CN201113872Y - 开关磁阻电动机每相绕组线卷分组驱动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种开关磁阻电动机每相绕组线卷分组驱动装置，包括N相桥式整流电源、功率逆变电路、上电限流电路和电动机绕组，N相开关磁阻电动机的相绕组中的Z个线卷拆成K组，每组有相等的P＝Z/K个线卷，设置K个N相功率逆变电路分别驱动。电动机空载或轻载时，可关闭或断开K组功率单元中的部分单元，发生故障，也可以适当关闭或断开有关的功率单元，让电动机降额运行，减少非正常停机所带来的损失。并且在不增大电压等级的前提下，使用功率较小的功率单元，即能增大开关磁阻电动机调速系统功率，并改善运行性能。

Description

开关磁阻电动机每相绕组线卷分组驱动装置

技术领域

本实用新型涉及一种开关磁阻电动机相绕组的驱动装置，特别涉及一种开关磁阻电动机相绕组线卷的分组驱动装置。

背景技术

开关磁阻电动机调速系统由电动机、功率电路、角位移传感器和控制电路等四部份组成，由于性能优良，已在各个领域得到越来越广泛的应用。

开关磁阻电动机的结构型式很多，相数一般为N，每相绕组由Z个线卷接成(Z为偶数)，可以串联、并联或混联。线卷嵌在定子的磁极上，乘积NZ是线卷的总数也是定子的极数。电动机转子的极数比定子少，一般为Z(N-1)。

定子和转子磁极在自己的圆周上呈均匀的分布。属于同一相绕组的线卷所对应的定子磁极，方位角相差2π/Z。通电时，Z个磁极的极性呈N、S间隔排列，全产生一个使定/转子邻近磁极重合的电磁转矩。

根据转子轴上角位移传感器得到的位置信号，依次对N相绕组通电，电动机的转子就连续转动起来。绕组间这种通电的切换，称为换向。导通时还通过不同的导通比来改变加到绕组上电压的大小，称为PWM控制或斩波控制。

开关磁阻电动机调速系统中的换向和斩波靠功率逆变电路来完成，功率逆变电路中有若干个桥臂，每个桥臂一般包含一只功率开关和一只续流二极管。功率开关通常用IGBT管。

功率逆变电路用的直流电源，一般是由电网供电的三相桥式整流电源，输出处用电容滤波。为了限制上电时过大的充电电流，通常电容前先串联限流电阻。上电完毕后，用接触器把此电阻短路。

有时开关磁阻电动机工作在再生发电状态，平均起来，功率逆变电路不但不耗电，反而使滤波电容上电压升高。当电容上电压高到一定值时，须设置限压放电电路，通过功率开关的接通，把多余的电荷经过电阻放掉，或者另外设法回馈给电网。

图1(a)示为定/转子12/8极的3相开关磁阻电动机调速系统的功率电路，包括三相桥式整流电源、功率逆变电路、上电限流电路和限压放电电路。其中功率逆变电路共有三个半桥电路，每个半桥由两个桥臂组成。

在图1(b)中画出了电动机线卷的连接图，电动机每相绕组由四个线卷并联而成。四个线卷所在定子磁极的方位角间隔为π/2，其功率逆变电路包括三个半桥电路，每个半桥由两个桥臂组成。

3相6/4极开关磁阻电动机是3相12/8极开关磁阻电动机的前身，它的相绕组比较简单，由两个线卷连成，线卷所在定子磁极方位相面对。由于低速性能较差，现在已较少采用。

无论3相还是N相，在现有开关磁阻电动机调速系统中，都是对每相绕组进行整体驱动，系统的功率直接受到了功率开关二极管和整流电源额定能力的限制。

把图1中功率电路作为功率单元，引入了三相移相变压器后，让其绝缘的付边绕组，作为三相电源来供给K个功率单元。把这些功率单元的直流输出串联，就可以增大调速系统的功率K倍，并且网侧供电电流的谐波分量大为减小。但这时电动机绕组上电压也增高K倍，需要增加电动机绕组的绝缘等级。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种在不增大电压等级的前提下，使用功率较小的功率单元，即能增大开关磁阻电动机调速系统功率，并能改善运行性能的开关磁阻电动机每相绕组线卷分组驱动装置。

本实用新型的开关磁阻电动机每相绕组线卷分组驱动装置，包括三相桥式整流电源、功率逆变电路、上电限流电路和电动机绕组，N相开关磁阻电动机的相绕组中的Z个线卷拆成K组，每组有相等的P＝Z/K个线卷，设置K个N相功率单元分别驱动。角位移传感器已包含在电动机中。

所述的功率单元的构成和规格，可与现有技术的相同，包括电容滤波的三相桥式整流电源，N相功率逆变电路，上电限流电路和限压放电电路。K组N相功率单元的构成和规格相同，可以互换。所述上电限流电路也可以整个系统统一考虑，把限流电阻串联在三相交流电网输入端。

本实用新型的开关磁阻电动机每相绕组线卷分组驱动装置，所述每组线卷中的P个线卷串联或并联或混联，所在定子磁极方位角间隔为2π/P。通过电流时，所产生的极性(N或S)保持原样不变。

本实用新型的开关磁阻电动机每相绕组线卷分组驱动装置，设置K组三相工频电源为K个N相功率单元供电。

所述K组三相工频电源为三相电网或经过整流变压器后的三相电网。

所述K组三相工频电源为整流变压器后供给时，为了减小网侧供电电流谐波分量，在保证K组三相电源间线电压大小相等的前提下，最好线电压相位均匀地错开π/3K电角度，并且各组付边有漏感。

本实用新型的的开关磁阻电动机每相绕组线卷分组驱动装置，各功率单元三相电源等于电网电压，各个功率单元及负载本身间是绝缘的，与电网间也不需要绝缘，因此，所述K组三相工频电源也可在电网三相上串加移相电压和交流电感器获得，所有移相电源皆由一只三相变压器付边提供，各付边提供的单相电压是绝缘的。由于移相电压的值比电网相电压小得多，结果所用变压器的容量比前面整流变压器小，减小了重量和体积，成本也比较小。

本实用新型的的开关磁阻电动机每相绕组线卷分组驱动装置，所述K组功率单元间的电动机N相绕组同时换相，或稍微错开时间换相，错开以后，可以减小换向时产生的电磁干扰。

本实用新型的开关磁阻电动机每相绕组线卷分组驱动装置，为了改变加到线卷上电压的大小，各功率单元的功率开关，也要进行斩波控制。斩波的周期固定，导通比受控制。所述K组功率单元的功率开关的斩波同时进行，或均匀的错开1/K周期。把斩波均匀地错开，有助于减小电动机运行时的噪声和干扰。

本实用新型的开关磁阻电动机每相绕组线卷分组驱动装置，考虑到尽可能节省电能，电动机空载或轻载时，可关闭或断开K组功率单元中的部分单元，如果有的功率单元发生了故障，也可以适当关闭或断开有关的功率单元，让电动机降额运行，以便减少非正常停机所带来的损失。

附图说明

图1现用12/8极3相开关磁阻电动机电路图，其中，

(a)功率电路，

(b)电动机线卷连线图；

图2本实用新型6/4极三相开关磁阻电动机调速系统一种实施方案的电路图；

图3采用四个功率单元的本实用新型12/8极3相开关磁阻电动机一种实施方案的示意图。

具体实施方式

实施例1

图2示为本实用新型的6/4极3相开关磁阻电动机每相绕组线卷分组驱动装置的一种实施方案，包括三相桥式整流电源、功率逆变电路、上电限流电路和电动机绕组，3相开关磁阻电动机的每相绕组中的2个线卷拆成2组，每组有1个线卷，设置2个3相功率单元分别驱动。

所述2组3相线卷，分别由2个3相功率单元U1和和U2驱动。为了减小网侧供电电流的谐波分量，U1和U2的三相电源的输入上还串联有交流电抗器L1和L2。在三相输入上串联适当的移相电源，所有6个移相电源皆由一只三相变压器T的付边提供，T的容量和成本较小，因此在线电压大小不变的前提下，相位被方向相反地错开了±π/12电角度。

所述2组功率单元间的三相可同时换相，或稍微错开时间换相，错开以后，可以减小换向时产生的电磁干扰。

为了改变加到线卷上电压的大小，各功率单元的功率开关，也要进行斩波控制。斩波的周期固定，导通比受控制。所述2组功率单元的功率开关的斩波同时进行，或均匀的错开1/2周期。把斩波均匀地错开，有助于减小电动机运行时的噪声和干扰。

考虑到尽可能节省电能，电动机空载或轻载时，可关闭或断开2组功率单元中的一组，如果其中一功率单元发生了故障，也可以适当关闭或断开有关的功率单元，让电动机降额运行，以便减少非正常停机所带来的损失。

每个功率单元的每一相只驱动一个线卷。通电时线卷所在磁极的极性保持原样不变。如果功率单元电流电压能力与原来功率电路相同，采用两个单元来驱动后，开关磁阻电动机调速系统的功率就能增大2倍。两个三相供电电源线电压的大小和相位适当地多重化配置，网侧供电电流的谐波分量就大为减小。

实施例2

对于8/6极的四相开关磁阻电动机而言，一种方案是4相线卷接成带公共连接点的星形，每个功率单元则采用由四个桥臂构成的功率逆变电路。

实施例3

对于每相绕组具有四个线卷的N相开关磁阻电动机，功率单元可采用两个或四个，按需要选用。

采用两个N相功率单元时，方位角相差π的两个定子磁极线卷串联或并联起来，N相绕组配套后，由一个功率单元驱动。另外两个定子磁极线卷由另一个功率单元驱动。由于只用两个功率单元，功率电路的接法同每相绕组有两个线卷的情况。

对于12/8极的3相开关磁阻电动机而言，采用2个3相功率单元驱动时，主电路方面其功率电路和图2中一样。不同处仅在于电动机的每相线卷由两个连成。

实施例4

采用四个功率单元时，方位角相差π/2的同一相绕组的四个线卷全拆开，各个线卷配成N相后，分别由四个功率单元驱动。四个功率单元需要4个三相电源，在线电压大小相等相位均匀地相差π/12电角度配置后，网侧供电电流的波形更好。

图3示为本实用新型的12/8极3相开关磁阻电动机采用了4个3相功率单元分组驱动的实施方案。包括三相桥式整流电源、功率逆变电路、上电限流电路和电动机绕组，3相开关磁阻电动机的相绕组中的4个线卷全拆开，各个线卷配成3相后，采用四个3相功率单元U1、U2、U3和U4来分别驱动。

四个功率单元为U1、U2、U3和U4需四个三相电源，由整流变压器T的付边提供。

整流变压器是只三相变压器，原边接法为三角形，由电网供电。付边接法皆为带延长边的三角形，付边输出的线电压大小相等，相位均匀地错开π/12电角度。各付边绕组具有一定的漏感，代替图2中的交流电抗器。

4个功率单元间的3相的换相可以同时进行，也可以稍微错开时间换相。错开以后，整个系统换相时的电流减小4倍，可以减少电磁干扰。

本实用新型4个功率单元间，功率开关的斩波，可以同时进行也可以均匀地错开1/4周期。如果均匀地错开，有助于减小电动机进行时的噪声和干扰。

考虑到尽量节省电能，电动机空载和轻载时，本实用新型可关闭或断开部份功率单元。如果其中某一功率单元发生了故障，也可以适当关闭或断开此功率单元，让电动机降额运行，以便减少非正常停机所带来的损失。

关闭部份功率单元后，为了让电动机的转动平稳，转子上应作用着电磁转矩，而不出现任何方向上的作用力。对于每相具有四个线卷的12/8极3相开关磁阻电动机，继续运行的功率单元，应当让方位角相差π的两个定子线卷同时通电。

Claims (9)

1、一种开关磁阻电动机每相绕组线卷分组驱动装置，包括三相桥式整流电源、功率逆变电路、上电限流电路和电动机绕组，其特征是，N相开关磁阻电动机的相绕组中的Z个线卷拆成K组，每组有相等的P＝Z/K个线卷，设置K个N相功率单元分别驱动。

2、根据权利要求1所述的开关磁阻电动机每相绕组线卷分组驱动装置，其特征在于，所述每组线卷中的P个线卷串联或并联或混联，所在定子磁极方位角间隔为2π/P。

3、根据权利要求1所述的开关磁阻电动机每相绕组线卷分组驱动装置，其特征在于，设置K组三相工频电源为K个N相功率单元供电。

4、根据权利要求3所述的开关磁阻电动机每相绕组线卷分组驱动装置，其特征在于，所述K组三相工频电源为三相电网或经过整流变压器后的三相电网。

5、根据权利要求4所述的开关磁阻电动机每相绕组线卷分组驱动装置，其特征在于，所述K组三相工频电源为整流变压器后供给时，K组三相电源间线电压大小相等，相位均匀地错开π/3K电角度，并且各组付边有漏感。

6、根据权利要求3所述的所述的开关磁阻电动机每相绕组线卷分组驱动装置，其特征在于，所述K组三相工频电源在电网三相上串加移相电压和交流电感器获得。

7、根据权利要求1所述的所述的开关磁阻电动机每相绕组线卷分组驱动装置，其特征在于，所述K组功率单元间的电动机N相绕组同时换相，或错开换相。

8、根据权利要求1所述的所述的开关磁阻电动机每相绕组线卷分组驱动装置，其特征在于，所述K组功率单元的功率开关的斩波同时进行，或均匀的错开1/K周期。

9、根据权利要求1所述的所述的开关磁阻电动机每相绕组线卷分组驱动装置，其特征在于，电动机空载或轻载时，关闭或断开K组功率单元中的部分单元。

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