交流电动机的步进调速及装置制造方法及图纸

应用半导体电力电子器件控制供电频率并改变定子电流方向来调节交流感应电动机速度的方法及装置。本发明专利技术利用计算机控制电路产生的脉冲分配于电机定子绕组，借以形成步进磁场，而调节其步进角和步进频率实现电机调速。它包括将脉冲分配回路产生的脉冲信号轮流通电于电机各相绕组，产生步进角；计算机用８路脉冲信号输出控制直流斩波器和三相桥式晶闸管开关的通断，或者计算机用１２路脉冲信号控制交流电网直接供电的电压换流三相晶闸管开关等。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于应用电力电子器件控制流过三相交流电动机定子绕组中的电流方向及通电时间，在普通三相交流电动机中形成步进磁场用以调节电动机转速的方法及装置。研究人员已经注意到，以某种特定方式给普通三相交流电动机供电时，可以在电机定子中形成步进磁场。例如上海铁道学院臧英杰教师在“变频调速系统的三相鼠笼异步电动机”一文中已经指出，用输出六阶波的变频器给三相鼠笼型电动机供电，在基波频率过低，定子电流不连续时，将会产生电机的转矩脉动，此时的脉动转矩即是由于电机定子中产生步进磁场而形成的，文中给出了输出六阶波的变频器，避免出现不连续电流的频率下限为fk=R2L21n1β]]>式中β为定子电流衰减系数L2为定子回路电感R2为定子回路电阻应用步进原理实现普通三相交流电动机调速运行的有关技术，在各种文献中均未见报导。普通三相交流电机的转速是按公式（一）计算的。-->N＝(60f)/(2π)（1-S）〔转/分〕（一）因而调节电机转速的方法有三种：（1）、改变极对数P。（2）、控制转差率S。（3）改变电源频率f。本专利技术的目的在于寻找一种新的三相交流电动机调速方法，它应有较宽的调速范围，较简单的线路结构，应能适应各种普通三相交流电动机的调速运行。本专利技术是由三部份组成的：一、步进调速的方法。二、步进调速的装置。三、该装置的控制程序。下面分别进行说明：一、步进调速的方法：应用电力电子器件，控制普通三相交流电动机定子绕组中的电流方向和通电时间，在电机定子上形成步进磁场，其特征在于：（1）、电机转子的转速是按公式（二）计算的n＝(60θfp)/(2π)〔转/分〕（二）-->式中θ为步进角（弧度）fp为步进脉冲重复频率（次/秒）改变步进角θ，或调节步进脉冲重复频率fp即可实现普通三相鼠笼型电动机的速度调节。（2）步进角θ可以用改变电动机定子线圈通电顺序的方法加以改变。例如对于具有分布绕组的三相交流电动机，按供电方式Ⅰ、以六种状态顺序对电机定子绕组供电时，电机定子磁场的步进角θ＝π/3。供电方式I状态A相电流方向B相电流方向C相电流方向123456D1→D4D1→D4D1←D4D1←D4D1←D4D1→D4D2←D5D2→D5D2→D5D2→D5D2←D5D1←D5D3←D6D3←D6D3←D6D3→D6D3→D6D3→D6按供电方式Ⅱ，以三种状态顺序对电机定子绕组供电时，电机定子磁场的步进角θ＝2π/3。-->供电方式Ⅱ状态A相电流方向B相电流方向C相电流方向123D1→D4D1←D4D1←D4D2←D5D2→D5D2←D5D3←D6D3←D6D3→D6实现普通三相交流电动机步进调速选择步进角θ＝π/3较好。（3）、电机转子的旋转方向是由定子线圈能电的顺序决定的，例如按方式Ⅰ供电，电机旋转方向为正，若按方式Ⅲ供电，电机将反方向旋转，供电方式状态A相电流方向B相电流方向C相电流方向123456D1→D4D1→D4D1←D4D1←D4D1←D4D1→D4D2←D5D2←D5D2←D5D2→D5D2→D5D1→D5D3←D6D3→D6D3→D6D3→D6D3←D6D3←D6-->（4）步进角θ选定之后，电机的转速将由步进脉冲重复频率fp所决定。令Tp＝1/(fp)为步进脉冲周期Tp＝t+t。t为脉冲延续时间，to为间隔时间实现普通三相交流电动机步进进调速时，脉冲间隔时间to应大于三相晶闸管开关的换向关断时间。脉冲延续时间t影响电机的输入功率，合适的数值可根据被调速电机的特性通过试验来确定。（二）步进调速的装置。它以申请号90104549.7的电路为基础，包括Z80A-CPU中央处理器，EPROM存贮器，一系列的逻辑门电路构成计算机脉冲分配电路;将脉冲分配电路的各路输出用1/32MHz方波调制，经反相，从反相器输入，输出端引出信号线连接脉冲放大器输入端，放大器连接晶闸管，其特征在于：晶闸管开关电路是下列二种电路之一：电路1（1）将电网交流电流变成直流电的整流器输出与直流斩波器输入端相连;（2）6只晶闸管两两串联，再并联，其并联端一头与斩波器输出相连，另一头与整流器输出相连。其两两串联的晶闸管阳极和阴极连接处与电机一相绕组连接;（3）直流-->斩流器由计算机输出控制，它满足，根据n＝60θfp/2π确定的脉冲频率fp输出脉冲;并且输出脉冲占空比与电机定子绕组的电流占空比相等。电路2、晶闸管SCR1，SCR2反向并联成一组，一端连接电网电压，另一端连接下一组晶闸管SCR3，SCR4，其连接点再与电机A相负载相连;B、C两个负载也可以相同方式连接。（三）该装置的控制程序。分成3个步骤：（1）根据电机绕组的外部接线方式（△形或Y形），选定步进角θ，而后确定各相绕组的供电顺序和三相晶闸管开关电路的导通顺序;（2）根据电机转速n、步进角θ按n＝60θfp/2π计算脉冲重复频率fp，再转换成16进制代码，作为循环次数存于循环赋值表Ⅰ中;（3）以电机在不同的脉冲频率fp下所需要的电压大小确定每个脉冲周期内高电平持续时间，同样转换成16进制代码而存放在循环数赋值表Ⅱ中;（4）最后，将表Ⅰ、表Ⅱ的地址，按电机转速高低存于变址表中。本专利技术已制成30KW样机用于传动供水泵，经运行试验表明：（1）、调速原理明确，线路结构简单，控制容易;（2）、按简化电路图2传动供水泵，调速与不调速相比，单位产品耗电量减小26%;（3）对换流元件的闭关速度没有太高的要求，使用普通晶闸管，故装置价格低廉。（4）换流损耗小;（5）特别适用于风机水泵类电机的调速运行。-->图1是极24槽单层同心绕组按方式Ⅰ供电步进角θ＝π/3的步进磁场图。图2是2极36槽双层叠绕跨距1～14按方式Ⅱ供电步进角θ＝2π/3的步进磁场图。图3是交流感应电动机步进调速的电原理方框图。图4是380V交流输入后整流滤波器，直流斩波器，三相晶闸管开关之间连接的电原理图。图5是50Hz流电网直接供电的三相晶闸管开关电压换流的简化电路原理图。图6是电网电压换流方式下晶闸管触发脉冲工作示意图。图7是控制用的计算机原理图。图8是共轭脉冲放大器原理图。图9是指令输入及速度给定程序框图。图10是脉冲分配程序框图。以下结合附图说明。实例一：电机  2极36槽双层叠绕  跨距1～14  额定转速3000转/分  Y形连接  30KW（1）确定步进θ＝2π/3;电机绕组的供电方式为方式Ⅰ。采用交流电网直接供电的电压换流方式，即简化电路2，该电路的12只晶闸管用计算机12路输出脉冲控制。这里，计算机的12位脉冲信号输出用地下线A11～A0，以WR和A15相与作为信号输出的选通。每次都插入-->128μs等待时间。这些输出信号同1/32MHz方波信号相“与”，被调制成1/32MHz的脉冲列，再将它输出至非门从非门两端得到两列相位相反的共轭信号推动共轭脉冲放大器，最后，12个脉冲变压器的次级绕组经桥式整流器与相应的晶闸管控制极和阳极连接。根据上述绕组供电方式及采用的三相晶闸管开关电路和计算机控制电路，12只晶闸管地址为：A11  A10  A9  A8  A7  A6  A5  A4  A3  A2  A1  A0SCR12  11  10  9  8  7  6  5  4  3  2本文档来自技高网...

【技术保护点】
应用电力电子器件，控制普通三相交流电动机定子绕组中的电流方向和通电时间，产生交流电动机步进调速的方法。其特征在于：（１）电机转子的转速按下式计算＊＊＊（转／分）式中θ为步进角（弧度）ｆｐ为步进脉冲重复频率（次／秒）改 变步进角θ，或调节步进脉冲重复频率ｆｐ，即可实现普通三相鼠笼型电动机的速度调节。（２）步进角θ可以用改变电机定子线圈通电顺序的方法加以改变。例如对于具体分布线组的三相交流电动机，按供电方式Ⅰ，以６种状态顺序对电机定子绕组供电时，电机定子 磁场的步进角θ＝π／３。＊＊＊按供电方式Ⅱ，以３种状态顺序对电机定子绕组供电时，电机定子磁场的步进角θ＝２π／３。＊＊＊实现普通三相交流电动机步进调速时选择步进角θ＝π／３较好。（３）电机转子的旋转方向是由定子线圈通电的 顺序决定的，例如按方式Ⅰ供电，电机旋转方向为正，则按方式Ⅲ供电，电机将反方向旋转。＊＊＊（４）步进角θ选定之后，电机的转速将由步进脉冲重复频率ｆｐ决定令Ｔｐ＝１／ｆｐ为步进脉冲周期Ｔｐ＝ｔ＋ｔｏｔ为脉冲延续时间，ｔＯ为间 隔时间实现普通三相交流电动机步进调速时，脉冲间隔时间ｔｏ应大于三相晶闸管开关的换向关断时间。脉冲延续时间ｔ影响电机的输入功率，合适的数值可根据被调速电机的特性通过实验确定。...

【技术特征摘要】
1、应用电力电子器件，控制普通三相交流电动机定子绕组中的电流方向和通电时间，产生交流电动机步进调速的方法。其特征在于：(1)电机转子的转速按下式计算n=(60θfp)/(2π)(转/分)式中θ为步进角(弧度)fp为步进脉冲重复频率(次/秒)改变步进角θ，或调节步进脉冲重复频率fp，即可实现普通三相鼠笼型电动机的速度调节。(2)步进角θ可以用改变电机定子线圈通电顺序的方法加以改变。例如对于具体分布线组的三相交流电动机，按供电方式Ⅰ，以6种状态顺序对电机定子绕组供电时，电机定子磁场的步进角θ=π/3。供电方式I状态A相电流方向B相电流方向C相电流方向123456D1→D4D1→D4D1←D4D1←D4D1←D4D1→D4D2←D5D2→D5D2→D5D2→D5D2←D5D1←D5D3←D6D3←D6D3←D6D3→D6D3→D6D3→D6按供电方式Ⅱ，以3种状态顺序对电机定子绕组供电时，电机定子磁场的步进角θ=2π/3。供电方式Ⅱ状态A相电流方向B相电流方向C相电流方向123D1→D4D1←D4D1←D4D2←D5D2→D5D2←D5D3←D6D3←D6D3→D6实现普通三相交流电动机步进调速时选择步进角θ=π/3较好。(3)电机转子的旋转方向是由定子线圈通电的顺序决定的，例如按方式Ⅰ供电，电机旋转方向为正，则按方式Ⅲ供电，电机将反方向旋转。供电方式状态A相电流方向B相电流方向C相电流方向123456D1→D4D1→D4D1←D4D1←D4D1←D4D1→D4D2←D5D2←D5D2←D5D2→D5D2→D5D1→D5D3←D6D3→D6D3→D6D3→D6D3←D6D3←D6(4)步进角θ选定之后，电机的转速将由步进脉冲重复频率fp决定令Tp=1/(fp)为步进脉冲周期Tp=t+tot为脉冲延续时间，tO为间隔...

【专利技术属性】
技术研发人员：李春亭，段少兰，
申请(专利权)人：昆明市公用事业局，
类型：发明
国别省市：53[中国|云南]