專利名稱：量子化調(diào)速鼠籠電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種量子化調(diào)速鼠籠電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)定子與直流電動(dòng)機(jī)相類似，由直流激磁的正、負(fù)恒定磁極及單方向?qū)ㄖ绷鞣讲妷旱恼⒇?fù)感應(yīng)電極構(gòu)成，感應(yīng)電極繞組并聯(lián)續(xù)流二極管儲(chǔ)存磁場(chǎng)能量，仍采用鼠籠型轉(zhuǎn)子，只用一只電子開關(guān)管IGBT控制單方向方波脈沖電壓，脈沖電壓波形是量子化的，由占空比實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，功率因數(shù)等于1，是效率最高的新型電動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)雖然節(jié)電及控制靈活，但并沒有消除無(wú)功損耗，功率因數(shù)仍小于1，效率提高有限，更主要的是逆變器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，本身耗電就大，造價(jià)遠(yuǎn)高于電動(dòng)機(jī)本身，因此不能普及推廣。產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)才能使交流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)，但直流電動(dòng)機(jī)沒有旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，起動(dòng)力矩反而遠(yuǎn)大于交流電動(dòng)機(jī)。因此將鼠籠電動(dòng)機(jī)的定子也像直流電動(dòng)機(jī)那樣，改進(jìn)為由直流激磁的恒定正、負(fù)磁極，在恒定正、負(fù)磁極中間分別設(shè)置感應(yīng)正、負(fù)電極，感應(yīng)繞組并聯(lián)續(xù)流二極管，只用一只電子開關(guān)管控制輸入單方向脈沖直流電壓，使轉(zhuǎn)子導(dǎo)條產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電極左、右兩側(cè)分別為恒定正、負(fù)磁極，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條對(duì)應(yīng)處于正、負(fù)磁極的電流I2方向相反，因此恒定磁極磁通密度B使轉(zhuǎn)子導(dǎo)條產(chǎn)生的作用力的方向一致，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，作用力F為下式F＝BI2l…………………………(1)l是轉(zhuǎn)子導(dǎo)條長(zhǎng)度，作用力F方向一致，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩使電動(dòng)機(jī)順利起動(dòng)。
感應(yīng)電極繞組導(dǎo)通方波直流電壓為u，導(dǎo)通時(shí)間為t1，斷電時(shí)間為t2，T＝t1+t2，T為周期，相當(dāng)于交流電源的二分之一周期，通電時(shí)電流由0線性上升為極大值Im然后下降，平均電流為I1=Im2,]]>斷電后電流經(jīng)續(xù)流二極管導(dǎo)通。感應(yīng)電壓作功功率為w，可得下式w=uIm2·t1T---(2)]]>斷電后，Im經(jīng)續(xù)流二極管導(dǎo)通，將磁場(chǎng)能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)吸收磁場(chǎng)能直接轉(zhuǎn)換為軸功率，因此功率因數(shù)等于1。由于激磁電流直接轉(zhuǎn)換為有功，沒有無(wú)功損耗，所以是效率最高的電動(dòng)機(jī)。但是續(xù)流時(shí)間過長(zhǎng)怎么才能加快感應(yīng)電極去磁，另外如何控制轉(zhuǎn)子導(dǎo)條旋轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)正、負(fù)磁極自動(dòng)換向是兩大技術(shù)難題，如果解決不了這兩個(gè)技術(shù)難題，量子化調(diào)速鼠籠電動(dòng)機(jī)就無(wú)法運(yùn)行。
解決上述兩大技術(shù)難題首先必須求解單向方波直流電壓及電流與轉(zhuǎn)子導(dǎo)條電流之間的定量關(guān)系，只有知道這個(gè)定量關(guān)系后，才能找到解決兩大技術(shù)難題的方案。由于鼠籠電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)電流關(guān)系復(fù)雜，為簡(jiǎn)單明了，首先用單相變壓器一、二次線卷代替感應(yīng)電極繞組及轉(zhuǎn)子導(dǎo)條回路，將變壓器一次線卷并聯(lián)續(xù)流二極管，二次線卷短路，仍采用電子開關(guān)管IGBT導(dǎo)通方波直流電壓u，通電時(shí)間為t1，一次線卷電流上升為變壓器額定電流IN時(shí)斷電，這時(shí)二次短路線卷電流上升為I2m，一、二次線卷分別為N1及N2匝，則IN＝I1m+I0m，I0m是激磁電流極大值，I1m與I2m方向相反，一次和二次線卷感應(yīng)電壓分別為u1及u2，則u1N2＝u2N1…………………………(3)I1mN1＝I2mN2…………………………(4)電源電壓u作功為wt1=uIN2t1,]]>減去電阻損耗等于感應(yīng)電壓u1作功為w1t1，則w1t1=u1I1m+I0m2t1---(5)]]>二次線卷吸收的能量應(yīng)等于 有下式成立u1I1m2t1=u2I2m2t1---(6)]]>一次線卷輸入的能量一份是激磁能量為 一次線卷一份輸出給二次線卷的能量為 一次線卷輸入的能量是由電源作功產(chǎn)生的，所以斷電后，按電磁學(xué)理論一次線卷將能量輸出給二次線卷，一次線卷中只有激磁電流的磁場(chǎng)能量，續(xù)流二極管導(dǎo)通電流應(yīng)該只有激磁電流I0，I1mN1＝I2mN2，電流相抵消，直到I0m下降為0，但是用儲(chǔ)存示波器觀察一、二次線卷電流時(shí)發(fā)現(xiàn)，斷電后，二次線卷是由I2m下降為0的，而一次線卷電流是由IN逐漸下降為0的。所以實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)有三份磁場(chǎng)能量存在，分別為 電源作功只有 那么多出一份的磁場(chǎng)能量是那產(chǎn)生的呢？由于一、二次電流反向抵消后，在磁路中磁通密度B合成等于0，磁場(chǎng)能流密度為 因此磁路中只存在 那么另外兩份磁場(chǎng)能量又是在那里存在呢？就是有一點(diǎn)漏磁也不會(huì)產(chǎn)生如此大的兩份磁場(chǎng)能量，而這兩份磁場(chǎng)能量又遠(yuǎn)大于激磁電流在磁路中產(chǎn)生的磁場(chǎng)能量。這個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)的物理現(xiàn)象是電磁學(xué)理論及量子力學(xué)都沒有研究過的學(xué)術(shù)問題，而這個(gè)新發(fā)現(xiàn)的物理現(xiàn)象與電磁學(xué)理論存在著許多矛盾。只有解開這個(gè)新發(fā)現(xiàn)的物理現(xiàn)象的定量關(guān)系后才能給出量子化調(diào)速鼠籠電動(dòng)機(jī)解決技術(shù)難題的方案。下面求解這個(gè)學(xué)術(shù)上的定量關(guān)系。
實(shí)質(zhì)性技術(shù)內(nèi)容眾所周知量子力學(xué)是描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的，當(dāng)然也適用在導(dǎo)線中引起電流的電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。所以采用量子力學(xué)及牛頓力學(xué)和電磁學(xué)求解上面所述的物理現(xiàn)象的定量關(guān)系。結(jié)果表明磁場(chǎng)能量等于電子在導(dǎo)線中運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，所以磁場(chǎng)能量是以電子為載體，而且儲(chǔ)存在導(dǎo)線中。因此傳統(tǒng)觀念認(rèn)為磁場(chǎng)能量?jī)?chǔ)存在磁路的空間中是一種誤解。
量子力學(xué)證實(shí)微觀粒子運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律是微觀粒子的動(dòng)量p等于普郎克常數(shù)h與波長(zhǎng)λ之比，粒子運(yùn)動(dòng)速度v等于波長(zhǎng)λ與頻率f的乘積，粒子具有能量ε等于普郎克常數(shù)h與頻率的乘積。
p=hλ---(7)]]>v＝λf…………………………(8)ε＝hf…………………………(9)電子質(zhì)量為m，帶電量為e，玻爾在氫原子模型中將電子從無(wú)窮遠(yuǎn)向氫原子核入射時(shí)，電場(chǎng)作功為ε＝hf，電子繞原子核運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能為 另一半能量輻射出去了。所以電子做軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)出現(xiàn)主量子數(shù)n，角量子數(shù)l，磁量子數(shù)m，自旋量子數(shù)ms，只有自旋量子數(shù)ms=±12,]]>其他量子數(shù)都是整數(shù)。電子作軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)能量與各種量子數(shù)有關(guān)，是 的整數(shù)倍，等于電子的動(dòng)能，是電場(chǎng)作功產(chǎn)生的，另外一半能量被輻射了。將公式(7)的動(dòng)量p改為電子動(dòng)量，電子質(zhì)量及運(yùn)動(dòng)速度分別為m及v，p＝mv軌道周長(zhǎng)等于波長(zhǎng)，圓半徑為r，則λ＝2πr，代入(7)式得mv=h2πr---(10)]]>將(10)式右側(cè)分子及分母分別乘以f，v等于2πrf，可得mv2＝hf…………………………(11)電子軌道運(yùn)動(dòng)的能量等于電子的動(dòng)能， 是自旋量子數(shù)。輻射出的一半能量是以光速c傳播的，所以電磁波的頻率f等于光速與波長(zhǎng)λc之比。
f=cλc=vλ]]>輻射波長(zhǎng)λc與電子軌道運(yùn)動(dòng)的波長(zhǎng)λ之比等于光速c與v之比，因此頻率f不變，所以做軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)能量與輻射能量相等。
cv=λcλ---(12)]]>由于輻射能量等于電子軌道能量，證明(12)式是正確的，所以電子做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)的波長(zhǎng)等于周長(zhǎng)是正確的。
上述規(guī)律也適用于電子自身的自旋運(yùn)動(dòng)，量子力學(xué)給出的電子自旋磁矩us=eh4πm]]>及動(dòng)量矩ps=12·h2π,]]>因此假設(shè)電子是一個(gè)以光速c做自旋運(yùn)動(dòng)的圓環(huán)，圓環(huán)半徑為R，代入公式(10)可得mc=h2πR---(13)]]>可得電子圓環(huán)半徑R=h2πmc=3.865×10-13(m)]]>自旋頻率fc=c2πR=mc2h=1.236×1022(1/S)]]>自旋電流Ic=efc=emc2h=19.75(H)]]>自旋磁矩與動(dòng)量矩為下式μs=IcπR2=eh4πm]]>ps=mR22πfc=12·h2π]]>與量子力學(xué)結(jié)果相符。電子自旋磁矩與動(dòng)量矩之比可得下式μs=ge2m,ps=emps---(14)]]>g是電子因子系數(shù)等于2，本文假設(shè)的電子模型與量子力學(xué)完全相符合，說(shuō)明電子模型是正確的。電子自旋能量是2倍的動(dòng)能，因子系數(shù)為2，而做軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)電子能量等于動(dòng)能，因此出現(xiàn)自旋量子數(shù)為 這就是自旋量子數(shù)ms的物理含義。
繞制一個(gè)大螺線管加上交流電壓，在內(nèi)側(cè)產(chǎn)生B，將一個(gè)小螺線管放入大螺線管內(nèi)，用儲(chǔ)存示波器測(cè)出小螺線管的感應(yīng)電壓時(shí)發(fā)現(xiàn)，小螺線管與大螺線管軸線平行時(shí)，每處小螺線管感應(yīng)電壓都是相等的，說(shuō)明大螺線管內(nèi)磁通密度B到處相等，并不象電磁理論描述的那樣，離內(nèi)壁較遠(yuǎn)時(shí)B值小，因此實(shí)驗(yàn)與電磁學(xué)理論存在矛盾，證明內(nèi)截面各點(diǎn)B值相等。將小螺線管放在大螺線管之外測(cè)試感應(yīng)電壓時(shí)發(fā)現(xiàn)，幾乎測(cè)不到感應(yīng)電壓，證明外側(cè)B值非常小。這與原子核內(nèi)是強(qiáng)相互作用，之外是弱相互作用相符合。
同樣上述規(guī)律也適用于導(dǎo)線中電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，下面探討單相變壓器一次和二次線卷的磁場(chǎng)能量。電阻損耗使電壓降低，因此一次線卷產(chǎn)生的感應(yīng)電壓u1比電源電壓u要低，二次線卷中感應(yīng)電壓u2由(3)式?jīng)Q定u2=N2N1u1]]>先求二次線卷運(yùn)動(dòng)電子的磁矩us及動(dòng)量矩ps，設(shè)二次線卷平均半徑為r2的圓環(huán)，r2是平均值，感應(yīng)電壓u2作功等于u2I2m2t1=u2Q=u2ne,]]>Q等于n個(gè)電子帶電量e的乘積。磁矩μ2、等于I2m與圓面積πr22的乘積，I2m=2Qt1=2net1,]]>可得下式μ2s=I2mπr22=2net1πr22---(15)]]>導(dǎo)線中運(yùn)動(dòng)電子的動(dòng)量矩ps由牛頓力學(xué)導(dǎo)出，通電時(shí)間t1時(shí)出現(xiàn)I2m電流極大值，因此t1時(shí)刻有2n個(gè)電子以速度v運(yùn)動(dòng)，因此ne=I2m2t1,]]>由公式(12)cv=λcλ]]>知道，電子軌道運(yùn)動(dòng)速度不變，電子在導(dǎo)線中運(yùn)動(dòng)速度v也不變，因此頻率f等于速度與波長(zhǎng)之比，當(dāng)頻率f及感應(yīng)電壓u2與r2不變時(shí)則v是恒定值，電磁波在導(dǎo)線中以光速c傳播，就如多個(gè)電子同時(shí)開始以v運(yùn)動(dòng)，多個(gè)電子速度v之和等于光速c，所以v是恒定值，才不會(huì)出現(xiàn)電子在某處堆積現(xiàn)象，速度與波長(zhǎng)之比等于頻率f，f才是穩(wěn)定值。因此電流上升時(shí)電子運(yùn)動(dòng)速度不變，而是電子運(yùn)動(dòng)數(shù)n線性上升引起電流值上升，只有如此導(dǎo)線中運(yùn)動(dòng)電子才能滿足公式(10)mv=hλ]]>的規(guī)律。
應(yīng)著重指出，公式mv=hλ]]>是描述電子運(yùn)動(dòng)能量的關(guān)系式，能量是正數(shù)，不可能出現(xiàn)負(fù)值，變化周期從0開始到t1時(shí)刻為最大值，t1就等于周期T，故f=1t1,]]>因t1時(shí)間內(nèi)磁場(chǎng)能量由0達(dá)到極大值，速度v及角速度ω＝2πf是恒定值，t1等于波長(zhǎng)與速度之比，這與電子軌道運(yùn)動(dòng)是一致的，故有下式v=2πrt1=ωr=2πfr---(16)]]>I2m運(yùn)動(dòng)電子的動(dòng)量矩等于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量2nmr22與角速度ω＝2πf的乘積p2s=2nmr22ω=4nmπr22t1---(17)]]>μ2s=e2mp2s---(18)]]> 相當(dāng)于自旋量子數(shù)，這與電子做軌道時(shí)運(yùn)動(dòng)的情形一致。
而動(dòng)量矩與ω乘積的二分之一等于轉(zhuǎn)動(dòng)物體的動(dòng)能，由于電子的軌道運(yùn)動(dòng)或在導(dǎo)線中運(yùn)動(dòng)時(shí)將系數(shù) 作為自旋量子數(shù)已經(jīng)出現(xiàn)在動(dòng)量矩ps中。故 等于動(dòng)能。
由(15)式、(17)式知道分別以電磁學(xué)及牛頓力學(xué)導(dǎo)出的電子在導(dǎo)線中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的磁矩和動(dòng)量矩之比得到(18)式，結(jié)果與量子力學(xué)中電子軌道運(yùn)動(dòng)完全符合，因此量子力學(xué)描述電子軌道運(yùn)動(dòng)規(guī)律的(10)式同樣適用于電子在導(dǎo)線中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。
由(17)式可得一個(gè)電子動(dòng)量矩為pe=mr22ω=mr2v,]]>與電子自旋動(dòng)量矩 相等，可得mr2v=12·h2π,]]>整理后得下式mv=12·h2πr2=12·hλ]]>電子在導(dǎo)線中運(yùn)動(dòng)的圓周長(zhǎng)等于波長(zhǎng)，與電子做軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)一致，與電子自旋運(yùn)動(dòng)相比多出自旋量子數(shù)為 量子力學(xué)中給出的電場(chǎng)作功的能量等于hf也普遍適用于宏觀電路的，因此可得下式u2I2m2t1=u2ne=nhf---(19)]]>感應(yīng)電壓與t1乘積等于磁通量的極大值m，是由I2m產(chǎn)生的。
u2t1＝m…………………………(20)一個(gè)電子產(chǎn)生的電流對(duì)應(yīng)的磁通量極大值為e，則e＝u2t1，一個(gè)電子產(chǎn)生的電流為Ie，兩邊乘以 得 磁場(chǎng)能量等于電場(chǎng)作功的一半能量，等于12hf=12mv2,]]>證明磁場(chǎng)能量等于電子在導(dǎo)線中運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能。
2n個(gè)電子產(chǎn)生的電流對(duì)應(yīng)的磁通量極大值為(20)式，將(20)式代入(19)式可得 由于 所以磁場(chǎng)能量等于運(yùn)動(dòng)電子的動(dòng)能。 是磁通量的平均值。
N個(gè)運(yùn)動(dòng)電子在導(dǎo)線中產(chǎn)生磁通量為瞬時(shí)值。
公式(22)是普遍適用于交、直流電流的定量關(guān)系式。磁場(chǎng)能量w等于 比例系數(shù) 相當(dāng)于軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)的自旋量子數(shù)ms，真空磁導(dǎo)率μ0＝4π×10-7(H/m)，n1匝線卷電感系數(shù)L按經(jīng)典電磁學(xué)得L=μ0n12sI2l=μ0πr2n12I2l,]]>將4π×πr2作為圓周長(zhǎng)l0，則L與導(dǎo)線長(zhǎng)度l0的平方成正比，I02=(2πr)2,]]>因此真空磁導(dǎo)率μ0＝10-7(H/m)。由此可將(22)式推廣到任何形狀的閉合回路中，電感系數(shù)與導(dǎo)線長(zhǎng)度l0平方成正比，與導(dǎo)線截面積的周長(zhǎng)α成反比，L=μ0l02α,]]>μ0＝10-7。但是有了公式(22)，不必計(jì)算真空中的電感系數(shù)了。磁性材料中存在磁化電流，因此仍然存在磁化電流形成的磁場(chǎng)。
同樣單相變壓器一次線卷中N1I1m產(chǎn)生的磁場(chǎng)能量與二次線卷相同，等于運(yùn)動(dòng)電子的動(dòng)能。激磁電流在磁路中產(chǎn)生磁化電流，因此與真空有實(shí)質(zhì)性區(qū)別。真空時(shí)電場(chǎng)作功正好等于兩倍電子動(dòng)能，因此一次和二次線卷電子動(dòng)能相等，所以多出的一份能量是一次線卷傳給二次線卷了，相當(dāng)于玻爾氫原子模型中入射電子能量總是要輻射一半磁場(chǎng)能量。那么當(dāng)只有一個(gè)電感線卷時(shí)，電場(chǎng)作功的能量與電子動(dòng)能的關(guān)系如何呢？這很容易解釋只有一個(gè)線卷時(shí)電場(chǎng)作功產(chǎn)生激磁電流，因?yàn)橹挥幸粋€(gè)線卷時(shí)激磁電流與電壓相角差是 當(dāng)電子從電感線卷入射回電源時(shí)的速度并沒有下降為0，而是下降為 倍，將一半動(dòng)能饋送回電源了，因此電場(chǎng)作功等于導(dǎo)線中運(yùn)動(dòng)電子的動(dòng)能，也就是磁場(chǎng)能量。變壓器一次與二次線卷電流相角差是π，無(wú)回饋能量，一次線卷將一半電子動(dòng)能傳給二次線卷，所以一次線卷和二次線卷中電子的動(dòng)能相等。由上面證明知道電子是宏觀電路電磁能量的載體，所以磁場(chǎng)能量是存儲(chǔ)在導(dǎo)線中的。電磁場(chǎng)作用力與萬(wàn)有引力相同，是遠(yuǎn)距離非接觸型作用力，不象傳統(tǒng)觀念那樣要在空間建立電磁場(chǎng)，當(dāng)電磁場(chǎng)接觸到對(duì)方本體時(shí)才產(chǎn)生接觸型作用力，所以輻射出去的能量是電子動(dòng)能。磁性材料的激磁電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)能量也等于電子動(dòng)能。
可見無(wú)功電流及無(wú)功功率的物理意義與經(jīng)典電磁學(xué)理論相矛盾，量子力學(xué)導(dǎo)出的結(jié)果是磁場(chǎng)能量等于導(dǎo)線中運(yùn)動(dòng)電子的動(dòng)能，運(yùn)動(dòng)電子產(chǎn)生的電流包括激磁電流、有功電流和無(wú)功電流，無(wú)功電流是指二次線卷及負(fù)載導(dǎo)線在真空中的激磁電流，無(wú)功電流與有功電流是并聯(lián)關(guān)系，所以磁場(chǎng)能量的含義與電磁學(xué)理論中的磁場(chǎng)能量有實(shí)質(zhì)性區(qū)別。
電磁波由天線輻射現(xiàn)象，是由于天線與二次線卷是開路的，只有二次線卷中存在感應(yīng)電壓，而天線中沒有感應(yīng)電壓，因此電子由感應(yīng)電壓產(chǎn)生速度后入射到天線中會(huì)靠慣性入射到天線尖端，當(dāng)二次線卷感應(yīng)電壓換向后，二次線卷中電子運(yùn)動(dòng)方向不變，只是電流減小，因此會(huì)繼續(xù)入射到天線中，天線中電子動(dòng)能超越晶格的約束能力，相當(dāng)于電子躍遷到高能級(jí)中，回射時(shí)如玻爾氫原子模型一樣會(huì)輻射能量，但分子頻譜較密，在導(dǎo)線表層已接近連續(xù)函數(shù)了。這才是電磁波輻射能量過程的量子力學(xué)模型，并非靠位移電流在空間不斷重建電磁場(chǎng)而傳播。輻射能量以光速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)然回射波會(huì)延遲幾個(gè)頻率時(shí)間了，延遲時(shí)間即可測(cè)出距離。大于遠(yuǎn)紅外以上頻率取分離值是由于電子軌道運(yùn)動(dòng)的磁場(chǎng)能量引起的，兩個(gè)軌道之間距離是電子自旋方向翻轉(zhuǎn)180度產(chǎn)生的距離，小于180度時(shí)不可能形成穩(wěn)定的電子軌道，所以輻射能量取分離值。導(dǎo)線中晶格結(jié)構(gòu)的電子軌道相互存在交匯點(diǎn)，軌道能級(jí)非常密使能量變化接近連續(xù)值了，所以頻率可由人為控制是連續(xù)變化值，頻率變了，電子運(yùn)動(dòng)速度變了，動(dòng)能變了，但波長(zhǎng)不變，仍滿足量子力學(xué)mv=hλ,]]>cλc＝vλ＝f的規(guī)律，頻率的倒數(shù)等于周期T，T是指能量由0上升到極大值的時(shí)間，這于交流電的周期物理意義是不同的，相當(dāng)于交流電的四分之一周期，2π是圓周長(zhǎng)與直徑的比例系數(shù)，所以是距離的比例關(guān)系，交流電將2π與頻率f的乘積作為正弦函數(shù)的相量角，只適用連續(xù)函數(shù)的定量關(guān)系，所以遇到不連續(xù)函數(shù)的情況時(shí)，無(wú)法求解出正確結(jié)果。上述物理現(xiàn)象無(wú)法由電磁學(xué)理論解出正確結(jié)果，量子力學(xué)適用于描述不連續(xù)函數(shù)的定量關(guān)系，因此利用量子力學(xué)得出了正確結(jié)果。
有了上述量子力學(xué)導(dǎo)出的定量關(guān)系式，可以分析量子化調(diào)速鼠籠電動(dòng)機(jī)中轉(zhuǎn)子導(dǎo)條電流及作用力的定量關(guān)系了。轉(zhuǎn)子導(dǎo)條運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)u2e則u2e＝Blv…………………………(23)定子中一個(gè)感應(yīng)電極繞組的一匝導(dǎo)線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)u1e必須高于u2e才可以使轉(zhuǎn)子導(dǎo)條產(chǎn)生反向電流而輸入能量。恒定磁極電流及電壓或磁通都是恒定值，不會(huì)向轉(zhuǎn)子導(dǎo)條輸入能量，只能對(duì)導(dǎo)條產(chǎn)生作用力F＝BlI2，正恒定磁極作用力指向正感應(yīng)電極，負(fù)恒定磁極作用力指向負(fù)感應(yīng)電極，所以進(jìn)入感應(yīng)電極的導(dǎo)條電流會(huì)產(chǎn)生加速旋轉(zhuǎn)力，但感應(yīng)電極不會(huì)使進(jìn)入本身區(qū)域內(nèi)的導(dǎo)條產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，因此導(dǎo)條電流受動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)Blv阻止會(huì)很快下降為0，然后反向成為發(fā)電狀態(tài)工作，作用力也改變方向成為阻礙旋轉(zhuǎn)力。但是該導(dǎo)條產(chǎn)生的電流必然與同極性的恒定磁極中導(dǎo)條形成回路，因此加大恒定磁極處導(dǎo)條的電流是產(chǎn)生加速旋轉(zhuǎn)作用力的，所以形成回路的兩根轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的合力等于0，不會(huì)使轉(zhuǎn)子減速，當(dāng)該導(dǎo)條進(jìn)入反極性恒定磁場(chǎng)時(shí)電流產(chǎn)生的作用力又是加速旋轉(zhuǎn)的作用力了。因此處于感應(yīng)電極處的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條只產(chǎn)生比恒定電極處導(dǎo)條小一半的加速旋轉(zhuǎn)作用力。轉(zhuǎn)子導(dǎo)條在感應(yīng)電極繞組通電時(shí)間內(nèi)吸收感應(yīng)電壓作功，當(dāng)斷電后，恒定磁極處導(dǎo)條電流靠本身存儲(chǔ)的電子動(dòng)能和吸收感應(yīng)電極處導(dǎo)條動(dòng)生電流的能量維持電流方向不變，而處于感應(yīng)電極處的導(dǎo)條只能吸收存儲(chǔ)的磁場(chǎng)能量了，使激磁電流很快下降，感應(yīng)電極快速去磁。
必須控制感應(yīng)電極的平均磁通密度Be不能小于恒定磁極的磁通密度B0，因此Be≥B0時(shí)，恒定電極處的導(dǎo)條電流可由感應(yīng)電極處導(dǎo)條發(fā)電狀態(tài)輸入的能量維持電流方向不變，如果Be＜B0時(shí)恒定磁極處的導(dǎo)條電流在斷電后會(huì)反向，作用力也會(huì)反向，使電機(jī)工作不穩(wěn)定，所以量子化調(diào)速鼠籠電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的條件是。
Be≥B0…………………………(24)因此穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)必須滿足(24)式，這時(shí)軸功率等于外加負(fù)載。
感應(yīng)電極繞組不會(huì)直接使處于本身處導(dǎo)條產(chǎn)生感應(yīng)電壓，因?yàn)樵搶?dǎo)條與左右兩側(cè)恒定磁極導(dǎo)條形成回路，二者電流方向相反而抵消，所以感應(yīng)電極處導(dǎo)條只能由動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)取決電流方向。而恒定磁極處導(dǎo)條相互形成回路，電流正好相反，因此吸收感應(yīng)電極繞組中感應(yīng)電壓產(chǎn)生的能量，使導(dǎo)條電流方向與B0lv反向而產(chǎn)生加速作用力，使電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。
電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，導(dǎo)條速度v很小，故動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)B0lv很小，感應(yīng)電極繞組通電后電流達(dá)到額定值時(shí)可斷電，續(xù)流二極管導(dǎo)通電流時(shí)間長(zhǎng)，這符合起動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)速度慢的要求，由于恒定磁極不換向，所以導(dǎo)條電流總是產(chǎn)生加速旋轉(zhuǎn)作用力，不會(huì)像交流電動(dòng)機(jī)那樣，磁場(chǎng)反向會(huì)產(chǎn)生與旋轉(zhuǎn)方向相反的作用力，所以量子化調(diào)速鼠籠電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與直流電動(dòng)機(jī)一樣大。當(dāng)電流下降后再次通電使電流又達(dá)到額定值，逐漸加快通電時(shí)間，縮短斷電時(shí)間，使電動(dòng)機(jī)平穩(wěn)進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個(gè)磁極位置時(shí)可以反復(fù)通、斷電數(shù)次，使電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比額定轉(zhuǎn)矩大8倍以上。
當(dāng)改變感應(yīng)繞組正、負(fù)電壓接線后，即可使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。因此可控制電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)及實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。
當(dāng)將恒定磁極改為永磁材料后，可以省去恒定磁極激磁線卷，也可節(jié)省激磁能量，電動(dòng)機(jī)效率更高。
量子化調(diào)速鼠籠電動(dòng)機(jī)定子磁路與轉(zhuǎn)子磁路盡量減小漏磁通，互感系數(shù)等于1最好，起動(dòng)電流大小由電子開關(guān)管IGBT控制，不出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)電流現(xiàn)象，磁極面積大，在磁路中磁通密度B與氣隙磁通密度Bδ相差不大，又是恒定值，不會(huì)像交流電極那樣B下降為0時(shí)作用力也下降為0，所以電動(dòng)機(jī)比交流電動(dòng)機(jī)的利用系數(shù)高，同體積電動(dòng)機(jī)的額定功率比交流電動(dòng)機(jī)大。定子磁極繞組是一個(gè)線卷，不象交流電機(jī)繞組由兩個(gè)以上構(gòu)成，總有電流反向情況存在，相互抵消磁場(chǎng)加大激磁電流，產(chǎn)生過大的無(wú)功電流，因此繞組可以節(jié)省一半的導(dǎo)線重量。技術(shù)性能顯然比變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)要高，節(jié)電數(shù)也比變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)要大，控制響應(yīng)時(shí)間快，所以性價(jià)比高。


附圖1是三相整流量子化調(diào)速鼠籠電動(dòng)機(jī)接線圖。
附圖2是單相整流量子化調(diào)速鼠籠電動(dòng)機(jī)接線圖。
實(shí)施例1量子化調(diào)速鼠籠電動(dòng)機(jī)是由整流電源、量子化控制器、鼠籠電動(dòng)機(jī)構(gòu)成，電動(dòng)機(jī)定子由恒定正、負(fù)磁極中間分別設(shè)置正、負(fù)感應(yīng)電極，如附圖1所示，轉(zhuǎn)子仍是鼠籠型，導(dǎo)條數(shù)最好大于或等于定子磁極總數(shù)的1.5倍以上。當(dāng)采用三相交流電源整流時(shí)，將恒定磁極正、負(fù)繞組反方向串聯(lián)后成為串聯(lián)激磁繞組L0，L1是恒定磁極并聯(lián)繞組，L0串接入整流器和濾波電容C之間，L0并聯(lián)續(xù)流二極管Z0，恒定磁極繞組由串聯(lián)激磁L0繞組及并聯(lián)激磁繞組L1構(gòu)成，L1激磁匝數(shù)應(yīng)是L0額定電流時(shí)激磁安匝數(shù)的20％左右。感應(yīng)電極正、負(fù)繞組反向串聯(lián)后成為感應(yīng)繞組Le，分別經(jīng)電子開關(guān)管G和霍爾直流電流測(cè)量器件H與電源接通，與恒定繞組L0串聯(lián)，Le并聯(lián)續(xù)流二極管Ze，Ze與霍爾電流器件Z與電源負(fù)極接通。電子開關(guān)管控制極電壓由分壓電阻R1、R2及濾波電容C1和穩(wěn)壓管Z1構(gòu)成，控制信號(hào)P由量子化控制器1輸出，霍爾電流信號(hào)經(jīng)接線H輸入給單管控制器1，外控制信號(hào)由輸入3接入，外輸入信號(hào)可以設(shè)置多路輸入口。量子化控制器1的電壓由R3降壓經(jīng)穩(wěn)壓管Z2及濾波電容C2供給，L0對(duì)電容C起限流作用，三相電源線經(jīng)開關(guān)K接入整流器，如附圖1所示。
L0與Le是串聯(lián)并聯(lián)關(guān)系，因當(dāng)G斷電后，整流電流仍經(jīng)L0向C充電形成恒定的激磁電流，L0電壓降是直流，又有續(xù)流二極管Z0，所以L0是恒定磁極。L0與L1產(chǎn)生的磁通密度B0等于0.7Be左右，Be的變化范圍在B0和Bm之間，這樣恒定磁極磁通密度B0與感應(yīng)電極磁通密度Be之間才能滿足(24)式的關(guān)系。感應(yīng)繞組電流通電時(shí)間t1經(jīng)電子開關(guān)管G導(dǎo)通，斷電時(shí)間t2經(jīng)續(xù)流二極管Ze導(dǎo)通，所以電子開關(guān)管導(dǎo)通電流值是感應(yīng)繞組電流值的0.7倍左右，電流在t1時(shí)間內(nèi)從0上升為額定值IN時(shí)關(guān)斷，斷電后IN經(jīng)續(xù)流二極管下降到等于B0時(shí)的激磁電流，為下限電流值，應(yīng)再次通電，當(dāng)負(fù)載變小時(shí)，電流極大值I1m應(yīng)小于IN，t1時(shí)間內(nèi)輸入能量為 斷電后產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的能量是t1時(shí)間內(nèi)輸入的，所以能量是分離值，電壓是不連續(xù)函數(shù)。輸入功率為w1，則
w1=uI1m2·t1t1+t2---(25)]]>感應(yīng)電極Le與霍爾電流器件串聯(lián)后與電源負(fù)極相接，霍爾電流器件與量子化控制器1共地，量子化控制器輸出控制信號(hào)要有光電轉(zhuǎn)換后控制電子開關(guān)管G，才能隔離高電壓。斷電后續(xù)流電壓降等于二極管的管壓降及繞組直流電阻壓降之和。方波脈沖電壓產(chǎn)生感應(yīng)電壓u1輸入能量。由于定子繞組電流平均值小于三相交流電動(dòng)機(jī)三相電流之和，所以導(dǎo)線重量比交流電動(dòng)機(jī)可以節(jié)省一半。
變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)有功功率為w 當(dāng)Cos＝0.8時(shí)，有功電流為0.8I，u為線電壓，I為相電流經(jīng)兩只電子開關(guān)管導(dǎo)通。而量子化調(diào)速鼠籠電動(dòng)機(jī)有功功率為w1則w1＝ueI1ue是線電壓，I1是線電流的平均值，功率因數(shù)等于1。ue是感應(yīng)繞組電壓降，u0是恒定磁極繞組電壓降，當(dāng)ue=u0u0+ue=70%]]>時(shí)，當(dāng)電極容量增大時(shí)，比例值會(huì)提高。
w1＝0.7uI1…………………………(27)I1又有30％是經(jīng)續(xù)流二極管導(dǎo)通，因此單管G導(dǎo)通電流等于變頻逆變器中的電子開關(guān)管1.5倍時(shí)，即可使電動(dòng)機(jī)輸出功率大于或等于變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)的輸出功率。
量子化控制器又不需要更多的測(cè)量和計(jì)算環(huán)節(jié)及輔助電感和電容等器件，成本是變頻逆變器的六分之一足夠。大型電動(dòng)機(jī)可以使用多管并聯(lián)，感應(yīng)電極繞組也可多條導(dǎo)線并聯(lián)，每一只電子開關(guān)管帶一條導(dǎo)線時(shí)即可使電流均勻分配，控制信號(hào)由一路同時(shí)控制，運(yùn)行穩(wěn)定。電子開關(guān)管阻斷電壓等于0.7u，沒有反向電壓，因此耐壓值可比變頻逆變器中電子開關(guān)管低30％，可提高運(yùn)行的可靠性。如果將恒定磁極用永磁材料替代，可節(jié)省L0激磁能量，效率更高。
電動(dòng)機(jī)恒定磁極與感應(yīng)電極數(shù)相等，截面積相等，可分別設(shè)1對(duì)，2對(duì)，3對(duì)等磁極。
控制時(shí)測(cè)試感應(yīng)電極繞組電流，當(dāng)通電時(shí)電流上升速度快，說(shuō)明接近額定轉(zhuǎn)數(shù)了。如果電流上升速度過快，會(huì)出現(xiàn)輸入能量大于軸功率情況，這時(shí)出現(xiàn)恒定磁極處導(dǎo)條成為發(fā)電狀態(tài)，使感應(yīng)電極磁通密度飽和，將能量吸收后電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，出現(xiàn)脈振現(xiàn)象，因此電流上升過快時(shí)應(yīng)延長(zhǎng)斷電時(shí)間，使輸入能量與軸功率平衡。輸入能量過小時(shí)電動(dòng)機(jī)導(dǎo)條動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)Blv下降，會(huì)自動(dòng)減速達(dá)到新的平衡，但不能使感應(yīng)電極電流下降為0再通電，那樣也會(huì)出現(xiàn)脈振現(xiàn)象。因此電流上升速率可分辯出電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)的大與小。量子化調(diào)速鼠籠電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)自身隨負(fù)載變化而改變轉(zhuǎn)速，因此運(yùn)行穩(wěn)定區(qū)間比交流電動(dòng)機(jī)大，控制容易，響應(yīng)速度快，由通電時(shí)間t1和斷電時(shí)間t2的占空比實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。
實(shí)施例2
采用單相交流整流時(shí)的量子化調(diào)速鼠籠電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)本體與三相整流時(shí)相同，但接線發(fā)生變化。由于單相整流后直流電壓必須由濾波電容器將電壓濾成穩(wěn)定直流電壓，因此恒定磁極繞組L0也必須經(jīng)濾波電容器C0濾波后對(duì)L0激磁，C0與L0并聯(lián)，L0不在并聯(lián)續(xù)流二極管，C0與C串聯(lián)后作為單相整流器的濾波電容器，感應(yīng)繞組Le經(jīng)電子開關(guān)管G接在C0與C的接點(diǎn)處，Le經(jīng)霍爾電流器件H接到直流電壓負(fù)極，續(xù)流二極管Ze與Le和霍爾元件串聯(lián)后并聯(lián)，G的控制電壓由電阻R1降壓后經(jīng)二極管Z1穩(wěn)壓后提供，控制信號(hào)由單管控制器1經(jīng)P控制G的通斷?；魻栯娏髌骷盘?hào)由接線2輸入給量子化控制器，控制信號(hào)由接線3輸入。量子化控制器電源由降壓電阻R2降壓后由穩(wěn)壓管Z2穩(wěn)壓，電容器C1濾波成穩(wěn)定直流低電壓。單相電源經(jīng)開關(guān)K接入整流器，整流后供給直流電壓，接線如附圖2所示。控制感應(yīng)繞組電流在額定值與下限值之間變化，控制G的通斷電占空比調(diào)速，其他控制方法與實(shí)施例1相同。量子化控制器可對(duì)外設(shè)置通訊接口，可設(shè)置技術(shù)參數(shù)顯示器。正、反轉(zhuǎn)控制可采用交流接觸器實(shí)現(xiàn)。但電子開關(guān)管G，續(xù)流二極管Ze，霍爾電流器件方向不能變，只改變Le的接線方向。當(dāng)采用永磁材料作為恒定正、負(fù)磁極時(shí)，取消L0繞組，Le磁通密度B值極大值必須高于永磁材料B值，恒定磁極與感應(yīng)電極面積應(yīng)相等。
現(xiàn)有交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)的輸入電壓和電流都是交替換向的交變電壓和電流。唯獨(dú)量子化調(diào)速電動(dòng)機(jī)輸入電壓和電流始終不換向，因此它具有低轉(zhuǎn)速下輸出額定功率的技術(shù)特征，也就是轉(zhuǎn)矩可比額定轉(zhuǎn)速時(shí)高8倍以上的情況下長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。直流電動(dòng)機(jī)雖然過載能力強(qiáng)但不能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。因?yàn)槿匀灰蓳Q向電流產(chǎn)生感應(yīng)電壓與直流電壓相抵使電流下降為0，速度低后，感應(yīng)電壓低而電流增大而過載。但量子化調(diào)速電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)能儲(chǔ)存后轉(zhuǎn)化為軸功率，而電流由電子開關(guān)管G量子化方式控制大小，不是用感應(yīng)電壓控制電流，所以在低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩情況下可以輸出額定功率而不過載，并長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。這可省去結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)械式減速箱。
量子化調(diào)速電動(dòng)機(jī)有三種運(yùn)行控制方式。第一種是恒轉(zhuǎn)速控制方式，即感應(yīng)繞組通電時(shí)間t1與斷電時(shí)間t2之和等于常數(shù)的運(yùn)行方式。穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載變小時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速加快，Blv增大，因此在t1時(shí)間內(nèi)感應(yīng)電極電流上升速率變小，應(yīng)該減小t1時(shí)間，增大t2時(shí)間，達(dá)到新的平衡，仍保持t1+t2時(shí)間不變。當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載加大時(shí)，轉(zhuǎn)速減小，Blv減小，因此在t1時(shí)間內(nèi)感應(yīng)電極電流上升速率變大，應(yīng)該增大t1時(shí)間，減小t2時(shí)間，達(dá)到新的平衡，保持t1+t2時(shí)間不變，控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速恒定運(yùn)行，這時(shí)感應(yīng)繞組平均電流I1隨外負(fù)載變化。電動(dòng)機(jī)負(fù)載功率與損耗功率之和等于w，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)恒定為n，則n=wuI1t1]]>第二種恒轉(zhuǎn)矩控制方式，固定t1與t2的比例關(guān)系不變，當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載變小時(shí)，轉(zhuǎn)速加快，Blv增大，t1時(shí)間內(nèi)感應(yīng)電極電流上升速率變小，應(yīng)該同時(shí)減小t1與t2，仍保持t1與t2的比例關(guān)系不變，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)加大，轉(zhuǎn)矩不變。當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載加大時(shí)，轉(zhuǎn)速減小，Blv減小，感應(yīng)電極電流上升速率變大，應(yīng)同時(shí)增大t1與t2，保持t1與t2的比例關(guān)系不變，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)減小，轉(zhuǎn)矩不變。
Tn=PNnN(N·m)]]>pN——電動(dòng)機(jī)額定功率(kw)nN——電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速(r/min)上面兩種控制方式是同步運(yùn)行工作狀態(tài)。
第三種是恒功率控制方式，這種控制方式會(huì)使電動(dòng)機(jī)進(jìn)入異步狀態(tài)下工作。對(duì)于要求轉(zhuǎn)數(shù)很小的狀態(tài)有意義，當(dāng)要求電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)很小時(shí)可以輸出為恒定功率。為了能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，必須保持感應(yīng)電極電流不大于額定電流才行。因此控制t1時(shí)間內(nèi)電流上升到恒定極大值時(shí)斷電，當(dāng)電流下降到二分之一時(shí)(二分之一比例數(shù)可適當(dāng)調(diào)整)再次通電，因?yàn)锽lv小，電流上升速率非?？?，因此t1時(shí)間很小，而儲(chǔ)存電子動(dòng)能很大，故t2時(shí)間較大，因此t1+t2時(shí)間較大，由于負(fù)載非常大，最大轉(zhuǎn)矩可達(dá)額定轉(zhuǎn)矩的8倍以上，所以轉(zhuǎn)子在t1+t2時(shí)間內(nèi)不可能轉(zhuǎn)過一個(gè)磁極位置，要在D倍的t1+t2時(shí)間才能轉(zhuǎn)過一個(gè)磁極位置(是一個(gè)恒定磁極和一個(gè)感應(yīng)電極之和的位置)，因此重復(fù)通、斷電D次，才能轉(zhuǎn)過一個(gè)恒定磁極和感應(yīng)磁極的位置，(當(dāng)然也可以控制在t1時(shí)間內(nèi)電流上升到額定電流極大值)，這樣保持電動(dòng)機(jī)輸出功率恒定，是異步運(yùn)行工作狀態(tài)。量子化調(diào)速電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可比額定轉(zhuǎn)矩大8倍以上，因此可以在低轉(zhuǎn)速下長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。這時(shí)在周期T內(nèi)可以由G控制(t1+t2)重復(fù)D次，即Tc(t1+t2)=D]]>T——電動(dòng)機(jī)額定周期，等于額定負(fù)載時(shí)的通電時(shí)間與斷電時(shí)間之和，T＝t1+t2，相當(dāng)于交流電動(dòng)機(jī)的半周期。
Tc——電動(dòng)機(jī)實(shí)際工作時(shí)的周期。
D——起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的倍數(shù)。
這三種控制方式也適用于實(shí)施例1。
現(xiàn)有交流電動(dòng)機(jī)或直流電動(dòng)機(jī)電源輸入的電壓是連續(xù)函數(shù)，而量子化調(diào)速電動(dòng)機(jī)電源輸入的電壓不是連續(xù)函數(shù)，而是突變的脈沖值，脈沖值的大小為分離值，與量子化分離值的物理意義相一致，電流、電壓、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速之間的定量關(guān)系也是由量子力學(xué)導(dǎo)出的，因此稱為量子化調(diào)速鼠籠電動(dòng)機(jī)。
量子化調(diào)速鼠籠電動(dòng)機(jī)的發(fā)明是量子力學(xué)求解出磁場(chǎng)能量與電場(chǎng)能量及電子動(dòng)能的定量關(guān)系，正確理解無(wú)功電流是導(dǎo)線中總電流形成的而并非只有激磁電流才產(chǎn)生無(wú)功，并且能量是存儲(chǔ)在導(dǎo)線中，并等于電子動(dòng)能，因此是由量子力學(xué)知識(shí)運(yùn)用到宏觀電路后發(fā)明的。量子化調(diào)速電動(dòng)機(jī)具有成本低、控制簡(jiǎn)單、靈活、響應(yīng)速度快、效率最高、轉(zhuǎn)矩大、過載能力強(qiáng)、有自身調(diào)節(jié)能力的高性價(jià)比產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.量子化調(diào)速鼠籠電動(dòng)機(jī)由整流電源、量子化控制器、鼠籠電動(dòng)機(jī)構(gòu)成，鼠籠電動(dòng)機(jī)定子由恒定正、負(fù)磁極在其中間分別設(shè)置感應(yīng)正、負(fù)電極，仍為鼠籠型轉(zhuǎn)子，感應(yīng)電極繞組Le并聯(lián)續(xù)流二極管，由量子化控制器控制電子開關(guān)管G通、斷直流方波電壓，測(cè)量繞組Le電流值并控制在額定值與下限值之間，控制通、斷時(shí)間占空比調(diào)速，改變Le接線方向控制正、反轉(zhuǎn)，恒定磁極繞組安匝數(shù)小于感應(yīng)電極繞組安匝數(shù)，恒定磁極繞組采用直流電壓供電，量子化調(diào)速鼠籠電動(dòng)機(jī)可實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)數(shù)、恒轉(zhuǎn)矩、恒功率三種運(yùn)行方式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述，鼠籠電動(dòng)機(jī)定子磁路與轉(zhuǎn)子磁路盡量縮小漏磁通，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條數(shù)大于等于定子極數(shù)1.5倍，恒定磁極與感應(yīng)電極截面積相等，交替分布，可以采用永磁材料替代恒定磁極，省去繞組L0，感應(yīng)繞組并聯(lián)續(xù)流二極管Ze，斷電后儲(chǔ)存磁場(chǎng)能量并由轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而吸收直接轉(zhuǎn)化為軸功率，改變Le接線方向可控制正、反轉(zhuǎn)。
全文摘要
量子化調(diào)速鼠籠電動(dòng)機(jī)是用量子力學(xué)求解宏觀電路中磁場(chǎng)能量等于電子運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能后發(fā)明的，它由整流電路、鼠籠電動(dòng)機(jī)及量子化控制器構(gòu)成的無(wú)級(jí)調(diào)速電動(dòng)機(jī)，定子由恒定正、負(fù)磁極中間分別設(shè)置感應(yīng)正、負(fù)電極構(gòu)成，恒定磁極繞組由直流激磁，感應(yīng)電極繞組由電子開關(guān)管輸入方波脈沖電壓，并聯(lián)續(xù)流二極管，使鼠籠轉(zhuǎn)子產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，由轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)將磁場(chǎng)能量吸收而快速去磁，因此功率因數(shù)等于1，效率最高，由量子化控制器控制方波電壓的占空比實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，恒轉(zhuǎn)速、恒轉(zhuǎn)矩、恒功率三種量子化控制運(yùn)行方式，使起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可比額定轉(zhuǎn)矩大8倍以上，而且可以長(zhǎng)期在低速狀態(tài)下輸出額定功率穩(wěn)定運(yùn)行，省去機(jī)械式減速器。
文檔編號(hào)H02P25/00GK1819446SQ200610045810
公開日2006年8月16日 申請(qǐng)日期2006年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月8日
發(fā)明者王有元 申請(qǐng)人:王有元