CN215268114U - Spim电机驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种SPIM电机驱动电路，包括驱动器和交流单元；所述驱动器包括倍压整流单元、直流母线和逆变单元；所述倍压整流单元与所述直流母线相连，所述直流母线与所述逆变单元相连，所述逆变单元的第一中性点与所述第一绕组的一端相连，所述第一绕组的另一端与所述直流母线的中性点相连，所述逆变单元的第二中性点通过第一开关与所述第二绕组的一端相连，所述第二绕组的另一端与所述直流母线的中性点相连；所述交流单元包括输入交流电、电容和第二开关；所述输入交流电通过第二开关、电容与所述第二绕组一端相连。本实用新型的SPIM电机驱动电路启动电流较小、启动平稳，且可以实现SPIM电机的变频和工频驱动，且在工频驱动条件下仅需提供SPIM电机所需的部分能量。

Description

SPIM电机驱动电路

技术领域

本实用新型涉及单相异步电机(Single Phase Induction Motor，SPIM)，特别是涉及一种SPIM电机驱动电路。

背景技术

SPIM电机是指采用单相交流电源的异步电动机。由于只需要单相交流电，故SPIM电机具有使用方便、应用广泛、结构简单、成本低廉、噪声小、对无线电系统干扰小等优点，因而常用在功率不大的家用电器和小型动力机械中，如电风扇、洗衣机、电冰箱、空调、抽油烟机、电钻、医疗器械、小型风机及家用水泵等。

现有技术中，SPIM电机通常由定子、转子、轴承、机壳、端盖等构成。由于输出功率不大，SPIM电机的转子通常采用鼠笼型转子，定子上有一套工作绕组，称为主绕组(Main，简称为M绕组)，其在电动机的气隙中，只能产生正、负交变的脉振磁场，不能产生旋转磁场，故不能产生起动转矩。为了使电动机气隙中能产生旋转磁场，定子上还需要有套辅助绕组(Aux，简称为A绕组)。由于辅助绕组产生的磁场与主绕组的磁场在电动机气隙中合成产生旋转磁场，故电动机产生起动转矩，使得转子能够自行转动起来。

现有技术中的SPIM电机的启动方式如图1所示。但该方式下，主绕组启动电流过大，为额定电流的5-10倍，导致SPIM电机发热严重，造成了能源浪费。

SPIM电机启动后即开始进入运行状态，此时电容可保持如图1所示的连接方式，也可以采用如图2所示的部分连接方式，还可以采用如图3所示的仅主绕组连接方式。但是，上述SPIM电机运行方式下，由于SPIM电机设计本身不能保证启动与运行同时满足最优工作点，且电机磁链一般为椭圆形，故会导致转矩和转速波动，能耗较大；同时无法根据负载情况来调整控制所述SPIM电机处于最优工作点，也导致能耗较大。

当SPIM电机采用电力电子器件后，其可采用如图4-6所示的多种运行方式，具有启动电流小、磁链稳定控制、转速转矩波动小、能量损耗小、转速稳定控制等优点。但是，SPIM电机的所有能量均来自于驱动器，导致驱动器需要承受全部的电机功率。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种SPIM电机驱动电路，启动电流较小、启动平稳，可以实现SPIM电机变频运行；且在电网工频运行方式下，驱动器仅需提供SPIM电机所需的部分能量。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种SPIM电机驱动电路，包括驱动器和交流单元；所述驱动器包括倍压整流单元、直流母线和逆变单元；所述倍压整流单元与所述直流母线相连，所述直流母线与所述逆变单元相连，所述逆变单元的第一中性点与所述第一绕组的一端相连，所述第一绕组的另一端与所述直流母线的中性点相连，所述逆变单元的第二中性点通过第一开关与所述第二绕组的一端相连，所述第二绕组的另一端与所述直流母线的中性点相连；所述交流单元包括输入交流电、电容和第二开关；所述输入交流电通过第二开关、电容与所述第二绕组一端相连。

于实用新型一实施例中，所述逆变单元采用两电平逆变器或三电平逆变器。

于实用新型一实施例中，所述直流母线采用电解电容或电池。

于实用新型一实施例中，所述倍压整流单元采用单相倍压整流电路、半桥倍压BOOST电路或者倍压型BOOST PFC电路。

于实用新型一实施例中，所述输入交流电的一端与所述倍压整流单元的中性点相连，另一端与所述直流母线的中性点相连。

如上所述，本实用新型的SPIM电机驱动电路，具有以下有益效果：

(1)可采用逆变单元驱动电机启动，采用矢量控制实现软启动，启动电流小；第一绕组和第二绕组电流配合在电机内部形成圆形磁场，从而减少电机的损耗，提升电机效率，使得转矩、转速波动小，从而减少电机磨损，提升电机寿命；

(2)在逆变器驱动模式下，电机可以实现变频运行；

(3)在电机磁场转速达到电网频率时，可以断开S1，闭合S2，实现变频驱动到工频驱动的热切换，使得驱动器和电网共同控制电机运行；通过调整第一绕组电流配合第二绕组电流形成圆形磁场，电机转速波动小，损耗小；且该模式下电网承受电机需求的部分能量，变频器承受电机需求的部分能量；

(4)若与第二绕组连接的逆变器开关器件若损坏，可以通过断开开关S1，闭合开关S2，通过控制第一绕组电流配合第二绕组电流，形成圆形磁场，实现电机启动，且整个过程中电流小且受控；且逆变器只承受电机运行所需的部分能量。

附图说明

图1显示为现有技术中SPIM电机启动电路于一实施例中的结构示意图；

图2显示为现有技术中SPIM电机运行电路于第一实施例中的结构示意图；

图3显示为现有技术中SPIM电机运行电路于第二实施例中的结构示意图；

图4显示为现有技术中SPIM电机控制电路于第三实施例中的结构示意图；

图5显示为现有技术中SPIM电机控制电路于第四实施例中的结构示意图；

图6显示为现有技术中SPIM电机控制电路于第五实施例中的结构示意图；

图7显示为本实用新型的SPIM电机驱动电路于一实施例中的结构示意图；

图8显示为本实用新型的SPIM电机驱动方法于一实施例中的流程图。

元件标号说明

1 驱动器

11 倍压整流单元

12 直流母线

13 逆变单元

2 交流单元

3 SPIM电机

31 第一绕组

32 第二绕组

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

本实用新型的SPIM电机驱动电路通过开关的通断控制，使得SPIM电机的第一绕组基于驱动器驱动，第二绕组可选地基于电网或驱动器驱动，从而实现SPIM可以由驱动器控制变频运行，也可以由驱动器和电网协同实现SPIM电机定频运行，同时实现了较小的启动电流和较小的能量损耗，极具实用性。其中，所述第一绕组和所述第二绕组构成了所述SPIM电机的主绕组和辅助绕组。即所述第一绕组为主绕组或辅助绕组，所述第二绕组为辅助绕组或主绕组。

如图7所示，于一实施例中，本实用新型的SPIM电机驱动电路包括驱动器1和交流单元2。

所述驱动器1包括倍压整流单元11、直流母线12和逆变单元13。

所述倍压整流单元11与所述直流母线12相连，用于将输入交流电vac转换为直流电，并将所述直流电输入直流母线12。具体地，所述倍压整流单元11采用单相倍压整流电路、半桥倍压BOOST电路或者倍压型BOOST PFC电路。在该实施例中，所述倍压整流单元11的输入端间经由电感与输入交流电相连，两输出端分别与所述直流母线12的两端相连。

所述直流母线12与所述逆变单元13相连，用于将所述直流电输入逆变单元13。具体地，所述直流母线12的两端分别与所述逆变单元13的两输入端相连，用于承载所述倍压整流单元11生成的直流电，并将所述直流电输入所述逆变单元13。于本实用新型一实施例中，所述直流母线12采用电解电容或电池。

所述逆变单元13的第一中性点a与所述第一绕组31的一端相连，所述第一绕组31的另一端与所述直流母线的中性点b相连，所述逆变单元13的第二中性点c通过第一开关S1与所述第二绕组32的一端相连，所述第二绕组32的另一端与所述直流母线的中性点b相连。所述逆变单元13与所述第一绕组31相连，用于将所述直流电转换为交流电，并将所述交流电输入SPIM电机3的第一绕组31和所述第二绕组32。于本实用新型一实施例中，所述逆变单元13可以两电平逆变器，也可以采用三电平逆变器。

所述交流单元2包括输入交流电vac、电容和第二开关S2。所述输入交流电vac通过第二开关S2、电容与所述第二绕组32一端相连。优选地，所述输入交流电vac一端与所述倍压整流单元11的中性点相连，另一端与所述直流母线12的中性点相连。故当所述第一开关S1断开，第二开关S2闭合时，所述输入交流电vac即可驱动所述第二绕组32。

在所述SPIM电机驱动电路的启动和变频控制过程中，所述第一开关S1闭合，所述第二开关S2断开，所述第一绕组31和所述第二绕组32均基于驱动器驱动，该过程中所述第一绕组的驱动电压与输入交流电vac相位保持一致，所述第二绕组32的电流超前所述第一绕组31电流90°。SPIM电机与驱动器连接的控制方式可以实现电机的变频运行。当SPIM电机需要进行工频运行时，可以由变频驱动方式运行到工频电网频率，第一开关S1断开，所述第二开关S2闭合，所述第一绕组31基于所述驱动器驱动，所述第二绕组32基于所述输入交流电vac驱动，以实现变频到工频的热切换，此时驱动器只提供电机运行所需的部分能量。当所述第二绕组连接的逆变桥损坏时，所述第一开关S1断开，所述第二开关S2闭合，所述第一绕组31基于所述驱动器驱动，所述第二绕组32基于所述输入交流电vac驱动，通过控制第一绕组的电流与第二绕组电流配合形成圆形磁场，也可以实现电机启动和运行，且启动电流小、启动电流可控，此时驱动器只提供电机运行所需的部分能量。本实用新型的SPIM电机驱动电路驱动器能同时实现变频控制和工频定频控制，能够实现变频驱动控制到电网工频定频控制的热切换，保证了电路运行的可靠性。

如图8所示，于一实施例中，本实用新型的SPIM电机驱动电路的驱动方法包括以下步骤：

步骤S1、所述SPIM电机启动或与处于变频控制状态时，闭合第一开关，断开第二开关。

在所述SPIM电机驱动电路的启动过程和变频控制过程中，所述第一开关S1闭合，所述第二开关S2断开，所述第一绕组31和所述第二绕组32均基于驱动器驱动，所述第二绕组32的电流超前所述第一绕组31电流90°。

步骤S2、基于驱动器驱动SPIM电机的第一绕组和第二绕组。

具体地，所述驱动器分别通过逆变单元的两个逆变桥驱动所述第一绕组和所述第二绕组。

于实用新型一实施例中，本实用新型的SPIM电机可以在变频和工频下运行；若SPIM电机需要在工频条件下运行或与所述第二绕组相连的逆变单元发生损坏时，可以先通过两个逆变桥驱动实现电机运转到工频频率，控制所述第一绕组的驱动电压与输入交流电vac相位保持一致，后断开第一开关S1，闭合第二开关S2，实现SPIM电机由非工频到工频运行的热切换；若与第二绕组连接的逆变桥发生损坏时，断开第一开关S1，闭合第二开关S2，通过控制第一绕组的电流，配合第二绕组电流，仍可以实现SPIM电机的启动和工频运行。

优选地，本实用新型的SPIM电机驱动方法还包括调节所述第一绕组和所述第二绕组的电流，使所述第一绕组和所述第二绕组的合成磁场构成圆形，从而降低所述SPIM电机的损坏和磨损，提升所述SPIM电机的能效和寿命。

综上所述，本实用新型的SPIM电机驱动电路在第二绕组通过电容接入电网条件下，启动时电流较小；由于将第一绕组连接于驱动电路上，实现了启动电流可控，启动电流较小；能够通过调节第一绕组的电流，使得第一绕组和第二绕组的合成磁场为圆形，从而减少电机的损耗，提升电机效率；使得转矩转速波动更小，从而减少电机磨损，提升电机寿命；驱动器仅需提供电机所需的部分能量，另一部分能量直接由电网提供；能够在SPIM电机不停机的情况下实现第一绕组由驱动控制到电网控制的热切换。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种SPIM电机驱动电路，其特征在于：包括驱动器和交流单元；

所述驱动器包括倍压整流单元、直流母线和逆变单元；所述倍压整流单元与所述直流母线相连，所述直流母线与所述逆变单元相连，所述逆变单元的第一中性点与SPIM电机的第一绕组的一端相连，所述第一绕组的另一端与所述直流母线的中性点相连，所述逆变单元的第二中性点通过第一开关与所述SPIM电机的第二绕组的一端相连，所述第二绕组的另一端与所述直流母线的中性点相连；

所述交流单元包括输入交流电、电容和第二开关；所述输入交流电通过第二开关、电容与所述第二绕组一端相连。

2.根据权利要求1所述的SPIM电机驱动电路，其特征在于：所述逆变单元采用两电平逆变器或三电平逆变器。

3.根据权利要求1所述的SPIM电机驱动电路，其特征在于：所述直流母线采用电解电容或电池。

4.根据权利要求1所述的SPIM电机驱动电路，其特征在于：所述倍压整流单元采用单相倍压整流电路、半桥倍压BOOST电路或者倍压型BOOST PFC电路。

5.根据权利要求1所述的SPIM电机驱动电路，其特征在于：所述输入交流电的一端与所述倍压整流单元的中性点相连，另一端与所述直流母线的中性点相连。

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