專利名稱：同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型還涉及電機(jī)控制領(lǐng)域，具體說(shuō)為一種同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前的永磁同步電動(dòng)機(jī)均以固定的接法(Y接或Δ接)運(yùn)行。永磁同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速升高，由于永磁體的特性決定，永磁同步電動(dòng)機(jī)的弱磁性能較差，反電勢(shì)將隨著轉(zhuǎn)速的升高而升高，限制了永磁同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行區(qū)域。通用的永磁同步電動(dòng)機(jī)，在額定轉(zhuǎn)速(ηΝ)以下為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，在額定轉(zhuǎn)速(ηΝ)以上為恒功率調(diào)速，在額定轉(zhuǎn)速以下可以實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，但不能實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)速。見(jiàn)圖1，為現(xiàn)有同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速曲線。 這樣，很難同時(shí)兼顧低速與高速性能，尤其需要大轉(zhuǎn)速范圍恒功率調(diào)速場(chǎng)合，不得不使用變速機(jī)構(gòu)，通過(guò)機(jī)械變速，以求達(dá)到恒功率調(diào)速的目的。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行系統(tǒng)，能使電機(jī)運(yùn)行在恒功率區(qū)域中，并提高最大轉(zhuǎn)速。本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案一種同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行系統(tǒng)，其特征是包括控制器，提供電機(jī)電源，記錄電機(jī)當(dāng)前參數(shù)和接法；程序控制單元，接收所述控制器的信號(hào)，設(shè)定電機(jī)下一個(gè)接法；切換控制電路，包括多個(gè)與定子繞組連接的開(kāi)關(guān)，根據(jù)程序控制單元的信號(hào)對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行選擇性連接；編碼器，接受控制器發(fā)出的指令進(jìn)行相位調(diào)節(jié)。優(yōu)選地，所述編碼器設(shè)于電機(jī)上，當(dāng)定子繞組接法發(fā)生接法轉(zhuǎn)變時(shí)，控制器對(duì)編碼器補(bǔ)償電角度差。優(yōu)選地，所述電角度差為士30°。采用本實(shí)用新型所涉及的同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行系統(tǒng)，能擴(kuò)展永磁同步電動(dòng)機(jī)的速度范圍，并可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的階梯形恒功率調(diào)速，因此可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的異步電動(dòng)機(jī)與變速箱的結(jié)合來(lái)進(jìn)行調(diào)速。不僅可以達(dá)到上述目的，而且能精簡(jiǎn)機(jī)械設(shè)備的傳動(dòng)裝置，并提高效率，節(jié)約成本，而且降低能耗。

圖1為現(xiàn)有同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速曲線。圖2為具體實(shí)施方式
中表1中狀態(tài)1至狀態(tài)3的具體接法，其中T。(o = 1,2, 3，......)為各定子繞組端。圖3為圖2中接法所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速曲線。圖4為本實(shí)用新型涉及的同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行系統(tǒng)。[0017]圖5為原來(lái)的數(shù)控機(jī)床調(diào)速方案示意圖。圖6為采用本實(shí)用新型的技術(shù)方案后的數(shù)控機(jī)床調(diào)速方案示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型涉及的同步電動(dòng)機(jī)包括多組三相定子繞組，程序控制單元和切換控制電路，所述運(yùn)行方法為(1)當(dāng)電機(jī)運(yùn)行在功率輸出恒定時(shí)，程序控制單元判斷此時(shí)的定子繞組接法；(2)當(dāng)定子繞組為星形連接時(shí)，程序控制單元通過(guò)切換控制電路改變接法，由星形接法(Y接)轉(zhuǎn)為三角形接法(△接)；當(dāng)定子繞組為三角形接法時(shí)，程序控制單元通過(guò)切換控制電路改變接法，由三角形接法轉(zhuǎn)為星形接法；(3)接法轉(zhuǎn)變后等待下一次電機(jī)恒功率轉(zhuǎn)換。所述切換控制電路為包括多個(gè)與定子繞組連接的開(kāi)關(guān)，根據(jù)程序控制單元的信號(hào)對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行選擇性連接。另外，當(dāng)定子繞組接法發(fā)生轉(zhuǎn)變時(shí)，控制器對(duì)電機(jī)中的編碼器補(bǔ)償電角度差。所述電角度差為士30°。同步電機(jī)各接法轉(zhuǎn)換后的相互關(guān)系式如下(a為三相定子繞組的支路數(shù)，η為各條支路上的繞組線圈數(shù))當(dāng)a在轉(zhuǎn)變前后不變時(shí)，aY接變a Δ接后感應(yīng)電勢(shì)關(guān)系公式Ε3Δ = 1. 732XEaY(1)當(dāng)接法不變，a改變時(shí)，ειΥ(ειΔ)接變naY(naA)接后感應(yīng)電勢(shì)關(guān)系公式EnaY = nXEaY 或 ΕωΔ = ηXΕ3Δ(2)當(dāng)a和接法都發(fā)生改變時(shí)，a Δ (aY)接變naY (na Δ )接后感應(yīng)電勢(shì)關(guān)系公式EnaY = η/1· 732ΧΕ3Δ 或^^八=ηΧ1· 732XEaY (3)同步電機(jī)的電勢(shì)方程為(U 電機(jī)相電壓；I 定子相電流；Z 定子阻抗；E 反電勢(shì))U = E+IXZ(4)由式(1)可知當(dāng)定子繞組a不發(fā)生變化時(shí)，無(wú)論是Y接變?chǔ)そ?，還是Δ接變Y 接，都能改變反電勢(shì)E ；由式⑵可知不改變星、三角接法只改變a亦可改變反電勢(shì)E ；由式(3)可知同時(shí)變星、三角接法和a也可改變反電勢(shì)E ；由式⑷可知電動(dòng)機(jī)相電壓U必須大于反電勢(shì)E ；由于反電勢(shì)在磁場(chǎng)一定的情況下與轉(zhuǎn)速成正比。因此，進(jìn)行繞組轉(zhuǎn)換后，永磁同步電機(jī)反電勢(shì)E增大或減小，則永磁電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速隨著增大或減小，進(jìn)而轉(zhuǎn)矩則減小或增大。本實(shí)用新型涉及的永磁同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行方法是通過(guò)不同的定子繞組接法組合，以調(diào)整永磁同步電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)，進(jìn)而提高永磁同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行區(qū)域，達(dá)到了大轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的階梯形恒功率調(diào)速特性，這樣極大的提高了永磁同步電動(dòng)機(jī)的使用范圍，使恒功率直驅(qū)成為可能。需要注意的，永磁同步電動(dòng)機(jī)Y接與△接轉(zhuǎn)換后，編碼器角度由控制器調(diào)節(jié)(Y 接與Δ接有30度電角度的差值)。設(shè)每相定子線圈數(shù)為2，則定子繞組接法組合見(jiàn)下表1 (其中參數(shù)n、a與上同)[0040]
狀態(tài)123η221a112接法IY1Δ2Y表1見(jiàn)圖2，為上表中狀態(tài)1、2、3的具體接法，其中T。(o = 1，2，3，......)為各定子繞
組端，而圖3為圖2中接法所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速曲線。顯然，接法轉(zhuǎn)換可擴(kuò)展永磁同步電動(dòng)機(jī)的速度范圍。設(shè)每相定子線圈數(shù)為16，則定子繞組接法組合見(jiàn)下表2 (其中參數(shù)n、a與上同)
狀態(tài)12345678910η161688442211a112244881616接法IY1Δ2Y2Δ4Y4Δ8Y8Δ16Y16 Δ表2設(shè)每相定子線圈數(shù)為對(duì)，則定子繞組接法組合見(jiàn)下表3 (其中參數(shù)n、a與上同)
狀態(tài)12345678910η242488442211a11336612122424接法IY1Δ3Y3Δ6Υ6Δ12Υ12 Δ24Υ24 Δ表 3顯然，由以上幾種實(shí)施例可以得出，當(dāng)設(shè)定了定子線圈數(shù)，就能實(shí)現(xiàn)兩種接法的連續(xù)轉(zhuǎn)換，并且，隨著定子線圈數(shù)越大，轉(zhuǎn)換狀態(tài)能持續(xù)下去。由上表2、3也可以得知，繞組也可以從第一狀態(tài)直接進(jìn)入第三狀態(tài)，再轉(zhuǎn)變到第四狀態(tài)。雖然在異步電機(jī)的啟動(dòng)時(shí)也有接法上的轉(zhuǎn)變，即Y接變換到Δ接或Δ接變換到 Y接，但這種轉(zhuǎn)變只能應(yīng)用在異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)場(chǎng)合，是為了降低或增加異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩，同時(shí)會(huì)引起異步電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)的欠勵(lì)或過(guò)飽和，所以電機(jī)啟動(dòng)完畢后，必須采用額定的接法運(yùn)行，而不能在額定工況運(yùn)行時(shí)進(jìn)行兩種接法間的相互轉(zhuǎn)換。而采用本實(shí)用新型涉及的運(yùn)行方法就可以使同步電機(jī)在額定工況下，進(jìn)行不同的繞組接法之間的轉(zhuǎn)換，使電機(jī)運(yùn)行在不同轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，已達(dá)到使用要求。另外，異步電動(dòng)機(jī)為感應(yīng)電機(jī)，其轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)由定子感應(yīng)而來(lái)，所以Y接與△接變換后，沒(méi)有電角度的區(qū)別，但同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)是不發(fā)生改變，所以永磁同步電動(dòng)機(jī)存在電角度問(wèn)題，需通過(guò)對(duì)如編碼器進(jìn)行調(diào)控才能解決。圖4為本實(shí)用新型涉及的同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行系統(tǒng)。包括控制器，提供電機(jī)電源，記錄電機(jī)當(dāng)前參數(shù)和接法；程序控制單元，接收所述控制器的信號(hào)，設(shè)定電機(jī)下一個(gè)接法；切換控制電路，包括多個(gè)與定子繞組連接的開(kāi)關(guān)，根據(jù)程序控制單元的信號(hào)對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行選擇性連接；編碼器，接受控制器發(fā)出的指令進(jìn)行相位調(diào)節(jié)。其中，控制器主要提供驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電源及記錄電機(jī)當(dāng)前參數(shù)和接法，所述電機(jī)參數(shù)包括輸出電壓、電流等，另外，控制器還需對(duì)編碼器信號(hào)進(jìn)行反饋；程序控制單元決定定子繞組接法；而切換控制電路能實(shí)現(xiàn)繞組接法的轉(zhuǎn)換；當(dāng)定子繞組接法發(fā)生轉(zhuǎn)變時(shí)，控制器對(duì)設(shè)于電機(jī)上的編碼器補(bǔ)償電角度差。以數(shù)控機(jī)床為例，數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)一般由驅(qū)動(dòng)器(變頻器)+變頻異步電動(dòng)機(jī)+變速箱構(gòu)成。通過(guò)變速箱，進(jìn)行各檔轉(zhuǎn)速間切換，以期實(shí)現(xiàn)低速(大扭矩)與高速(恒功率)切削之間的轉(zhuǎn)換。而采用實(shí)用新型的技術(shù)方案，由于采用不同繞組結(jié)構(gòu)之間的轉(zhuǎn)換， 從而實(shí)現(xiàn)了低速大扭矩到高速小扭矩，大范圍恒功率區(qū)間運(yùn)行。使數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)器(變頻器)+變頻異步電動(dòng)機(jī)+變速箱，轉(zhuǎn)變?yōu)橛来磐剿欧姍C(jī)直接驅(qū)動(dòng)，達(dá)到調(diào)整數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)速的目的。由此可見(jiàn)，主要的優(yōu)點(diǎn)為①去掉了變速箱，提高了機(jī)床的精度； ②提高了機(jī)床的響應(yīng)速度；③節(jié)約成本；④提高了傳動(dòng)系統(tǒng)的效率，降低能耗。見(jiàn)圖5-6，分別為原來(lái)的數(shù)控機(jī)床調(diào)速方案示意圖，和采用本實(shí)用新型的技術(shù)方案后的數(shù)控機(jī)床調(diào)速方案示意圖。
權(quán)利要求1.一種同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行系統(tǒng)，其特征是包括 控制器，提供電機(jī)電源，記錄電機(jī)當(dāng)前參數(shù)和接法；程序控制單元，接收所述控制器的信號(hào)，設(shè)定電機(jī)下一個(gè)接法； 切換控制電路，包括多個(gè)與定子繞組連接的開(kāi)關(guān)，根據(jù)程序控制單元的信號(hào)對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行選擇性連接；編碼器，接受控制器發(fā)出的指令進(jìn)行相位調(diào)節(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行系統(tǒng)，其特征是所述編碼器設(shè)于電機(jī)上， 當(dāng)定子繞組接法發(fā)生接法轉(zhuǎn)變時(shí)，控制器對(duì)編碼器補(bǔ)償電角度差。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行系統(tǒng)，其特征是所述電角度差為士30°。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行系統(tǒng)。所述同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行系統(tǒng)包括控制器，提供電機(jī)電源，記錄電機(jī)當(dāng)前參數(shù)和接法；程序控制單元，接收所述控制器的信號(hào)，設(shè)定電機(jī)下一個(gè)接法；切換控制電路，包括多個(gè)與定子繞組連接的開(kāi)關(guān)，根據(jù)程序控制單元的信號(hào)對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行選擇性連接；編碼器，接受控制器發(fā)出的指令進(jìn)行相位調(diào)節(jié)。采用本實(shí)用新型所涉及的同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行系統(tǒng)，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的異步電動(dòng)機(jī)與變速箱的結(jié)合來(lái)進(jìn)行調(diào)速。不僅可以達(dá)到上述目的，而且能精簡(jiǎn)機(jī)械設(shè)備的傳動(dòng)裝置，并提高效率，節(jié)約成本，而且降低能耗。
文檔編號(hào)H02P6/08GK201976055SQ20112010205
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月8日
發(fā)明者于孟璐, 姜瑜, 崔登飛, 聶亞鵬, 高曉燕 申請(qǐng)人:上海奧聞電機(jī)有限公司