CN1081293A

CN1081293A - 感应电动机

Info

Publication number: CN1081293A
Application number: CN 92108872
Authority: CN
Inventors: 凯文·雷
Original assignee: GREENFIELDS EUROPE Ltd
Current assignee: GREENFIELDS EUROPE Ltd
Priority date: 1992-07-14
Filing date: 1992-07-14
Publication date: 1994-01-26

Abstract

尽管感应电动机满载时实质上表现为电阻性负载，但电动机空载时趋于主要表现为感性负载。因此虽然电动机无输出功，电动机内部仍流动明显的电流，这明显的电流使电动机和电源系统中有显著的 I²R损耗。为了减少这些损耗，引入了规格化形式的通用电动机速度控制电路/光控电路与电动机串联。该电路设置成满载情况下每个半周的第一个 36°电路分断。这使得满载功率有小的减少。但空载时该电路使得通过电动机电流的有效值实质上地减小，由此I²R损耗也减小了。

Description

本发明涉及感应电动机，特别是在部分负载或空载情况下感应电动机运行性能的改进。

众所周知，在感应电动机中，定子建立起旋转磁场，该磁场的旋转频率取决于供电频率。旋转的定子磁场在转子中感生电流，该电流取决于定子磁场和转子间的相对速度或转差。转子在定子中感生一反向于外施电压的反电势。感应电动机的机械功率等于反电势和定子电流的乘积。

感应电动机在满载情况下的功率因数近于1，也就是说该电动机几乎相当于纯阻性负载。但在空载情况下，电动机绕组的电感变得明显而其功率因数降至近于零，如0.1或0.2。因此，甚至在电动机无外加负载的情况下，电动机中仍流有相对高的电流。高电流引起供电系统至电动机和电动机本身的电阻功率损耗（I²R）。当电动机负载从满载到负载变化时，其功率因数也逐渐变化。

许多感应电动机大部分时间运行在半载或空载情况，且可能如仅在起动时是满载。因此有显著的能量损失而提高功率因数是所希望的。为此可考虑安排与电动机并联的一个或更多的电容器，且根据电动机的负载情况来接通或关断回路中的这些电容器。但是这样的布置势必大而不经济，尽管这可减少供电系统至电动机的功率损失但对电动机本身在低负载或空载情况下的功率损失不起作用。

本发明试图提供解决上述问题的办法，它是有效的且能便利实施而仅占用少量空间。

根据本发明提供一与电动机串联的控制电路，该控制电路包括用于开关电动机电流的可触发开关（如三端双向可控硅开关）和触发电路。在运行中，随每个交流半周在电动机电流降落至零后紧接着马上关断电动机电流，而后以预定的方式，如在一定时间之后，或当电压上升到一定值，或这些因素的一定组合，再接通电动机电流。所以在电动机满载且趋于作为纯电阻性时，每个半周的开始不对电动机施加电压，但当开关接通时，该电动机的电流波形实质上正比例地随所施电压的波形，设若关断时间小，如其相角为36°，施加到电动机电压的有效值的减小以及电动机相应功率的减小都将是不显著的。可是，在电动机空载且主要表现为感性时，电动机电流将滞后于所施电压近90°。因此为电流降至零并关断时，供电电压将靠近峰值。在电流接着接通时，由于电动机的感性，电流不是立即升到与电压成比例的值，而是从零逐渐上升，且因此比起如不设置关断时间的情况电流实质上更小。所以就整个半周电流的有效值比起如不设置关断时间的情况实质上更小，又由于损耗具有平方律的性质，由此电动机是和供电系统的I²R损耗将更加实质上的减小。

触发电路和开关可由通用电动机速度控制电路的规程化形式或光控电路（light dimmer circuit）的规格化形式来方便地设置，除了这些电路中的可变电阻用固定的或预置电阻来代替外而无需再做任何改变。为了小型化和可靠性，触发电路可由集成电路来设置，如从RS元件（RScomponents）得到的型号为656-754，或甚至触发电路和开关二者由单个集成电路来设置，如联合自动化型号（United Automation type）为CSR1504A。

本发明的具体实施例现以举例的方式参照附图来加以说明，其中：

图1-3示出按本发明的三种不同电动机电路的电路图;和

图4A-4P是表示电路工作时的波形图。

参看图1，电动机装置包括交流电源10（如一单相供电电源），串联的感应电动机12和三端双向可控硅开关14（如从RS元件可得到的型号TIC246D）和跨接在该可控硅开关主端Mt₁、Mt₂的抑制器16。通用电动机速度控制电路或光控电路18的规格化形式包括电容器20，如0.1uf，和10K电阻22串联跨接在可控硅开关主端Mt₁、Mt₂以二端交流开关24接在电容器20和电阻22的连接处与可控硅开关14的控制极G之间。但是不同于规格的速度控制或光控电路，电阻22是固定的（或可能是“预定”型电阻）。由电阻负载和供电电源选定电容器20和电阻22的准确值以提供电源半周开始后可控硅开关36°的触发，众所周知，在电流通过降至零时可控硅开关将关断。

除了电容器20和二端交流开关24用从RS元件得到型号656-754的集成电路26来设置外，图2的电路类似于图1。

除了可控硅开关14还包括从联合自动化可得到型号CSR1504A的集成电路28外，图3的电路也是类似的。

参见图4A，如感应电动机满载实质上表现为电阻性，电动机电流I_MR在相位上与电源电压Vs相当，二者用单线表示在图4A中，同时考虑示于图1-3中的电路，如图4B所示，在每半周的第一个36°期间电源电压Vs将不供给电动机，所以电动机电压V_M在36°期间是零接着就等于Vs。电流I_MR将比例于电动机电压V_M。36°的关断期间是足够小的，由此引起的功率损失是不显著的。

参见图4C，如电动机在空载并实质上表现为感性，无图1-3的电路，电动机电流 '滞后于电源电压Vs90°，而在包含图1-3的任何一个电路时，电动机电压V_M在每半周的约中间处变至零，相角为P₁。然后在相角P₂处，可控硅开关再次接通，电动机电流并不骤然上升到无控制电路所呈现的值，由于电动机的感性而将逐渐从零开始上升，小于电流 '一个定值。因此，电流

I_{M_{1}}

在相角P₁处降至零要早于电流 '，而后，可控硅开关关断，电流保持是零直到可控硅开关再次被触发的相角P₂'为止。比较图4C中的波形和 '可看出：开关电流 '的有效值I_RMS约是非开关电流I_M'有效值I_RMS'的65%。因此，正比于I_RMS ²的电阻损耗在有控制电路时约是无控制电路损耗的42%。

图4D表示出电动机部分负载时电流和电压的波形，可看出：负载增加电动机更呈现电阻性，关断相角P将趋近零相角，电动机电流I_MP在接通期间将更加靠近无控制电流所达到的电动机电流I_MP'。

下表给出了一种典型单相感应电动机在有和无控制电路时各种负载情况下的电流I_RMS和I_RMS'以及速度S和S'：

负载 I_RMSS I_RMS' S'

空载 1.9 1400 3.0 1400

1/4负载 2.9 1380 3.8 1385

半载 5.5 1315 6.1 1330

满载 10.0 1230 10.2 1250

可以看出空载情况下控制电路使电路有实质上的减小而对速度无显著影响。满载情况下的速度和电流都有较小的减少，相应地电动机的最大输出功有小的减少。但是对主要使用在部分负载情况的电动机，这种输出功的损失可以忽略。

显然本发明还可应用于三相电动机，每相需上述的一个电路。

Claims

1、一种交流电动机装置包括一感应电动机和与其串联的控制电路，该控制电路包括用于开关电动机电流的可触发开关和用于开关的触发电路，该开关和触发电路这样设置：在电动机电流随每交流半波降至零后，电动机电流立即被关断，而后以预定的方式再次接通。

2、如权利要求1的装置，其中开关用以产生所说电动机电流的关断，且由触发电路以所说的预定方式触发开关产生所说电动机电流的接通。

3、如权利要求1或2的装置，其中开关包括三端双向可控硅开关，由其第一和第二主端与电动机和交流电源串联，其中触发电路接至与开关并联的主端以检测开关关断时通过开关的电压，且其中触发电路有触发输出接至开关控制端以接通开关。

4、如权利要求3的装置，其中通过开关的电压是由触发电路借固定电阻而检测。

5、如权利要求3的装置，其中通过开关的电压是触发电路借预置电阻而检测。

6、如权利要求3-5的任一个装置，其中触发电路包括规格化通用电动机速度控制电路或规格化光控电路，其中检测电阻是固定的或预置的电阻构成的。

7、如上述权利要求中的任一个装置，其中触发电路是由单个集成电路构成的。

8、如上述权利要求中的任一个装置，其中触发电路和可触发开关由单个集成电路构成。

9、如上述权利要求中的任一个装置，其中电动机满载时在每个半周中约36°的相角电动机电路被关断。

10、一种控制交流感应电动机的方法，其中电动机电流随每个交流半周降至零后被立即关断，而后以预定方式再次接通。