本发明专利技术公开了一种无刷直流鼠笼电动机，它是由两序正交线圈装配成定子及鼠笼型转子，两序正交线圈分别并联电容器，直流电源连电子换向器，并且经电子换向器为两序正交线圈提供正、负交替的直流方波电压；由电子换向器调控电压换向周期及线圈电压实现转子与定子的旋转磁场同步转动，保证功率因数等于１，效率始终达到最高状态下稳定运行，而且电子换向器比变频调速器简单，其成本仅占变频调速系统的三分之一，又能使电动机出力增大５０％以上。
【技术实现步骤摘要】
无刷直流鼠笼电动机
本专利技术涉及一种直流电动机，具体说是一种无刷直流鼠笼电动机。采用电子换向器使定子两序正交线圈直接将直流电源换向，而形成旋转磁场，仍采用鼠笼型转子构成无刷直流鼠笼电动机。本专利技术与变频调速电动机具有实质性区别，变频调速电动机是用电子换向器，将直流电源转换成交流电源后仍采用三相交流电叠加形成旋转磁场，因此具有交流电动机的属性。而无刷直流鼠笼电动机是采用电子换向器将直流电源换向形成等电压正、负脉冲直接叠加成两序正交旋转磁场，具有直流电动机的属性，因此运行时不消耗无功，速度可控，并且克服了效率随负载变化而下降的弊端，可始终保持在效率最高，功率因数为1的状态下稳定运行。
技术介绍
交流电动机在电网的负荷中大约占60％左右，由于交流电动机在额定负载下效率和功率因数最高，但是选用电动机时都会使电动机的功率留有一定裕度系数，另外，负荷又是变化的，因此电动机的效率及功率因数如果不能随负荷变化而调控时，电动机的效率往往都是处于较低状态下运行。现有传统电动机的效率都不能随负载变化而调控，因此各种电动机的运行实际效率都较低，有时其效率仅为70％左右。交流电动机负载较轻时，由于功率因数迅速下降而使效率大幅度下降，特别是空载运行或启动时效率极低。变频调速电动机同样不能控制效率使其保持在额定负载时的效率下运行。直流电动机当负载下降时，由于转速大幅度上升使其损耗随转速的上升而上升，同样引起效率随负载下降而大幅度下降。电动机轴输出的有功功率是由于电磁转矩产生的，而电磁转矩与磁通平方成正比，如果能随负载变化而调控铁心中磁通的变化，就可调控电动机的效率，当负载变化时仍能保持其效率最高状态下运行。交流电动机无法使其功率因数达到1，因此无法使其效率达到最高。而直流电动机电枢的旋转磁场中磁通与直流电源电压成正比，因此直流电动机磁路磁通的调控非常简单而方便，功率因数又始终等于1。因此将碳刷换向器用电子换向器取代，使定子线圈形成具有直流电动机属性的旋转磁场就成为本专利技术的技术关键。为此必须给出直流电压、磁通、换向周期、线圈电感与激磁电流的定量关系才能分析旋转磁场形成的物理过程。 本专利技术的依据由电磁感应定律知道，包围有气隙磁路的线圈产生的感应电动势E等于磁路中磁通φ对时间的变化率，磁通φ又等于线圈电感量L与线圈中的激磁电流iE的乘积，线圈的内阻为R，内阻电压降等于内阻与激磁电流的乘积，直流电源电压记为U，可以得出以下四个定量关系式。E=dΦdt...(1)]]> Φ＝L·iE………(2)--> UW＝R·iE…………(3) U＝E+R·iE…………(4)当换向周期为T，每T/2时间控制电感线圈L的电压换向，换向时刻磁路中磁通量最大记为φm，电压换向后T/4时间，磁通量下降为0，然后反向上升，经T/4时间磁通量反向上升为最大值记为-φm。每周期T分为四段时间，在T/4时间内对(1)式定积分，当电感线圈直流内阻电压降很小可忽略时，感应电动势E认为是不变的常数。∫0T4dΦ=∫0T4Edt]]>Φm=ET4...(5)]]>L=ΦmiEm=ET4iEm...(6)]]>iEm是激磁电流极大值，L为线圈电感量，有气隙磁路中的剩磁可视为0，磁通量极大值φm接近饱和磁通量而没有达到过饱和时，上述(5)式及(6)式是线性定量关系。直流电动机电枢中的磁场同样是由激磁电流产生的，将磁通量φ与激磁电流iE之比称为自感系数L，定量关系式为(2)式所述。独立的电感线圈中激磁电流与电源相互交换能量。但是电动机中的定子线圈或转子导条中电流包括有功电流，因此不能将激磁电流与无功电流相混淆。毫无疑问直流电动机电枢线圈中存在激磁电流，那么电枢线圈中是否存在无功电流呢？实际上直流电动机功率因数始终等于1，那是因为电枢线圈中激磁电流放电释放的能量直接转换成为有功功率，并不向电源回送能量。可见激磁电流不能与无功电流相混淆，同时直流电压和直流电流不像交流电那样具有相位角关系，而只有正、负与大小的变化，因此直流电压和电流的叠加遵守四则运算关系，是标量而不是矢量。可见电感线圈释放能量转换为无功是有条件限制的，应该给出有功电流及无功电流严格的物理含义，不能将无功电流与激磁电流相混淆。与电源电压U方向相同的电流称为有功电流，定量关系为不等式 UiW＞0…………(7)与电源电压U方向相反的电流iQ称为无功电流，定量关系为不等式 UiQ＜0…………(8)当电感线圈中不存在有功电流而只存在激磁电流的情况下，那么激磁电流由极大值下降过程中必然是向电源放电，因此向电源放电的激磁电流与电源电压极性相反，二者乘积为负数，所以不等关系式(8)成立。因此电源使电感线圈充电转化为磁场能量的激磁电流也是有功电流。而磁场释放能量引起的激磁电流又可分为两种电流，一种是直接转换成为有功能量的有功电流；另一种是送回给电源的电流，这种电流必然与电源电压极性相反，因此UiQ是小于0的负值，将其称为无功电流。产生无功电流的条件是：磁场释放能量引起的激磁电流的绝对值大于该线圈中有功电流绝对值时，才会出现无功电流，定量关系为不等式 |iE|-|iW|＞0…………(9)iE及iW都是瞬时值，当iE接近0时，线圈内阻电压降接近0，由公式(4)可知发生磁场释放能量回送给电源的条件也可以用不等式(10)表述，感应电动势等于线圈端电压UC，绝对值大于电源电压绝对值时引起无功电流--> |UC|-|U|＞0…………(10)当iE接近0时，感应电动势E等于线圈两端的端电压。有上述知识，就可以将直流电动机线圈中的电流分成为有功电流及激磁电流两部分，有功电流与激磁电流是并联关系。直流电动机磁路中的磁通量φ是激磁电流产生的，而有功电流对磁通量φ的变化不产生影响。那么有功电流就必须与保持磁路的二次线圈中的电流大小相等而方向相反，这样二者抵消后才不会影响磁通量φ的变化。用公式(5)及(6)分析电动机磁场的变化规律化解成为电源电压换向的变化规律，而电源电压变化值是已知参数，因此使问题简单化了，这就是本专利技术的依据。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种无刷直流鼠笼电动机以解决如下三个技术问题：一、将现有鼠笼电动机定子线圈如何绕制成两序正交线圈而采用电子换向器使直流电压换向直接叠加出具有直流电动机属性的旋转磁场。二、如何调控电子换向器的电压换向周期使电动机稳定运行时保持功率因数等于1，不会在负载变动时偏离功率因数等于1的状态。三、如何用电子换向器本身来调控输出给两序正交线圈的直流电压值，当负载变化时仍能使工作效率保持在最高效率状态下稳定运行，同时实现平稳启动与快速制动及正、反转控制功能。为了解决上述技术问题，将鼠笼电动机转子不变动仍作为无刷直流鼠笼电动机的转子，而将定子线圈绕本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种无刷直流鼠笼电动机，其特征在于：采用鼠笼型转子，定子采用两序正交线圈布置，两序正交线圈分别并联电容器，直流电源连电子换向器，并且经电子换向器为两序正交线圈提供正、负交替的直流方波电压，正、负交替通电时间各占二分之一周期，两序正交线圈直流电压换向时间相互错开四分之一周期，电压换向过程中由电子换向器控制定子线圈断电ｔ↓［０］时间形成自然换向过程，电子换向器按给定程序向两序正交线圈供电使转子稳定运行。
【技术特征摘要】
1、一种无刷直流鼠笼电动机，其特征在于：采用鼠笼型转子，定子采用两序正交线圈布置，两序正交线圈分别并联电容器，直流电源连电子换向器，并且经电子换向器为两序正交线圈提供正、负交替的直流方波电压，正、负交替通电时间各占二分之一周期，两序正交线圈直流电压换向时间相互错开四分之一周期，电压换向过程中由电子换向器控制定子线圈断电t0时间形成自然换向过程，电子换向器按给定程序向两序正交线圈供电使转子稳定运行。2.根据权利要求1所述的无刷直流鼠笼电动机，其特征在于：它的电子换向器是由编程器连调控信号发生器，该信号发生器经电压换向电子开关管电路连电动机的两序正交线圈，电压换向电子开关管电路还连电压及无功电流检测仪，该检测仪接入编程器；电压及无功电流检测仪随时检测定子线圈工作端电压UC及无功电流iE数值，送入编程器，编程器依据上述两数值，判断电动机稳定运行时电压换向时间T/2的大小是否满足转子同步运行的需要，根据需要随时调整后送入调控信号发生器，该信号发生器发出调控信号，操纵电压换向电子开关管电路工作，控制转子与定子旋转磁场同步稳定运行。3、根据权利要求1所述的无刷直流鼠笼电动机，其特征在于：它的定子采用的两序正交线圈，由两条独立支路构成，每条支路中正、负极性的线圈数相等，每极线圈的匝数及导线截面积相等，并且正、负交替串联组成一条支路，每极线圈包围两个定子齿，其中两个定子齿又分别处在另外1序线圈的正、负极性的磁路中；也可以采用常规单相电动机由电容器启动线圈的布置形式的两个定子线圈。4、根据权利要求1所述的无刷直流鼠笼电动机，其特征在于：由电子换向器控制通电的给定程序，给定程序是指：启动时两序正交线圈中有一序提前T/4周期通电，每序线圈第一次通电电压换向时间是T/4时间，从第二次通电及以后通电的电压换向时间均为T/2时间，电压换向过程存在t0/2的断电时间，而且电压换向过程断电时间t0/2，由检测线圈工作的端电压反向充电到接近定子线圈工作电压UC的值后才能重新换向通电。5、根据根据权利要求1或2所述的无刷直流鼠笼电动机，其特征在于：它的直流电源采用两线供电时，其电...
【专利技术属性】
技术研发人员：王有元，
申请(专利权)人：王有元，高明海，
类型：发明
国别省市：15[中国|内蒙]
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