开关调速电动机制造技术

开关调速电动机是一个电动机家族，其特征是：用波形是阶梯形的多相开关电源供电、改变开关频率即可调节电动机的转速、电动机电源端点不少于５个、运行时绕组产生的磁场是步进地旋转的，其步进角度不大于１８度电角度、绕组的节距大于１、动行时每次能电的相绕组不少于２个。它有放多品种，如步进电动机、开关磁阻电动机、永磁同步电动机、磁滞同步电动机、异步电动机、串联同步电动机、无刷双馈电动机、有刷双馈电动机等。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
开关调速电动机本项目涉及交流调速电动机交流电动机转速的调节有许多方法。其中改变电源的频率是改变电动机转速的有效方法。这种可变频率的电源是逆变器提供的。按照逆变器输出的向每个电源端点提供的可变频率的电压或电流的波形的不同，变频电源分为二种类型。第一类是调制型变频电源，此时它的电压或电流的波形是调制波，例如脉宽调制波。第二类是开关型变频电源，此时它的电压或电流的波形是矩波形或阶梯形波。变频电源的类型不同导致对电动机的要求不同。本项目只涉及开关型变频电源所使用的电动机。目前的开关调速电动机主要有开关磁阻电动机、步进电动机等数种，它们的主要缺点是：1、电动机的绕组利用率低，有的开关调速电动机甚至是每次只有一个绕组参加运行。2、绕组的节距小，有的绕组的节距是一个槽。3、步距角大，每周拍数少。一般都不小于30°电角度。开关型电源只能在电动机绕组中产生步进的旋转磁场。这种旋转场驱动的电动机，其转子不会绝对地平稳旋转。只有步进角小，或每电源周期内的步数多时，电动机才会接近连续平稳地旋转的电动机。4、运行时，开关电源所提供的步进地旋转的磁场的幅值有较大的变动。这导致电动机的力矩也有较大的变动。本项目的愿望是克服上述的几种缺点。使开关调速电动机的品种增加，性能改善，应用范围扩大。本项目提出的开关调速电动机有下述特征：-->1、电动机由逆变器提供的开关型变频电源供电。2、运行时，任何时候都有不少于二个相绕组参加运行。3、绕组的节距不小于2个槽。4、除磁组电动机外，它的步进角度不大于18°电角度。即每电源周期内的拍数不小于20。5、除磁阻电动机外，电动机电源端点的数目不小于5个。6、运行时电动机中旋转磁场的幅值的变化率小。它的磁场幅值的最小值与最大值的比值K在90％以上。下面我们用例子说明改进后的电动机的特征并和原来的电动机加以比较。  例一、三相磁阻电动机目前的定子12槽、转子8极的双凸极的磁阻电动机有三个相绕组，A-A、B-B、C-C，绕阻的节距为一个槽。绕组在定子槽中的相带分布如表1所示：表1    目前的12槽8极双凸极的三相磁阻   电动机定子绕组的相带分布表槽号123456789101112相带ACBACBACBACBACBACBACBACB表中A-A、B-B、C-C为3个相绕组表中A、B、C为首端有效边，A、B、C为末端有效边。它的接线图如图1所示。-->它由3个可控的整流元件供电，运行时流过每个绕组的电流的方向不变。运行时依次接通三个相绕组使磁阻电动机旋转，每步15度机械角度合60度电角度。为了说明运行情况，我们必须说明各可控的整流元件的通断状况。为此我们用整流元件所接的绕组的端点来的名称来叫这些整流元件。绕组的运行情况如表1所示：表3    表1绕组的运行情况表序号真 值  表    槽电流分布表及槽号ABC12345678910111211001-10-1101-10-11020100-1101-10-1101-13001101-10-1101-10-1真值表中，1表示该整流元件把绕组的相应端点与电源正极接通，0表示断开。由于所使用的是单级性通电方案，因此真值表中只有0、1两个数字。如果绕组的某个端点接在桥式逆变器的某个输出端点上，那末相应的真值表就有1、0、-1三个数值。0、1的意义已如上述，-1表示该端点通过可控的整流元件与直流电源的负极接通。从表3可见绕组的利用率为33.3％。今将表1的绕组的相带分布重新布置成表4的样子，并保持图1的接线图不变。-->表4    改进后的12槽3相8极磁阻电动机   定子绕组的相带分布表槽号123456789101112相带BCABCABCABCA表4绕组的运行情况表如表5所示表5  表4绕组的运行情况表序号  真值表槽  号  及  槽  电  流  分  布ABC12345678910111210111-10-1101-10-11021010-1101-10-11013110101-10-1101-10-1比较表3、表5可见二种运行情况下，槽电流的分布是一样的。新绕组每次有2个绕组参加运行，绕组利用率为66.6％，这表明在同样的槽内铜耗下电动机的力矩可以提高一倍，在同样的力矩下，槽内铜耗可以减少一半。对于相数是奇数的磁阻电动机可以用类似的方法增加绕阻的利用率。例二：一个定子10槽转子6极的双凸极磁阻电动机，采用5相绕-->组，A-A、B-B、C-C、D-D、E-E，它的定子绕组的相带分布如表6所示。表6    10槽5相二级单层绕组的相带分布表槽号12345678910相带ADBECADBEC表6的绕组可以用于驱动6极磁阻转子并可以采用单级性的逆变器电路，其接线图如图2所示。用表6的5相二级单层绕组及图2的接线图驱动6极磁阻转子时的运行情况如表7所示。表7      10槽5相6极磁阻电动机驱动情况表序号    真    值    表转子位置最大磁阻力矩相对值ABCDE1110010°12111016°0.80931110012°141111018°0.80950111024°160111130°0.80970011136°181011142°0.80991001148°1101101154°0.809111100160°1-->如果采用5相桥式逆变器作驱动电路。10槽磁阻电动机还有改进的余地。此时转子可采用八极转子、定子绕阻的相带分布仍为表6，其接线图如图3所示。它的运行情况如表8所示。表8    10槽5相8极磁阻电动机运行情况表序号  真  值  表  转子位置最大磁阻力矩相对值ABCDE110-1000°1210-1-104.5°0.8093100-109°14110-1013.5°0.8095010-1018°16010-1-122.5°0.80970100-127°180110-131.5°0.80990010-136°110-1010-140.5°0.80911-1010045°1-->同样的定子同样的绕组，按表8运行的8极磁阻电动机和按表7运行的6极磁阻电动机比较我们可以发现在同样的定子铜耗条件下8极磁阻电动机的最大力矩比6极磁阻电动机的最大力矩大一倍以上。磁阻电动机的工作原理常常和普通的交流电动机不一样。它的定子磁势的旋转速度和极对数可以和转子的极数和转子的旋转速度不一样，甚至二者的旋转方向也不一样。例如表8有磁阻电动机中，定子绕阻产生的是二极步进旋转磁势，每步的步进角是18°，而转子是8极磁阻转子它在运行时作步进旋转，每步步进角是4.5°，而且定子磁场的旋转方向和转子的旋转方向是互反的。在磁阻电动机中定子齿数与转子齿数比较接近时，往往可以提高磁阻电动机的力矩。而本项目提出的磁阻电动机是目前的开关磁阻电动机的改进。即增加了绕阻的节距，增加了绕阻的利用率。同时我们发现增加电动机电源端点的数目往往可以减小步进角度。我们再举一个例子说明增加定子绕阻的节距可以提高电动机的力矩的例子。我们的例子是五相混合步进电动机的定子绕阻。这种电动机的定子绕阻是10槽4极5相绕组，它原来的相带分布如表9所示。表9    10槽4极5相绕组的一种相带分布槽号1234    5678910相带AEBACBDCEDAEBACBDCED它的绕组接线图如图3。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关调速电动机，其特征是：（ａ）由开关型多相逆变器提供的多相开关电源供电，改变逆变器的开关频率即可调整电动机的转速。（ｂ）电动机的电源端点的数目不少于５个。（ｃ）运行时，它的磁场是步进地旋转的，它的最小步进角度不大于１８度电 角度。（ｄ）电动机使用的绕组是：ａ、单路串联多相绕组，其特征是参加运行的绕组互相串联起来，它只有一个支路。ｂ、并联供电的多相绕组，其特征是所有参运行的绕组都互相并联起来，它的并联支路数大于２。ｃ、星形接法的多相绕组，其特征是 只有一个交汇点即中心。ｄ、多边形接法的多相绕组，其特征是：所有相绕组互相串联成一个环路，没有交汇点，运行时有二个支路。ｅ、多角星形接法的多相绕组其特征是所有相绕组互相串联成一个环路，没有交汇点，运行时有二个以上的支路。ｆ、网状的 多相绕组，其特征是有二个以上的交汇点，其接线图中有环路。ｇ、多重多相绕组，其特征是由几个多相绕组组成，每个多相绕组用一多相逆变器供电，这些逆变器可以互相串联起来，也可以互相并联起来。

【技术特征摘要】
1、一种开关调速电动机，其特征是：(a)由开关型多相逆变器提供的多相开关电源供电，改变逆变器的开关频率即可调整电动机的转速。(b)电动机的电源端点的数目不少于5个。(c)运行时，它的磁场是步进地旋转的，它的最小步进角度不大于18度电角变。(d)电动机使用的绕组是：a、单路串联多相绕组，其特征是参加运行的绕组互相串联起来，它只有一个支路。b、并联供电的多相绕组，其特征是所有参运行的绕组都互相并联起来，它的并联支路数大于2。c、星形接法的多相绕组，其特征是只有一个交汇点即中心。d、多边形接法的多相绕组，其特征是：所有相绕组互相串联成一个环路，没有交汇点，运行时有二个支路。e、多角星形接法的多相绕组其特征是所有相绕组互相串联成一个环路，没有交汇点，运行时有二个以上的支路。f、网状的多相绕组，其特征是有二个以上的交汇点，其接线图中有环路。g、多重多相绕组，其特征是由几个多相绕组组成，每个多相绕组用一多相逆变器供电，这些逆变器可以互相串联起来，也可以互相并联起来。2、权利一的单馈的开关调速电动机，其特征是：(a)只有一个定子和一个转子。定子上有权利一所列的多相绕组。(b)用多相逆变器向定子绕组供电。(c)电动机的转子可以是：a、磁阻转子b、磁滞转子c、永磁转子d、电磁铁e、异步转子3、权利一的无刷的双馈的开关调速电动机，其特征是：(a)它是一种复合的交流电动机，它有一个转子、二个定子。转子上有2个感应区分别和2个定子配对。(b)二个定子上都有多相绕组。其中一个定子的绕组是三相交流绕组，运行时它由三相交流电源供电。另一个定子的绕组是权利一所列的多相绕组，运行时它由多相开关电源供电。(c)改变开关电源的频率就可调节电动机的转速。(d)转子的二个感应区上都有多相绕组，这二个多相绕组的极对数可以不一样，但它们的相数是一样的。而且把转子上的二套多相绕组按逆序方向串联起来，使转子在运行时，转子的二个绕组所产生的旋转磁场的旋转方向是互相相反的。4、权利一的有刷的双馈的开...

【专利技术属性】
技术研发人员：林哲民，
申请(专利权)人：林哲民，
类型：发明
国别省市：33[中国|浙江]