CN1825739A

CN1825739A - 一种感应磁阻电机及其变频装置

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Publication number: CN1825739A
Application number: CNA2005100333316A
Authority: CN
Inventors: 丁振荣
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-02-26
Filing date: 2005-02-26
Publication date: 2006-08-30

Abstract

一种感应磁阻电机及其变频装置，属电机制造和电力电子技术领域。电机转子铁心结构为凸极式，其外表面冲有嵌线的槽，槽内嵌置转子绕组，变频装置检测凸极式转子位置、根据控制要求，使定子绕组在凸极式转子外表面产生转动磁场，所产生的转动磁场不是连续以一个方向转动，也不是以两个方向来回转动，而是，以不间断、周而复始、到尽头再重来的方式从凸极式转子外表面的一个位置转到另一个位置，转动磁场总是以一个方向切割转子绕组，产生电磁转矩和磁阻转矩。在不增加成本和基于现有技术的前提下，改善电机的低速起动转矩和运行性能。

Description

一种感应磁阻电机及其变频装置

技术领域本发明涉及一种新型交流感应异步电机及其变频装置，属电机制造和电力电子技术领域。

背景技术交流异步电机具有结构简单、使用方便、运行可靠、效率较高、制造容易、成本低廉的优点，其不足是，起动电流大、起动转矩小。开关磁阻电机除具有交流异步电机同样的优点外，还具有适用于高速、功率电路简单可靠、高起动转矩低起动电流、可控参数多调整性能好的优点，不足是，振动噪声大、低速转矩脉动大、最大功率产品比交流异步电机的小很多。

发明内容本发明的目的就是发明一种具有交流异步、开关磁阻电动机全部优点，克服各自不足的性能优良的电机及其变频装置，包括电机和变频装置，电机包括转子、定子及其绕组，定子铁心及其绕组与现有交流异步电机一样，变频装置可以采用现有变频技术，其特征在于：所述电机转子铁心结构为凸极式，其外表面冲有嵌线的槽，槽内嵌置转子绕组；所述变频装置检测凸极式转子位置、根据控制要求，使定子绕组在凸极式转子外表面产生转动磁场，所产生的转动磁场不是连续以一个方向转动，也不是以两个方向来回转动，而是，以不间断、周而复始、到尽头再重来的方式从凸极式转子外表面的一个位置转到另一个位置，转动磁场总是以一个方向切割转子绕组，产生电磁转矩和磁阻转矩。

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

附图说明

图一本发明原理示意图

图二本发明在三相绕组的原理示意图

图三现有变频输出三相电压基波波形图

图四本发明变频装置输出三相电压基波波形图

具体实施方式

如图一示，在电动状态，凸极式转子中心轴Oo与定子D3位置重合，线圈A1产生的磁场指向D3，线圈A2产生的磁场指向D4，线圈A3产生的磁场指向D5，线圈A4产生的磁场指向D6，转子开始起动时，首先轮流给线圈A1、A2、A3施加电压，定子转动磁场将从D3位置移向D4、D5位置，切割凸极式转子线圈O、Z1、Z2，移到D5位置后，再立即重新开始给线圈A1、A2、A3轮流供电，也即定子转动磁场立即重新开始从D3位置移向D4、D5位置，从而使定子转动磁场不断切割转子绕组，转子绕组产生感应电流，感应电流产生感应磁场，定子转动磁场与转子感应磁场相互作用产生电磁转矩，驱动转子按定子转动磁场方向旋转，同时，定子转动磁场从磁阻最小的D3位置移开，也将产生磁阻转矩，拖动转子按定子转动磁场方向旋转。在电磁转矩和磁阻转矩共同作用下，转子将顺时针转动，假设转子中心轴Oo转到定子D4位置，定子线圈供电起始位置由线圈A1改为线圈A2，在转子转到下一个位置之前，轮流、周而复始给线圈A2、A3、A4供电，定子转动磁场周而复始、不断在定子D4、D5、D6位置转动，产生电磁转矩和磁阻转矩拖动转子旋转，随着转子的转动，定子线圈的供电起始位置也不断前移。

如图一，在制动状态，某瞬间，转子顺时针旋转，凸极式转子中心轴Oo与定子D0位置重合，线圈E1产生的磁场指向D0，线圈E2产生的磁场指向D1，线圈E3产生的磁场指向D2，线圈A1产生的磁场指向D3，线圈A2产生的磁场指向D4，线圈A3产生的磁场指向D5，线圈A4产生的磁场指向D6，转子开始制动时，首先轮流给线圈E1、E2、E3施加电压，定子转动磁场将从D0位置移向D1、D2位置，只是，定子转动磁场的转动速度慢于转子的速度，转子中心轴Oo到达D3时，定子转动磁场只到达D1，相当于定子转动磁场对凸极式转子线圈O、F1、F2反向切割，转子中心轴Oo到达D3位置后，立即开始给线圈A1、A2、A3轮流供电，也即定子转动磁场将立即开始从D3位置移向D4、D5位置，也是因为定子转动磁场速度比转子慢的原因，转子中心轴Oo转到定子D6位置，定子转动磁场只到达D4位置，相当于定子转动磁场对凸极式转子线圈O、F1、F2反向切割，定子转动磁场不断反向切割转子线圈O、F1、F2，转子绕组产生感应电流，感应电流产生感应磁场，定子转动磁场与转子感应磁场相互作用产生与转子旋转方向相反的反向电磁转矩，同时，在这个过程中，因定子转动磁场转动速度比转子慢的原因，定子转动磁场从磁阻最小的D0或D3位置逐步远离转子中心轴Oo，从而产生阻止转子旋转的反向磁阻转矩。在反向电磁转矩和反向磁阻转矩共同作用下，转子将减速，直到停止。

以上仅为原理示意说明，没有考虑线圈的换相。从以上分析可以看出，这种电机实际为转子能自感应磁场的特殊同步电机。在电动状态时，定子转动磁场以比转子快的速度、以一定的角度不断转动，每次转动结束后，都立即回到定子新的起始位置，定子新的起始位置处在此时转子新到达的位置上，定子转动磁场按这个办法不断重复，产生的电磁转矩、磁阻转矩都与转子旋转方向相同，拖动转子旋转；在制动状态时，定子转动磁场旋转速度低于转子速度，定子转动磁场以比转子慢的速度、以一定的角度不断转动，每次转动结束后，都立即前行到定子新的起始位置，定子新的起始位置处在此时转子新到达的位置上，定子转动磁场按这个办法不断重复，产生的电磁转矩、磁阻转矩都与转子旋转方向相反，产生制动转矩，转子将减速、停止。以上分析是以定子转动磁场顺时针方向转动的情况分析的，定子转动磁场逆时针方向转动的情况与顺时针方向转动的情况相同，不再分析。因而可以通过控制电机定子转动磁场正、反向旋转和旋转的快慢，控制电机正转、反转、电动、制动运行状态。

对三相绕组和三相电压而言，在运行过程中，每次定子转动磁场起始转动的位置对应于三相电压波形图上某一个位置。为直观，把电机三相绕组图放在图一中，构成图二。假设，转子中心轴Oo在定子D3位置，此时，定子转动磁场也指向D3的位置，则此时三相电压的大小、方向在图三的D3位置标明，定子转动磁场在D4、D5、D6位置时，三相电压的大小、方向也在图三的D4、D5、D6位置标明。要实现定子转动磁场在图一从D3到D5的转动，三相电压就要随时间按图三上D3至D5三相电压的大小、方向给三相绕组供电，要实现定子转动磁场在图一从D4到D6的转动，三相电压就要随时间按图三上D4至D6三相电压的大小、方向给三相绕组供电。假设，定子转动磁场先从D3转到D5，此时，转子转到D4位置，然后，定子转动磁场立即开始从D4转到D6，这一过程的三相电压基波波形如图四电动状态。假设，转子中心轴Oo在定子D0位置，此时，定子转动磁场也指向D0的位置，则此时三相电压的大小、方向在图三的D0位置标明，定子转动磁场在D1、D3、D4位置时，三相电压的大小、方向也在图三的D1、D3、D4位置标明。要实现定子转动磁场在图一从D0到D1的转动，三相电压就要随时间按图三上D0至D1三相电压的大小、方向给三相绕组供电，要实现定子转动磁场在图一从D3到D4的转动，三相电压就要随时间按图三上D3至D4三相电压的大小、方向给三相绕组供电。假设，定子转动磁场先从D0转到D1，此时，转子转到D3位置，然后，定子转动磁场从D3转到D4，这一过程的三相电压基波波形如图4制动状态。

假设电机运行时，转子中心轴Oo沿A、B、C绕组方向顺时针旋转，某瞬间转子中心轴Oo的位置在电气角度W处，并开始新周期的转动，定子转动磁场每次转动的电气角度为M，则变频装置输出频率为f的三相电压基波为A＝Um sinωt、B＝Um sin(ωt-120°)、C＝Um sin(ωt-240°)，其中，t取值区间在W/(360°*f)和(W+M)/(360°*f)之间。

所以本发明的变频装置可以采用现有变频技术，区别在于，本发明的变频装置其输出三相电压基波波形不是连续的三相正弦波，而是属于三相正弦波一个、又一个区间的波形，区间之间是没有时间间隔的，电动状态时相邻区间的波形一定有一部分是重合的，制动状态时相邻区间的波形任何部分都不重合。

根据需要，定子转动磁场每次转动起始位置可以略滞后于或略超前于转子位置一个电气角度。

转子绕组的全部铜导条或铝导条可以短路在一起，也可以各自构成单匝的线圈，每个线圈在转子表面上均匀、对称分布，转子凸极的数量与定子的极数相等，在转子圆截面上均匀、对称分布，每对凸极线圈数量最少可以为一个。

磁阻转矩随着定子转动磁场离开转子凸极中心轴Oo后随距离逐渐变小，为维持每个转动过程转矩的平衡，在定子转动磁场每一个转动过程中，电动状态时，变频输出三相电压基波频率可逐步加快，以增加电动电磁转矩，制动状态时，变频输出三相电压基波频率可逐步减慢，以增加制动电磁转矩。

变频装置所需的转子位置检测可以用接近开关、光电开关、电磁感应等直接式办法实现，也可以用检测三相绕组电压、电流间接检测转子位置的间接式办法实现。

电机转子铁心结构也可以为隐极式，但绕组不能嵌满整个转子表面，应嵌置少量绕组。

这种电机及变频装置的优点是在不增加成本和现有技术难度的前提下，改善电机的低速起动转矩和运行性能。

Claims

1、一种感应磁阻电机及其变频装置，包括电机和变频装置，电机包括转子、定于及其绕组，定于铁心及其绕组与现有交流异步电机一样，变频装置可以采用现有变频技术，其特征在于：所述电机转子铁心结构为凸极式，其外表面冲有嵌线的槽，槽内嵌置转子绕组；所述变频装置检测凸极式转子位置、根据控制要求，使定子绕组在凸极式转子外表面产生转动磁场，所产生的转动磁场不是连续以一个方向转动，也不是以两个方向来回转动，而是，以不间断、周而复始、到尽头再重来的方式从凸极式转子外表面的一个位置转到另一个位置，转动磁场总是以一个方向切割转子绕组，产生电磁转矩和磁阻转矩。

2、根据权利要求1所述的一种感应磁阻电机及其变频装置，其特征在于：在电动状态时，定子转动磁场以比转子快的速度、以一定的角度不断转动，每次转动结束后，都立即回到定子新的起始位置，定子新的起始位置处在此时转子新到达的位置上，定子转动磁场按这个办法不断重复，产生的电磁转矩、磁阻转矩都与转子旋转方向相同，拖动转子旋转；在制动状态时，定子转动磁场旋转速度低于转子速度，定子转动磁场以比转子慢的速度、以一定的角度不断转动，每次转动结束后，都立即前行到定子新的起始位置，定子新的起始位置处在此时转子新到达的位置上，定子转动磁场按这个办法不断重复，产生的电磁转矩、磁阻转矩都与转子旋转方向相反，产生制动转矩，转子将减速、停止。

3、根据权利要求2所述的一种感应磁阻电机及其变频装置，其特征在于：根据需要，定子转动磁场每次转动起始位置可以略滞后于或略超前于转子位置一个电气角度。

4、根据权利要求1所述的一种感应磁阻电机及其变频装置，其特征在于：转子绕组的全部铜导条或铝导条可以短路在一起，也可以各自构成单匝的线圈，每个线圈在转子表面上均匀、对称分布，转子凸极的数量与定子的极数相等，在转子圆截面上均匀、对称分布，每对凸极线圈数量最少可以为一个。

5、根据权利要求1所述的一种感应磁阻电机及其变频装置，其特征在于：电机转子铁心结构也可以为隐极式，但绕组不能嵌满整个转子表面，应嵌置少量绕组。

6、根据权利要求1所述的一种感应磁阻电机及其变频装置，其特征在于：假设电机运行时，转子中心轴Oo沿A、B、C绕组方向顺时针旋转，某瞬间转子中心轴Oo的位置在电气角度W处，并开始新周期的转动，定子转动磁场每次转动的电气角度为M，则变频装置输出频率为f的三相电压基波为A＝Um sinωt、B＝Um sin(ωt-120°)、C＝Um sin(ωt-240°)，其中，t取值区间在W/(360°*f)和(W+M)/(360°*f)之间。

7、根据权利要求6所述的一种感应磁阻电机及其变频装置，其特征在于：变频装置可以采用现有变频技术，其输出三相电压基波波形不是连续的三相正弦波，而是属于三相正弦波一个、又一个区间的波形，区间之间是没有时间间隔的，电动状态时相邻区间的波形一定有一部分是重合的，制动状态时相邻区间的波形任何部分都不重合。

8、根据权利要求1所述的一种感应磁阻电机及其变频装置，其特征在于：磁阻转矩随着定子转动磁场离开转子凸极中心轴Oo后随距离逐渐变小，为维持每个转动过程转矩的平衡，在定子转动磁场每一个转动过程中，电动状态时，变频输出三相电压基波频率可逐步加快，以增加电动电磁转矩，制动状态时，变频输出三相电压基波频率可逐步减慢，以增加制动电磁转矩。

9、根据权利要求1所述的一种感应磁阻电机及其变频装置，其特征在于：变频装置所需的转子位置检测可以用接近开关、光电开关、电磁感应等直接式办法实现，也可以用检测三相绕组电压、电流间接检测转子位置的间接式办法实现。