專利名稱：實現(xiàn)單相交流電機多級調速的方法及控制電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及單相電機技術領域，尤其涉及一種實現(xiàn)單相交流電機多級調速的方法 及控制電路。
背景技術：
單相交流電機結構簡單、啟動快速、轉速穩(wěn)定，被廣泛應用在電風扇、排風扇、抽油 煙機等家用電器中。當單相正弦電流通過定子繞組時，電動機就會產(chǎn)生一個交變磁場，這個 磁場的強弱和方向隨時間作正弦規(guī)律變化，但在空間方位上是固定的，所以又稱這個磁場 是交變脈動磁場。這個交變脈動磁場可分解為兩個以相同轉速、旋轉方向互為相反的旋轉 磁場，當電動機向某一方向旋轉時(如順時針方向旋轉)，這時轉子與順時針旋轉方向的旋 轉磁場間的切割磁力線運動變小，轉子與逆時針旋轉方向的旋轉磁場間的切割磁力線運動 變大，轉子將產(chǎn)生一定的電磁轉矩順著推動方向旋轉起來。在輸入交流電流頻率固定和轉 子磁極對數(shù)不變的情況下，單相電動機的轉速與輸入的交流電壓成正比。單相交流電機通常采用抽頭分壓法選擇不同的運轉速度，如分兩速、三速、五速 等，通常電機只能分別接通抽頭穩(wěn)定運行在某一個速度，要想單相電機實現(xiàn)連續(xù)或多級調 速，只能采用更換其他類型的電機并增加昂貴的變頻調速或者直流調速控制器實現(xiàn)。另外 一種調速方案為通過可控硅調節(jié)導通角改變電機交流電壓的方法實現(xiàn)調速，但存在諧波電 流污染電網(wǎng)和電機運行噪聲嚴重等問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供了一種實現(xiàn)單相交流電機多級調速的方法，解決了現(xiàn)有單相交流電機 實現(xiàn)多級調速成本高昂或實現(xiàn)后會污染電網(wǎng)和電機運行噪聲大的問題。一種實現(xiàn)單相交流電機多級調速的方法，所述的單相交流電機包括低速抽頭和高 速抽頭，低速抽頭和高速抽頭分別導入輸入電流后，單相交流電機實現(xiàn)兩種不同的轉速，將單相交流電機的輸入電流劃分為若干個連續(xù)的輸入周期，每個輸入周期含有η 個周波，電機工作時，將每個輸入周期內m個連續(xù)的周波輸入到低速抽頭，將每個輸入周期 內剩余的周波輸入到高速抽頭，單相交流電機通過調整m的大小調節(jié)轉速，n、m為整數(shù)， η > 2，0 < m < η。在一輸入周期內，本發(fā)明電機有兩種輸入電流，當接通低速抽頭時，產(chǎn)生一個相對 較小的旋轉力矩，當接通高速抽頭時，產(chǎn)生一個相對較大的旋轉力矩。由于是一個周期性的 旋轉力矩大小切換，且切換時間相對頻繁，因此在電機帶動風輪運轉時不會發(fā)生短時突變， 而是經(jīng)過疊加得到一個新的大小的轉矩，使得轉速穩(wěn)定在最高轉速和最低轉速之間。同時采取輸入電機電流為整周波數(shù)，可以使產(chǎn)生的轉矩周期性的交替連續(xù)變化， 避免轉動力矩被再次分割為大小不等的其他狀態(tài)，避免諧波污染和降低噪聲。綜上所述，當轉速增大時，在一段時間內施加在電機上的平均電壓也是逐漸增大 的，其調速原理仍舊是通過調節(jié)輸入電機的電壓來調節(jié)轉速。
優(yōu)選地，所述的η不大于16，因為η太大，會造成電機蠕轉(忽快忽慢)，達不到勻 速轉動的目的。本發(fā)明還提供了一種單相交流電機輸入電流的控制電路，由控制器和兩個與控制 器連接的雙向可控硅組成，兩個雙向可控硅分別連接單相交流電機的高速抽頭和低速抽 頭；輸入電流被劃分為若干連續(xù)的輸入周期，每個輸入周期包含η個周波，控制器通過控制 兩個雙向可控硅將每個輸入周期內的η個周波分為連續(xù)的兩部分并分別輸入到高速抽頭 和低速抽頭。 該方法與前述的方法基本一致，只是將每個輸入的周期內的其中一部分周波的電 壓調高或調低，電機可以有一個輸入端或多個輸入端，調速時只使用一個輸入端。這樣整個 輸入周期輸入到電機中時，電機產(chǎn)生了兩種大小的力矩，通過調整這兩種力矩的時間比，就 可以實現(xiàn)電機轉速的調整。本發(fā)明還提供了另一種實現(xiàn)單相交流電機多級調速的方法，包括將單相交流電機的輸入電流劃分為若干個連續(xù)的輸入周期，每個輸入周期含有ρ 個周波，電機工作時，將每個輸入周期內q個連續(xù)的周波直接輸入單相交流電機，將每個輸 入周期內剩余的周波的電壓調高或調低后再輸入單相交流電機，單相交流電機通過調整q 的大小調節(jié)轉速，P、q為整數(shù)，P彡2，0彡q彡ρ。優(yōu)選地，所述的ρ不大于16，因為ρ太大，同樣會造成電機蠕轉，達不到勻速轉動的 目的。優(yōu)選地，每個輸入周期內剩余的周波的電壓被調高或調低后，增加的電壓或減少 的電壓不超出原始電壓的30 %。電壓增加太多或減少太多，同樣會造成電機蠕轉。本發(fā)明提供了另一種單相交流電機輸入電流的控制電路，由控制器、與控制器連 接的雙向可控硅以及與雙向可控硅并聯(lián)的調速電抗器組成，雙向可控硅和調速電抗器的輸 出端連接單相交流電機的輸入端；輸入電流被劃分為若干連續(xù)的輸入周期，每個輸入周期 包含P個周波，控制器通過控制雙向可控硅使每個輸入周期內q個連續(xù)的周波直接輸入單 相交流電機，使得每個輸入周期內剩余的周波通過調速電抗器調低電壓后再輸入單相交流 電機。本發(fā)明方法通過將輸入電流劃分為若干含整數(shù)個周波的輸入周期，每個輸入周期 又被劃分為兩部分輸入到電機的高速抽頭和低速抽頭，或者將每個輸入周期劃分為兩部分 并改變其中一部分的電壓，通過改變兩部分的比例，實現(xiàn)對電機轉速的調整，不會對電網(wǎng)產(chǎn) 生污染，成本低廉，而且電機運行穩(wěn)定，噪聲較小。


圖1為本發(fā)明實施例1控制電路的結構示意圖；圖2為本發(fā)明實施例2控制電路的示意圖3為實施例2中電抗器串聯(lián)雙向可控硅TL后的控制電路示意圖。
具體實施例方式實施例1如圖1所示，一種單相交流電機輸入電流的控制電路，由控制器1 (STM8S103K2)、 與控制器1連接的雙向可控硅TL以及雙向可控硅TH組成，雙向可控硅TH以及雙向可控硅TL分別連接單相交流電機的高速抽頭2和低速抽頭3。該單相交流電機的輸入電流被劃分為若干連續(xù)的輸入周期，輸入周期的數(shù)量是根 據(jù)輸入時間而定的，時間越長，輸入周期越多。每個輸入周期內含有8個周波，當然周波數(shù) 量是可以調整的，至少為兩個，周波數(shù)量越多，電機的轉速級數(shù)越多。但不是越多越好，雖然 越多所能調的級數(shù)越多。但是一方面工作時不需要那么多的級數(shù)，另一方面周波數(shù)太多，會 造成電機蠕轉。一般一個輸入周期的周波數(shù)一般不大于16個，使用市電時一個輸入周期即 為320ms，最好設置為6 10個。在電機工作時，在一個輸入周期內，控制器1先控制雙向可控硅TL導通，雙向可控 硅TH斷開，將8個周波中的m個周波輸入低速抽頭3，此時電機轉速理論上為最低，輸入完 成后控制器1控制雙向可控硅TH導通，雙向可控硅TL斷開，使得剩余的8-m個周波輸入高 速抽頭2，此時電機轉速理論上為最高。單相交流電機一般使用市電，其輸入電流頻率為50Hz，每個周波的周期為20ms，8 個周波總共160ms，在160ms時間內實現(xiàn)兩種轉速的切換，根據(jù)發(fā)明內容闡述的原理，最終 使得電機實現(xiàn)一個介于最低轉速和最高轉速之間的均勻轉速。m是整數(shù)，通過調整m的大 小，可以實現(xiàn)電機轉速的調整，具體調節(jié)如下表所示 從上表可以看出，通過調整m的大小，電機可以實現(xiàn)9級的轉速。實施例2如圖2所示，另一種單相交流電機輸入電流的控制電路，由控制器1、與控制器1連 接的雙向可控硅TH和與雙向可控硅TH并聯(lián)的調速電抗器4組成。雙向可控硅TH和調速 電抗器4的輸出端連接電機，輸入端通過開關k連接電源，可導入單相電流。同樣，該單相交流電機的輸入電流被劃分為若干連續(xù)的輸入周期，每個輸入周期 中含有8個周波，合上開關k后，同時控制器1發(fā)出信號使得雙向可控硅TH導通，輸入電流 每個輸入周期內q個周波直接輸入單相交流電機，此時電機轉速理論上為最高，輸入完成 后控制器1控制雙向可控硅TH截止，使得剩余的8-q個周波流過調速電抗器4，調速電抗器 4將分掉部分輸入電壓，使得剩余的輸入單相交流電機的8-q個周波的電壓降低，此時電機 轉速理論上為最低。
如上所述，單相交流電機在短時間內在兩種轉速之間不段切換，最終實現(xiàn)一個介 于最高轉速和最低轉速之間均勻轉速，最終轉速可以通過調整q的大小調節(jié)。同樣的道理， 每個輸入周期內周波數(shù)量不是越多越好，一般不大于16個，最好是設置在6 10個之間。另外，調速電抗器4的分壓也有限度，其分壓造成周波電壓下降的幅度最好不要 超過原始電壓的30 %。雖然調速電抗器4分的電壓越大，轉速調節(jié)跨度越大，但會造成兩種 轉速相差太多而使最終轉速不均勻。另外，也可以在調速電抗器4處設置將電壓調高的裝 置，但需要在不改變輸入電流頻率的前提下，同樣可以實現(xiàn)電機的多級調速。如圖3所示，上述控制電路也可以在調速電抗器4輸入端串聯(lián)一雙向可控硅TL，取 消開關k，不需要對開關k進行單獨操作，由控制器1來單獨控制每個輸入周期內兩部 分周 波輸入電機。
權利要求
一種實現(xiàn)單相交流電機多級調速的方法，所述的單相交流電機包括低速抽頭和高速抽頭，低速抽頭和高速抽頭分別導入輸入電流后，單相交流電機實現(xiàn)兩種不同的轉速，其特征在于將單相交流電機的輸入電流劃分為若干個連續(xù)的輸入周期，每個輸入周期含有n個周波，電機工作時，將每個輸入周期內m個連續(xù)的周波輸入到低速抽頭，將每個輸入周期內剩余的周波輸入到高速抽頭，單相交流電機通過調整m的大小調節(jié)轉速，n、m為整數(shù)，n≥2，0≤m≤n。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所述的n不大于16。
3.一種單相交流電機輸入電流的控制電路，其特征在于由控制器和兩個與控制器連 接的雙向可控硅組成，兩個雙向可控硅分別連接單相交流電機的高速抽頭和低速抽頭；輸 入電流被劃分為若干連續(xù)的輸入周期，每個輸入周期包含n個周波，控制器通過控制兩個 雙向可控硅將每個輸入周期內的n個周波分為連續(xù)的兩部分并分別輸入到高速抽頭和低 速抽頭。
4.一種實現(xiàn)單相交流電機多級調速的方法，其特征在于將單相交流電機的輸入電流劃分為若干個連續(xù)的輸入周期，每個輸入周期含有P個周 波，電機工作時，將每個輸入周期內q個連續(xù)的周波直接輸入單相交流電機，將每個輸入周 期內剩余的周波的電壓調高或調低后再輸入單相交流電機，單相交流電機通過調整q的大 小調節(jié)轉速，P、q為整數(shù)，P彡2，0彡q彡p。
5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于所述的p不大于16。
6.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于每個輸入周期內剩余的周波的電壓被調 高或調低后，電壓增加或減少的幅度不超出原始電壓的30%。
7.一種單相交流電機輸入電流的控制電路，其特征在于由控制器、與控制器連接的 雙向可控硅以及與雙向可控硅并聯(lián)的調速電抗器組成，雙向可控硅和調速電抗器的輸出 端連接單相交流電機的輸入端；輸入電流被劃分為若干連續(xù)的輸入周期，每個輸入周期包 含P個周波，控制器通過控制雙向可控硅使每個輸入周期內q個連續(xù)的周波直接輸入單相 交流電機，使得每個輸入周期內剩余的周波通過調速電抗器調低電壓后再輸入單相交流電 機。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種實現(xiàn)單相交流電機多級調速的方法，所述的單相交流電機包括低速抽頭和高速抽頭，低速抽頭和高速抽頭分別導入輸入電流后，單相交流電機實現(xiàn)兩種不同的轉速；將單相交流電機的輸入電流劃分為若干個連續(xù)的輸入周期，每個輸入周期含有n個周波，每個周期內的n個周波被分為連續(xù)的兩部分并輸入低速抽頭和高速抽頭，單相交流電機通過調整兩部分波數(shù)比例調整轉速。本發(fā)明方法通過將輸入電流劃分為若干含整數(shù)個周波的輸入周期，每個輸入周期又被劃分為兩部分輸入到電機的高速抽頭和低速抽頭，通過改變兩部分的比例，實現(xiàn)對電機轉速的調整，不會對電網(wǎng)產(chǎn)生污染，成本低廉，而且電機運行穩(wěn)定，噪聲較小。
文檔編號H02P25/04GK101873099SQ200910154958
公開日2010年10月27日 申請日期2009年12月7日 優(yōu)先權日2009年12月7日
發(fā)明者俞孝鋒, 曾潤濤, 秦華勝, 秦燕麗, 錢立, 鮑衛(wèi)兵 申請人:杭州智源電子有限公司;新濤華宇控股集團有限公司