CN2393268Y - 智能电动机 - Google Patents

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Abstract

智能电动机是一种能根据计算机等控制装置的控制来改变其转速等运行特性的电动机,它是在原有电动机的基础上植入控制门电路而构成的。例如智能交流电动机,它将三相电源经过三组控制门分别接到电动机的三相定子绕组。所有的控制门在给信号时导通,无信号时关闭。当使三组控制门顺序周期并轮转地导通时,三相电源被以转速δ依次轮转地接到三相定子绕组,使智能电动机的旋转磁场在原有的旋转磁场的转速n0上附加了一个可正可负的附加转速δ,使智能电动机实际磁场的转速n0′=n0±δ,从而达到改变电动机特性和调速的目的。

Description

智能电动机
本实用新型涉及一系列的电动机，包括三相同步、三相异步、单相等交流电动机及直流电动机。
现有的交流电动机在电动状态时的转速不可能超过与电源频率相应的同步转速，速度范围不够大，调速也较困难；现有的直流电动机在结构上较复杂，性能也有待改进。
本实用新型的目的是要提供一种智能交流电动机和智能直流电动机。智能交流电动机可以在电动状态下实现转速达到或超过电源频率对应的同步转速n0，从而大大地拓宽了速度范围、调速范围；而智能直流电动机结构简单，性能较好。
本实用新型的目的是这样实现的：在原有电动机的基础上引入控制门电路，构成了相应的智能电动机。(一)例如：智能交流电动机以现有的同步电动机、绕线型和笼型异步电动机为基础，电路如图1所示。将A相电源分别通过控制门1～3接到三相电动机定子绕组的首端a-b-c，B相电源分别通过控制门4～6接到b-c-a，C相电源分别通过控制门7～9接到c-a-b，三相电动机定子绕组的末端x-y-z接成一点o，各控制门在得到控制信号时导通，在未得到控制信号时关闭。
当控制门1、4、7持续导通时，三相电源A、B、C分别接到电动机三相定子绕组的首端a、b、c，智能电动机按照普通Y接定子绕组的三相电动机的方式持续运转，其旋转磁场的速度为n0。此时智能电动机的性能与普通Y接法定子绕组的三相电动机无异。
但是，如果我们设想把这台接通了三相电源的智能电动机的定子再按其旋转磁场的转向以δ的速度旋转起来，则其旋转磁场的实际速度将达n0+δ＞n0，即其旋转磁场的实际速度n0+δ超过了电源频率对应的同步转速n0。由此引发出智能交流电动机大范围调速的思路。
利用对控制门1～9的控制我们可以达到把这台接通了三相电源的智能电动机的定子再按其旋转磁场的转向以δ的速度旋转起来的同样效果。
当控制门1、4、7持续导通时，正常的三相电源A、B、C加的在普通Y接定子绕组的三相电动机中的电流波形如图2所示。A、B、C相中电流的最大值分别发生于ωt1＝0°、ωt2＝120°、ωt3＝240°等处。三相电流的最大值按t1 t2 t3的时间顺序、在按空间分布的三相电动机A、B、C相定子绕组ax\by\cz中依序分别出现，在空间形成了顺时针的转向，它的转速就是同步转速n0。三相电流激励出以速度n0按同样方向旋转的旋转磁场。这是已为实践所证明了的。
但是，在已按照普通Y接定子绕组的三相电动机的方式持续运转的智能交流电动机中，如果我们
①在经过控制门1流入的A相电流的最大值已于0°发生后的s1时刻，使控制门2-5-8导通，则A、B、C相电源在空间顺着旋转磁场的转向旋转ψ＝120°后(ψ被称为电源移动的位移角)分别被导入B、C、A相绕组，B相电流的最大值不再出现在B相绕组，而是在空间多转过了ψ＝120°出现在C相绕组中；
②此后，在B相电流的最大值已于120°发生后的s2时刻又使控制门3-6-9导通，则A、B、C相电源在空间又旋转120°后即总共转过了2ψ＝240°后分别被导入C、A、B相绕组，C相电流的最大值不再出现在C相绕组，而是在空间多转过了2ψ＝240°出现在B相绕组中；
③其后，在C相电流的最大值已于240°发生后的s3时刻又使控制门1-4-7导通，则A、B、C相电源在空间又继续旋转120°后即总共转过了3ψ＝360°后分别被导入A、B、C相绕组，且A相电流的最大值在空间多转过了3ψ＝360°后出现在A相绕组中。即原来的旋转磁场转360°时，经控制的智能交流电动机的旋转磁场(以下称为智能旋转磁场)已转过720°。因此，由于周期地持续实施了上述控制，智能旋转磁场的转速n0′比原来的n0快了一倍，达到n0′＝n0+ψxfψ/360°＝2n0(其中fψ为位移角ψ发生的频率)。由此可见，改变ψ和fψ可达调速的目的。
同理，如果改变各控制门的导通顺序，使电源位移角ψ每次都逆着旋转磁场的转向移动，智能旋转磁场的转速n0′低于n0，可实现向下调速。
这样一来，智能交流电动机的实际转速可以超过电源频率对应的同步转速n0。从而实现了在电动状态下转速达到或超过电源频率对应的同步转速n0，大大地拓宽了速度范围、调速范围。(二)对于单相电动机，亦可利用同一思路，改造成为智能单相电动机。作为一种示例，其原理如图3。
单相电动机有两个在空间相差90°的绕组P1-P2、Q1-Q2。当给出的控制信号按顺序改变时，相应的控制门转换导通，电动机改变为相应的接线方式，并使电源相应地移过一个角度90°。它们对应的情况如下表所示：
  控制信号   导通的控制门  电容移相电源接通绕组的方向  另一电源接通绕组的方向   电源顺旋转磁场转向移动的角度
   K0     0     Q2-Q1     P1-P2           0
   K1     1     P1-P2     Q1-Q2          +90°
   K2     2     Q1-Q2     P2-P1          +90°
   K3     3     P2-P1     Q2-Q1          +90°
可见，将控制信号固定在K0-K3中某一信号并持续不变，则智能单相电动机与普通单相电动机的接线和性能相同，它接于单相电源后产生旋转磁场的转速n0″＝n0，
但如按K0-K1-K2-K3-K0-......顺序周期地给出控制信号，则可使电动机定子电源按控制顺序顺时针移动，位移角ψ＝90°，而使智能单相电动机旋转磁场的转速n0″＝n0+Δn＞n0，可以超过同步转速，实现向上调速。
但如按K0-K3-K2-K1-K0-......逆序周期地给出控制信号，则可使电动机定子电源按控制顺序逆时针移动，位移角ψ＝-90°，而使智能单相旋转磁场的转速n0″＝n0-Δn＜n0，可以低于同步转速n0，实现向下调速。
而Δn的大小取决于位移角ψ和它发生的频率fψ之积：Δn＝ψxfψ/360°。利用改变ψ或fψ，可达到调速的目的。(三)对于直流电动机，亦可按照上述理论构成智能直流电动机。其原理如图4所示。
智能直流电动机的转子不再用电枢的形式，也不需换向器，而可采用笼形转子。它的定子绕组为在空间互差90°的两个参数完全相同的绕组P1-P2、Q1-Q2，当给出的控制信号持续不变时，相应的控制门持续导通，智能直流电动机的定子绕组的接线方式不变，在直流电流的激励下产生固定不变的磁场，智能直流电动机旋转磁场的转速n0＝0。
当控制信号按K0-K1-K2-K3-K0-......顺序周期地给出时，直流激磁电流周期依次从P1、Q1、P2、Q2、P1......流入定子绕组，在直流电流的激励下产生的磁场轴线也依次按P1P2向Q1Q2、P2P1、Q2Q1、P1P2......的线圈中心线而改变、旋转，这事实上就形成了直流激磁产生的旋转磁场，它的转速n0＝ψxfψ/360°，此旋转磁场同样可使笼形转子产生异步旋转。如将上述笼型转子改为同步电动机的永磁转子或直流励磁转子，则能实现智能直流电动机的同步运行。
与前述原理一样，改变位移角ψ发生的频率fψ和位移角ψ的大小，可以改变智能直流电动机的转速；将控制信号发生的顺序改为逆序，智能直流电动机将会反转。
与现有技术相比，智能电动机的优点是：
1 有良好的控制性能。不需其它专用设备即可实现升降速、正反转、起制动；控制方便灵活；
2 速度范围宽，可在同步转速以上运转，不受n0的限制；
3 电气性能好，启动冲击小；动态力矩大，过渡过程快，节能。
4 智能直流电动机的结构简单，调速控制也简单方便。
5 由于在智能电动机中植入了控制电路，使它成为多环节可分别控制的装置，因此为在多方面开发智能电动机的特殊功能提供了可能性。
图1、图2、图3、图4为附图，其中：
图1为智能交流电动机的原理图，其中ax\by\cz为接成Y形的三相定子绕组。方块1-9为控制门，给信号时导通，无信号时关闭。当使控制门周期地依次轮转地导通时，三相电源被以转速δ依次轮转地接到三相定子绕组，使智能电动机的旋转磁场在原有的旋转磁场的转速n0上附加了一个可正可负的转速δ，从而达到调速的目的。
图2为定子中的三相电流波形。
图3为智能单相电动机的原理图，其中P1-P2、Q1-Q2为在空间互差90°的定子绕组，C为移相电容。当使其控制门周期顺序并轮转地导通时，单相电源被以转速δ依次轮转地接到两个定子绕组，使智能单相电动机的旋转磁场在原有的旋转磁场的转速n0上附加了一个可正可负的转速δ，从而达到调速的目的。
图4为智能直流电动机的原理图，其中P1-P2、Q1-Q2为在空间互差90°的定子绕组。当使其控制门周期顺序并轮转地导通时，直流电源被以转速δ依次轮转地接到两个定子绕组，使智能电动机的固定磁场上附加了一个可正可负的转速δ，从而达到旋转和调速的目的。
本实用新型的最好实现方式是：细化控制过程，在每匝绕组上而不只是在每相绕组上都加上控制门，使控制过程进行得更均衡更连续，则可有更好的控制效果。
最好能对控制信号实现无线传输，以简化电动机的结构。
最好能根据各种不同的工作性质和要求恰当地选择控制门使用的电于产品的种类。例如：晶体管GTR、可关断晶闸管GTO、静电感应晶闸管SITH、功率MOSFIT、SIT单极型静电感应晶体管、MOS晶体管MCT、MOS晶体管MGT、绝缘门晶体管IGT等等，并制成集成电路，合装于电动机机壳中，以实现控制电路和电动机的一体化。
智能电动机的控制信号最好由计算机提供，借助计算机的强大功能来充分实现智能电动机的智能化。

Claims (5)

1，可粗分为智能交流电动机和智能直流电动机的智能电动机，是一种可根据计算机之类的控制装置的控制来改变其转速等运行特性的电动机，其特征为由相应的电动机和无触点控制门电路组成，并可共同组装于一个机壳之中。
2，根据权利要求1所述的智能交流电动机，其特征是在包括智能同步电动机、智能异步电动机、智能单相电动机等的智能交流电动机中，控制门电路担负着依次轮流及周期地将电动机的定子绕组换接电源相序的任务；由于这依次轮流及周期地换接，造成了一个附加的旋转磁场±δ，才能达到改变电动机特性和调速的目的。
3，根据权利要求1所述的智能直流电动机，其特征是在智能直流电动机中，控制门电路担负着依次轮流及周期地将电动机的定子绕组换接电源极性的任务；由于这依次轮流及周期地换接，造成了一个旋转磁场，才能达到改变电动机特性和调速的目的。
4，根据权利要求1、3所述的智能直流电动机，其特征还在于智能直流电动机可采用笼形转子，因而能实现智能直流电动机的异步运行。
5，根据权利要求1、3所述的智能直流电动机，其特征还在于智能直流电动机可采用同步电动机的永磁或直流励磁转子，因而能实现智能直流电动机的同步运行。
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