交流电动机驱动系统技术方案

用于以两相电源来驱动其中两个电动机绕组彼此电隔离的单相ＰＳＣ（固定分相电容器）电动机的电动机驱动系统。在一个实施例中，由两相逆变器电路供电给ＰＳＣ电动机。ＰＳＣ电动机也可通过一个四极双掷开关连接到含有运转电容器的单相电源或双相逆变器电路。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术一般涉及感应电动机驱动系统，更准确地说，涉及一种用两相电源电路操作的单相两绕组感应电动机的感应电动机驱动系统。常规的分相电容器起动或电容器运转单相感应电动机（在现有技术中也称为并在下文中记作固定分相电容器式（PSC）电动机）具有两个定子绕组，一个“主”绕组和一个“起动”绕组。图1示出了含有在一个端部公共连接的主绕组102和起动绕组104的典型PSC电动机100。主绕组102和起动绕组104安装在电动机100的定子（未示出）中，并以与电动机100的额定转速有关的角度（例如，对现有技术中所熟知的两极、3600转/分电动机而言为90°）彼此在空间位置上间隔开。一般，绕组102和104在一个端部相连接形成绕组公共节点106。这种PSC电动机设计成用与起动绕组104串联连接的诸如运转电容器108的运转电容器加以操作。工业上电动机制造厂家的通常作法是不给电动机提供运转电容器，而代之以仅规定该电容器的参数，例如电容量和额定功率，这足以使用户能够采购并装配该电容器。PSC电动机100工作时，主绕组102以及起动绕组104和运转电容器108的串联组合是相互并联连接的，并直接连接在单相电源110两端。由于起动绕组104通过电容器108激励，流过起动绕组104的电流的相位角相对于流过主绕组102的电流发生偏移，因此当电动机运转时，绕组102和104中流动的相应电流之间的相位角为90°。绕组102和104中电流之间的相位角以及这些绕组的空间间隔导致旋转磁场的建立，该磁场与电动机100的转子（未示出）感应耦合，对该转子施加旋-->转力。电动机100的转子试图与旋转磁场同步旋转，但是滞后于旋转磁场一个“转差”系数，结果在转子上产生部分与转差量成正比的转矩。在起动电动机100并将其加速到额定转速的起动期间内施加于电动机100的转子上的起动转矩也与绕组102和104中流动的电流之间相位角的正弦成正比。因此，为了使起动转矩最大，有必要在起动期间获得90°的相位角。但是，诸如电动机100一类的单相PSC电动机的起动转矩一般较低，因为运转电容器的指定参数仅对运转状态而不是对起动状态而言为最佳。这样，运转电容器108的电容由制造厂家根据在电动机100的运转期间而不是起动期间碰到的绕组102和104的阻抗来确定。然而，如在现有技术中已知道的，电动机绕组阻抗的视在值在PSC电动机的起动期间会发生改变，因此在起动期间与运转期间不同。由于使电容器108的电容对运转为最佳而对起动则为非最佳，所以它的量值对起动而言太小。这导致绕组102与104中流动的电流之间的相位角在起动期间小于90°，而起动转矩则小于最大可能起动转矩。在本
中已知的用于补偿起动期间电容器108量值不足的一种解决方案是将一个起动电容器112连接在电容器108的两端，以增加与起动绕组104串联的总电容量，从而增加起动绕组中流动的电流、相位角和电动机100的起动转矩。一旦电动机达到运转速度，例如借助于离心式开关、正温度系统热敏电阻（PTC器件）或继电器来断开起动电容器112。不利的是，虽然起动电容器112的运用总的说来改进了电动机100的起动转矩，但它的使用的仍未使电动机100在整个起动期间的转矩为最大。理论上，与起动绕组104串联的电容量在起动期间内应连续地变化，以在绕组102和104的各阻抗变化时保持所要求的相位角。常规单相PSC发动机通常用于在加热、通风和空调（HVAC）系统中驱动诸如风扇、泵及压缩机一类的系统负载。由于多种诸如例如环境温度-->的每天的和季节性的波动、受控环境中人的活动以及受控环境中其它设备的间歇工作一类因素的影响，HVAC系统须经交巨大变化的需求循环。因此，为了确保受控环境的令人满意的温度，HVAC系统必须具有加热和/或冷却能力以适应“最劣情况”条件。结果，在次于最劣情况条件下，HVAC系统显著过容量，需在减少的负载下工作。由于通常仅在电动机满负载工作时获得电动机（例如PSC电动机）的最大工作效率，降低HVAC系统负载导致电动机的低效运转。而且，因要求电动机断断续续地循环以满足低于HVAC系统容量的HVAC负载要求，结果经历更为显著的低效率操作。这种更低效率包括电动机频繁起动的操作成本以及由起动期间所遭受的熟知的热应力和机械应力产生的这种电动机有效寿命的缩短。克服上述由HVAC系统容量过大引起的低效率的一种办法是改变系统容量以满足对系统的需要。改变HVAC系统容量的一种方法是按照需要改变驱动HVAC系统负载的电动机的转速。对于由诸如PSC电动机一类的单相电动机驱动的HVAC系统负载而言，为了实现所要求的电动机转速控制，有必要改变提供给电动机的单相电源的频率。但是，对于PSC电动机，使运转电容器、例如电动机100的电容器108（图1）对一系列特定运转条件（包括在标称频率例如60Hz下工作）为最佳。因此，PSC电动机在标称频率以外的频率下工作致使形成小于最佳转矩的转矩和低效率操作。尽管可能存在某些通过单相电源频率的微小变化获得对PSC电动机非常有限的速度控制的应用，但由于电动机是相对标称电源频率下的最佳性能而设计的，对标称频率的这种偏离会导致低效率操作。改变电动机转速来调整HVAC系统容量的常规实施方案一般需要分别配备有二或三相电源的二相或三相电动机。利用这种多相电动机和电源通过改变施加于电动机的电压频率同时保持恒定的电压/频率（伏特/赫兹）比值就能改变电动机转速。保持恒定的伏特/赫兹比值对应于在-->传递额定转矩的同时保持恒定的气隙磁通和有效的电动机运转。使用多相电动机因去除了单相电动机所需要的起动和/或运转电容器还具备胜过单相电动机的若干其它优点，象例如较低锁定转子电流、较高起动转矩、较低满负载电流等，以及提高了可靠性。不幸的是，这种多相电动机比具有相同马力额定值的单相电动机更昂贵。利用多相电动机的这类用途一般要求借助于耦合在电动机与线路电源之间的电源电路（包含多相逆变器）由单相或者多相线路电源形成可变频率多相电源。若电源电路出故障该配置存在一个缺点，将多相电动机直接连接到线路电源是不可能的，比如举例来说，当用从单相线路电源接受电力的逆变器驱动三相电动机时。因此电源电路的故障会导致采用多相电动机的系统出故障和无效。以前提出由单相电源提供多相电动机的备用电源的浓度需要逆变器冗余（inverter  redundancy），或暂时将多相电动和直接连接到单相电源的附加电路装置。但是，“模拟”多相电源所需的附加电路装置可能未提供真正的多相电源，因而不会以最佳效率驱动多相电动机。本专利技术的目的的是提供一种克服了前述问题和常规驱动系统缺点的交流电动机驱动系统。为达到该目的并根据本专利技术的实际应用，如本文所体现和概括地描述的，本专利技术涉及用于驱动具有第一绕组和第二绕组的交流电动机的交流电动机驱动系统，所述第一绕组具有第一和第二端部以及第一绕组阻抗，所述第二绕组具有第一和第二端部以及大于第一阻抗的第二绕组阻抗。第一和第二绕组彼此相隔离。该驱动系统含有用于将输入的电源电压转换为两相交流输出电压的第一相交流电压和第二相交流电压的两相电源装置。该两相电源装置具有在其上提供第一相电压的第一对输出端，以及在其上提供第二相电压的第二对输出端。两相电源装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于驱动具有第一绕组和第二绕组的交流电动机的交流电动机驱动系统，第一绕组具有第一和第二端部以及第一绕组阻抗，第二绕组具有第一和第二端部以及大于第一绕组阻抗的第二绕组阻抗，第一和第二绕组彼此电隔离，所述驱动系统含有：用于将输入的电源电压转换为两相交流输出电压的第一相交流电压和第二相交流电压的两相电源装置，所述两相电源装置具有提供第一相电压的第一对输出端子和提供第二相电压的第二对输出端子，所述第一对输出端子连接到第一绕组的第一和第二端部，以及所述第二对输出端子连接到第二绕组的第一和第二端部，从而所述双相电源装置将输入的电源电压转换为分别在所述第一和第二对输出端子上提供的第一和第二相交流电压，用以驱动所述电动机。

【技术特征摘要】
US 1991-2-28 662,0111、一种用于驱动具有第一绕组和第二绕组的交流电动机的交流电动机驱动系统，第一绕组具有第一和第二端部以及第一绕组阻抗，第二绕组具有第一和第二端部以及大于第一绕组阻抗的第二绕组阻抗，第一和第二绕组彼此电隔离，所述驱动系统含有：用于将输入的电源电压转换为两相交流输出电压的第一相交流电压和第二相交流电压的两相电源装置，所述两相电源装置具有提供第一相电压的第一对输出端子和提供第二相电压的第二对输出端子，所述第一对输出端子连接到第一绕组的第一和第二端部，以及所述第二对输出端子连接到第二绕组的第一和第二端部，从而所述双相电源装置将输入的电源电压转换为分别在所述第一和第二对输出端子上提供的第一和第二相交流电压，用以驱动所述电动机。2、如权利要求1所述的交流电动机驱动系统，其特征在于：所述双相电源装置产生在第一和第二相电压之间具有预选的相位角关系的两相交流输出电压。3、如权利要求1所述的交流电动机驱动系统，其特征在于：所述两相电源装置产生两相交流输出电压使得第二相电压与第一相电压相应值之比为大于1的预选值。4、如权利要求1所述的交流电动机驱动系统，其特征在于：所述两相电源装置响应外部施加的速度控制信号改变两相交流输出电压的频率，由此根据速度控制信号改变交流电动机的旋转速度。5、如权利要求4所述的交流电动机驱动系统，其特征在于：所述双相电源装置还响应转速控制信号改变第一和第二相电压的相应值，以在交流电动机的所有转速下保持交流电动机的相应第一和第二绕组具有基本上恒定的电压与频率之比。6、如权利要求5所述的交流电动机驱动系统，其特征在于：所述两相电源装置在交流电动机的所有旋转速度下保持第二相电压与第一相电压的相应值之比为预选的比值，该预选比值大于1。7、如权利要求6所述的交流电动机驱动系统，其特征在于：所述两相电源装置在交流电动机的所有转速下都保持第二相电压与第一相电压之间的预选相位关系。8、如权利要求1所述的交流电动机驱动系统，其特征在于还含有用于能使交流电动机变速运转、同时在交流电动机的所有旋转速度下保持：（1）第一相电压与第二相电压之间的预选相位角差，（2）第一与第二相电压相应值之间的预定比值，以及（3）交流电动机第一和第二绕组各自基本上恒定的伏特/赫兹比的装置。9、如权利要求1所述的交流电动机驱动系统，其特征在于：输入的电源电压是单相交流电源电压。10、一种交流电动机驱动系统，其含有：用于将输入的电源电压转换为两相交流输出电压的第一相交流电压和第二相交流电压的两相电源装置，所述两相电源装置具有提供第一相电压的第一对输出端子，以及提供第二相电压的第二对输出端子，具有第一绕组和第二绕组的交流电动机，所述第一绕组具有第一和第二端部及第一绕组阻抗，所述第二绕组具有第一和第二端部及大于所述第一绕组阻抗的第二绕组阻抗，所述第一和第二绕组彼此电隔离，所述第一绕组的第一和第二端部分别连接到所述两相电源装置的所述第一对输出端子，以及所述第二绕组的第一和第二端部分别连接到所述两相电源装置的所述第二对输出端子，由此所述双相电源装置将输入的电源电压转换为分别在所述第一和第二对输出端上所提供的第一和第二相交流电压，以驱动所述电动机。11、如权利要求10所述的交流电动机驱动系统，其特征在于：所述两相电源装置包含脉宽调制（PWM）逆变器系统。12、如权利要求11所述的交流电动机驱动系统，其特征在于：所述输入电源是交流电源，所述驱动系统包含用于对所述输入交流电源进行整流以提供直流电源电压的装置，以及所述脉宽调制逆变器系统含有：包含所述第一和第二对输出端子以及耦合成接收直流电压的输入端子的两相逆变器电路，包含在所述两相逆变器电路中，用于将直流电压转换为两相输出电压的开关装置，以及用于产生控制所述开关装置的操作以便在所述第一对输出端子上产生所述两相输出电压中的所述第一相电压以及在所述第二对输出端子上产生所述双相输出电压的所述第二相电压的开关控制信号的电压控制装置。13、如权利要求12所述的交流电动机驱动系统，其特征在于：所述双相逆变器电路包含并联连接的第一和第二全电桥逆变器电路，所述第一全电桥电路包含并联连接的第一和第二逆变器电桥支路，所述第二全电桥电路包含并联连接的第三和第四逆变器电桥支路，所述开关装置含有串联连接在所述第一、第二、第三和第四电桥支路中的每条支路上的第一电力开关器件和第二电力开关器件，所述第一对输出端子分别连接在所述第一和第二电桥支路的串联连接的第一和第二电力开关器件之间，所述第二对输出端子分别连接在所述第三和第四电桥支路的串联连接的第一和第二电力开关器件之间。14、如权利要求13所述的交流电动机驱动系统，其特征在于：所述电压控制装置含有：用于产生具有表示所述电动机的所要求运转速度的脉冲信号频率的脉冲信号的装置，耦合于所述脉冲信号产生装置、用于响应脉冲信号而产生存储器地址信号的装置;耦合于所述地址信号产生装置、用于根据每一地址信号而提供数字数据信号的装置，响应数字数据信号、用于产生第一模拟正弦波形信号和第二模拟正弦波形信号的波形信号发生装置，所述第一和第二正弦波形信号各具有由脉冲信号频率所确定的频率。用于产生固定频率比较信号的装置，耦接成接收固定频率比较信号和各第一和第二正弦波形信号、用于提供第一和第二正弦加权的脉宽调制（PWM）开关信号的比较器装置，以及用于提供所述第一和第二PWM信号以及其相应的逻辑反信号作为所述开关控制信号、并将所述第一和第二PWM信号及它们的逻辑反信号用于控制所述第一和第二全电桥逆变器电路的所述第一和第二电力开关器件操作的输出装置。15、如权利要求14所述的交流电动机驱动系统，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：FE威尔斯，HR施内茨卡，RD霍弗，
申请(专利权)人：约克国际公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]