：额定电流Irn计数+1，取下一级额定电流Irn，再执行步骤707：调更新显示，然后，重回执行步骤708：测试负载电流In＞最高额定电流Ir否？
如果执行步骤709：测试负载电流In≯当前额定电流Irn上限，执行步骤711：测试负载电流In＜当前额定电流Irn下限否？如果负载电流In＜当前额定电流Irn下限，额定电流计数-1，取上一级额定电流Irn，再执行步骤707：调更新显示，然后，重回执行步骤708：测试负载电流In＞最高额定电流Ir否？
如果执行步骤711：负载电流In≮当前额定电流Irn下限，执行步骤715：保存额定电流Irn，再执行步骤716：保存状态计数，然后执行步骤717：调更新显示，再执行步骤718：返回。

Claims (7)

1.一种变功率电动机及其智能控制器，由变功率电动机(1)和智能控制器(2)组成，其电动机(1)主要由转子、定子、壳体、定子绕组(L)和接线端子(3)组成，智能控制器(2)与负载电流传感器(I1、I2)、电压传感器(V1)、多个绕组切换开关(m)、多个功率因数补偿切换开关(K)组成变功率电动机(1)的自动控制系统，由智能控制器(2)根据负载电流传感器(I1、I2)，电压传感器(V1)的负载电流、电压信号与电动机运行状态信息的比较运算和数学解析优化处理，分别控制多级绕组切换开关(m)、多个功率因数补偿切换开关(K)的接通与分断，其特征在于：
所述变功率电动机(1)的定子绕组采用按电动机额定电流(Ir)向下逐级降低功率的串联绕组形式，并分别将各个定子串联绕组(L)的各个串联节点(L1、L2、L3……Ln)引出至接线端(U1、V1、W1；U2、V2、W2；U3、V3、W3……Un、Vn、Wn)，然后，由智能控制器(2)对其多级串联绕组(L)的各个串联节点(L1、L2、L3……Ln)进行自动切换和自动控制，(n)为串联绕组的节点数值，多级定子串联绕组(L)的最大额定电流为电动机的额定电流(Ir)，即为靠近星点的串联绕组(L1)的额定电流，各个定子串联绕组(L)的额定电流(Ir1～Irn)分别按额定电流(Ir)等比级数、等差级数或其它离散参数选取，以完成多级串联绕组(L)的各个额定电流(Ir1～Irn)的优化处理；
变功率电动机(1)的定子绕组是在其同一定子铁芯线槽内镶嵌多级定子串联绕组(L)构成，多级定子串联绕组(L)采用按绕组功率大小从星点向外逐级分段串联，靠近星点是最大功率的串联绕组(L1)，它的一端连接在一起形成所谓的星点(o)，另一端与仅次于最大功率下一级串联绕组的一端连接，仅次于最大功率下一级串联绕组的另一端与仅次于它下一级串联绕组的一端连接，依此类推，最小功率串联绕组(Ln)的开放末端是最小功率的引出端；由靠近星点(o)最大功率串联绕组(L1)与仅次于它的下一级串联绕组(L2)的串联节点作为最大功率的引出端，依此类推，分别在各个串联绕组的节点引出次于上一级功率的引出端，再次于上一级功率的引出端，直至最小功率串联绕组的开放末端的引出端(Ln)。
2.所述变功率电动机(1)其特征在于：多级定子串联绕组(L)的各个节点(L1、L2、L3……Ln)引出端分别按大小不同的额定电流(Ir1、Ir2、Ir3～Irn)引出，最小功率串联绕组引出端(Ln)为串联绕组的开放末端，变功率电动机(1)的各个额定电流(Irn)或各个额定功率引出端通过智能控制器(2)由小到大的逐级递增控制即可实现电动机的软启动，通过智能控制器(2)由大到小的逐级递降控制即可实现电动机的软停止，通过智能控制器(2)根据负载传感信号进行比较运算即可实现变功率电动机(1)根据负载实时切换各个适当的串联绕组，从而实变功率电动机(1)跟踪负载变化的自动改变功率的调控特性和优良的节能效果；变功率电动机(1)的各个定子串联绕组(L)采用多级分段的智能控制，从星点(o)向外每一级的节点即可视为为一个独立功率的三相电动机，直至开放末端最小功率的三相电动机，从开放末端向中心的星点(o)每一级增大一定的电动机功率；靠近星点(o)的这一级 串联绕组在电动机开启后始终处于工作状态，但每一级的工作电流都随着后面各级的变化而变化，直至最小功率的末级绕组(Ln)。
3.所述变功率电动机(1)其特征还在于：每一级三相串联绕组与仅次于它的下一级三相串联绕组的串联节点的引出端，分别对应多个三相切换开关(m1～mn)，从而实现软启动和软停止以及在运行中自动跟踪负载变化调控多级串联绕组(Ln)的额定电流(Ir1～Irn)，从而获得动态调节特性；多个定子串联绕组(L)的各个电源接线分别引出至接线端子，所述变功率电动机(1)的多个定子串联绕组(L)的数学优化处理方法适用于单相或多相电动机。
4.如权利要求1所述智能控制器(2)的特征在于：多级绕组切换开关(m)、多个功率因数补偿切换开关(K)与多级定子串联绕组(L)的引出节点一一对应，多级定子串联绕(L)的各个项数数值等于数列各个项数的值(n)；多级定子串联绕组(L)的数值(n)等于多个绕组切换开关(m)或多个功率因数补偿切换开关(K)的数值，因此，多级定子串联绕组(L)的数值(n)也是数列的项数(n)，第一级定子绕组(L1)即为数列的首项(a1)，第二级定子绕组(L2)即为数列的第二项(a2)，第三级定子绕组(L3)即为数列的第三项(a3)，第n定子绕组(Ln)即为数列的末项(an)。
5.如权利要求1所述智能控制器(2)其特征还在于：根据负载电流传感器(I2)信号大小，也即负载的轻重，分别通过数学解析的结果控制多个绕组切换开关(m)的接通与分断；智能控制器(2)还根据负载电流传感器(I1)与电压传感器(V1)信号相位比较运算获得的功率因数，分别通过数学解析的结果控制多个功率因数补偿切换开关(K)的接通与分断。
6.如权利要求1所述智能控制器(2)其特征还在于：由以单片机(IC1)为控制核心的信号调理电路、负载电流传感器(I1、I2)、负载电压传感器(V1)、运行状态参数显示器、键盘、驱动电路及通讯接口电路组成；至少有一组根据负载电流传感器(I1、I2)电流信号对多个绕组切换开关(m)进行切换控制，使变功率电动机(1)在小负载电流时自动切换至低电流绕组节点，从而降低电动机铁芯的磁通密度和降低电动机的输出功率，节约电能，使电动机始终与负载大小最佳匹配，智能控制器(2)的单片机(IC1)运行程序是根据负载电流信号和预先输入的电动机额定电流、绕组参数，再通过数学解析运算和数据处理后由输出端口发出多个绕组切换开关(m)的切换指令，从而控制多个切换开关(m)实现负载电流的跟踪特性，达到电动机效率的优化。
7.如权利要求1所述智能控制器(2)其特征还在于：至少有另一组根据负载电流传感器(I1)电流信号与负载电压传感器(V1)电压信号之相位差运算获得的功率因数对多个功率因数补偿切换开关(K)进行切换，该切换控制由单片机(IC1)运行其程序存储器内的软件程序通过数学解析运算输出优化的多个功率因数补偿切换开关(K)的切换控制信号，再由多个功率因数补偿切换开关(K)完成电动机的定子绕组补偿电容的切换，并实现高效经济运行，使电动机在任何负载状态下始终保持较高的功率因数，从而获得电动机高效运行的特点， 从而使电动机始终工作在最佳效率和功率因数下，变功率电动机(1)的补偿电容器的容量选择取决于负载的无功功率份量。
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