專利名稱：：開關調速電動機的制作方法本項目涉及交流調速電動機交流電動機轉速的調節有許多方法。其中改變電源的頻率是改變電動機轉速的有效方法。這種可變頻率的電源是逆變器提供的。按照逆變器輸出的向每個電源端點提供的可變頻率的電壓或電流的波形的不同，變頻電源分為二種類型。第一類是調制型變頻電源，此時它的電壓或電流的波形是調制波，例如脈寬調制波。第二類是開關型變頻電源，此時它的電壓或電流的波形是矩波形或階梯形波。變頻電源的類型不同導致對電動機的要求不同。本項目只涉及開關型變頻電源所使用的電動機。目前的開關調速電動機主要有開關磁阻電動機、步進電動機等數種，它們的主要缺點是1、電動機的繞組利用率低，有的開關調速電動機甚至是每次只有一個繞組參加運行。2、繞組的節距小，有的繞組的節距是一個槽。3、步距角大，每周拍數少。一般都不小于30°電角度。開關型電源只能在電動機繞組中產生步進的旋轉磁場。這種旋轉場驅動的電動機，其轉子不會絕對地平穩旋轉。只有步進角小，或每電源周期內的步數多時，電動機才會接近連續平穩地旋轉的電動機。4、運行時，開關電源所提供的步進地旋轉的磁場的幅值有較大的變動。這導致電動機的力矩也有較大的變動。本項目的愿望是克服上述的幾種缺點。使開關調速電動機的品種增加，性能改善，應用范圍擴大。本項目提出的開關調速電動機有下述特征1、電動機由逆變器提供的開關型變頻電源供電。2、運行時，任何時候都有不少于二個相繞組參加運行。3、繞組的節距不小于2個槽。4、除磁組電動機外，它的步進角度不大于18°電角度。即每電源周期內的拍數不小于20。5、除磁阻電動機外，電動機電源端點的數目不小于5個。6、運行時電動機中旋轉磁場的幅值的變化率小。它的磁場幅值的最小值與最大值的比值K在90％以上。下面我們用例子說明改進后的電動機的特征并和原來的電動機加以比較。例一、三相磁阻電動機目前的定子12槽、轉子8極的雙凸極的磁阻電動機有三個相繞組，A-A、B-B、C-C，繞阻的節距為一個槽。繞組在定子槽中的相帶分布如表1所示表1目前的12槽8極雙凸極的三相磁阻電動機定子繞組的相帶分布表</tables>表中A-A、B-B、C-C為3個相繞組表中A、B、C為首端有效邊，A、B、C為末端有效邊。它的接線圖如圖1所示。它由3個可控的整流元件供電，運行時流過每個繞組的電流的方向不變。運行時依次接通三個相繞組使磁阻電動機旋轉，每步15度機械角度合60度電角度。為了說明運行情況，我們必須說明各可控的整流元件的通斷狀況。為此我們用整流元件所接的繞組的端點來的名稱來叫這些整流元件。繞組的運行情況如表1所示表3表1繞組的運行情況表真值表中，1表示該整流元件把繞組的相應端點與電源正極接通，0表示斷開。由于所使用的是單級性通電方案，因此真值表中只有0、1兩個數字。如果繞組的某個端點接在橋式逆變器的某個輸出端點上，那末相應的真值表就有1、0、-1三個數值。0、1的意義已如上述，-1表示該端點通過可控的整流元件與直流電源的負極接通。從表3可見繞組的利用率為33.3％。今將表1的繞組的相帶分布重新布置成表4的樣子，并保持圖1的接線圖不變。表4改進后的12槽3相8極磁阻電動機定子繞組的相帶分布表表4繞組的運行情況表如表5所示表5表4繞組的運行情況表比較表3、表5可見二種運行情況下，槽電流的分布是一樣的。新繞組每次有2個繞組參加運行，繞組利用率為66.6％，這表明在同樣的槽內銅耗下電動機的力矩可以提高一倍，在同樣的力矩下，槽內銅耗可以減少一半。對于相數是奇數的磁阻電動機可以用類似的方法增加繞阻的利用率。例二一個定子10槽轉子6極的雙凸極磁阻電動機，采用5相繞組，A-A、B-B、C-C、D-D、E-E，它的定子繞組的相帶分布如表6所示。表610槽5相二級單層繞組的相帶分布表<tablesid="table5"num="005"><tablewidth="592">槽號12345678910相帶ADBECADBEC</table></tables>表6的繞組可以用于驅動6極磁阻轉子并可以采用單級性的逆變器電路，其接線圖如圖2所示。用表6的5相二級單層繞組及圖2的接線圖驅動6極磁阻轉子時的運行情況如表7所示。表710槽5相6極磁阻電動機驅動情況表<tablesid="table6"num="006"><tablewidth="708">序號真值表轉子位置最大磁阻力矩相對值ABCDE1110010°12111016°0.80931110012°141111018°0.80950111024°160111130°0.80970011136°181011142°0.80991001148°1101101154°0.809111100160°1</table></tables>如果采用5相橋式逆變器作驅動電路。10槽磁阻電動機還有改進的余地。此時轉子可采用八極轉子、定子繞阻的相帶分布仍為表6，其接線圖如圖3所示。它的運行情況如表8所示。表810槽5相8極磁阻電動機運行情況表<p>同樣的定子同樣的繞組，按表8運行的8極磁阻電動機和按表7運行的6極磁阻電動機比較我們可以發現在同樣的定子銅耗條件下8極磁阻電動機的最大力矩比6極磁阻電動機的最大力矩大一倍以上。磁阻電動機的工作原理常常和普通的交流電動機不一樣。它的定子磁勢的旋轉速度和極對數可以和轉子的極數和轉子的旋轉速度不一樣，甚至二者的旋轉方向也不一樣。例如表8有磁阻電動機中，定子繞阻產生的是二極步進旋轉磁勢，每步的步進角是18°，而轉子是8極磁阻轉子它在運行時作步進旋轉，每步步進角是4.5°，而且定子磁場的旋轉方向和轉子的旋轉方向是互反的。在磁阻電動機中定子齒數與轉子齒數比較接近時，往往可以提高磁阻電動機的力矩。而本項目提出的磁阻電動機是目前的開關磁阻電動機的改進。即增加了繞阻的節距，增加了繞阻的利用率。同時我們發現增加電動機電源端點的數目往往可以減小步進角度。我們再舉一個例子說明增加定子繞阻的節距可以提高電動機的力矩的例子。我們的例子是五相混合步進電動機的定子繞阻。這種電動機的定子繞阻是10槽4極5相繞組，它原來的相帶分布如表9所示。表910槽4極5相繞組的一種相帶分布它的繞組接線圖如圖3。它的繞組節距為1，其矩距繞系數為0.58780，今將繞組的節距改為2，短距繞組系數就變成了0.95，即為原來的1.6倍。改進后的繞組的相帶分布表為表10。表10改進的10槽4極5相繞組的相帶分布表9、表10的運行次序和表8所列的運行次序一樣。行運時在同樣的安匝下，表10繞組的力矩是表9繞組的力矩的1.6倍。對小型電動機來說擴大節距可能工藝上有困難。如果小型電動機采用塑封結構，那么定子繞組繞在定子齒和軛之間的，繞組的端部長度和繞組節距無關，這時這種工藝困難不存在了。為了使開關調速電動機運行平穩必須增加電動機電源端點的數目n，因為隨著n的增加，以電角度計的步進角度θe、運行時磁場幅值的穩定程度，即磁場幅值的最小值和最大值的比值K，等指標就會相對應地得到提高。下表是一些可以達到的指標。表11電源端點數目和θe、κ的關系為了增加電動機的電源端點，需要有多電源端點的繞組和驅動這種繞組的開關型逆變器。用于開關調速電動機的繞組有許多類型分別說明如下1、單路串聯供電的多相繞組這種繞組把所有的相繞組串聯起來，由可變電壓的直流電源供電，可以通過可控的整流元件把繞組二端短路起來，使該繞組不參加運行或者通過可控的整流元件使流過該繞組的電流改變方向。這樣通過一些繞組不參加運行，反方向運行，正方向運行等等步驟，就可使繞組產生步進的旋轉磁場驅動電動機旋轉。今以表6的繞組加以說明。用這一繞組驅動6極磁阻轉子可以用圖2所示的單極性電路。單路串聯繞組也有單極性電路，與圖2相對應的單極性電路如圖4所示。圖4的繞組運行時可參照表7列出相應的真值表。在圖4中每個相繞組中通過的電流方向是不能改變的。如果我們要求通過相繞組的電流方向是可以改變的，那么可以把這種繞組用圖5的驅動線路使繞組運行。圖4、5中的單路串聯繞組的控制復雜，使用的可控整流元件多。但每個繞組匝數少，運行時可以保證每個參加運行的繞組所通過的電流是一樣的。另外這種繞組運行時，運行方式可以有許多式樣，比較靈活，例如當相數很多時，它可以變更極對數，變更運行繞組的額定運行電壓等。單路串聯供電的多相繞組的特征是參加運行的相繞組串聯起來成一個支路。2、并聯供電的多相繞組它是每相繞組在運行時都接在電源的二端，因此它的繞組匝數多。圖1、2中的繞組就是這樣的繞組。這種繞組也有單極性和雙極性二種供電方式。在圖1、圖2中，就是單極性供電方式。如果每個繞組通過橋式逆變器供電，就可變成雙極性供電的方式了。用雙極性供電時，繞組運行性能好，但使用的可控整流原件多。這種供電方式下，每個繞組中通過的電流很難保證時時一樣。并聯供電的多相繞組的特點是所有參加運行的相繞組互相并聯起來。3、多相星形繞組。星形接法的三相繞組就是例子。它的相數是任意的。它有一個和不少于3個相繞組接通的結點。這樣的結點叫交匯點多相星形繞組的特點是有唯一的交匯點，即中心。4、多相多邊形繞組。這種繞組的所有相繞組互相串聯起來形成一個環路。運行時電源電流分成二個支路流過繞組。而且在旋轉的正弦磁勢作用下，每個繞組形成的電勢時間向量按繞組的串聯起來的次序串聯起來后，它們就會形成一個封閉的多邊形。它的極對數沒有限制，而且每極槽數可以是帶分數。和直流電機的繞組不同它沒有均壓線。圖3的繞組就是五相多邊形繞組，再舉例如下。例一7端點的7相7邊形繞組。它的接線圖如圖6所示。這種繞組一般是繞在槽數可以被7整除的電樞上，今以定子槽數為14的定子繞組為例進行說明。它的極對數可以是1、2、3。它們的相應的相帶分布如表12、13、14所示。表122極14槽7端點7相7邊形繞組的相帶分布表134極14槽7端點7相7邊形繞組的相帶分布表146極14槽7端點7相7邊形繞組的相帶分布表12、13、14的運行次序是一樣的，今以二級繞組為例進行說明。如表15所示。表15二極14槽7相7邊形繞組運行情況表例二我們再舉一個2極8槽4相8邊形繞組。這一繞組可以用8相橋式逆器來驅動。如果它當作8槽4相6極磁阻電動機的定子繞組并且轉子的步進角度是15°時，可以采用單極性逆變器來驅動。此時它的接線圖為圖7繞組的相帶分布如表16。表162極8槽4相8邊形繞組的相帶分布表<tablesid="table15"num="015"><tablewidth="704">槽號12345678相帶A1A2B1B2C1C2D1D2A1A2B1B2C1C2D1D2</table></tables>運行情況如表17。表178槽4相6極磁阻電動機運行表<tablesid="table16"num="016"><tablewidth="702">序號真值表運行繞組對稱中心磁場方向轉子位置A1A2B1B2C1C2D1D211-1000000230°0°2001-100003445°-15°300001-1004590°-30°40000001-112135°-45°51-1000000230°-60°</table></tables>從運行表可見，定子磁場和轉子二者旋轉的方向是不一樣的，二者的旋轉速度也不一致。由于供電的逆變器是單極性的，因此，定子磁場轉了135°以后突然回到了0°，但這不妨害轉子連續旋轉。按圖7接線圖運行，每次運行時4個繞組都有電流通過，繞組的利用率是100％。因此在保持槽中銅耗一樣的條件下，按圖7和表17運行可以提高力矩4倍。從表15、表17可知，當多邊形的邊數為奇數時，整流元件數比較少，或者說每個電源周期內每個整流元件的步數比較多。而當邊數為偶數時，每個整流元件的步數就比較少。但當邊數是奇數時有時繞組二個支路中的繞組數可能不一樣，有可能引起額外的損耗。多邊形繞組運行時，逆變器中的整流元件的利用率不高，即每個電源周期內整流元件的通流角度小。我們的例子中多邊形的邊數較少，對于邊數較多的多邊形繞組，擬訂起來并不困難。又我們的例子中，繞組的步距角都是一樣的。這一點并不必要，如果一個槽中放置幾個繞組，那么就會出現繞組的步距角不一致的情況。這種多邊形繞組在直流電機中經常出現的，不過它比較簡單而已。多相多邊形繞組的特征是，在運行時它有二個并聯支路沒有交匯點。5、多相多角星形繞組這種繞組的特點是，所有的相繞組是互相串聯起來，成一個環形，運行時大部份繞組的二端通過可控的整流元件與直流電源相接，故運行時每個繞組的額定電壓就是電源電壓，因此運行時并聯支路數多，運行時可控的整流元件的通流角度大，運行時同時通導的可控的整流元件的數目多。在旋轉的正弦磁通作用下，每個繞組就會感應出一個電勢的時間向量。每相繞組的電勢的時同向量按繞組的連接次序連接起來。那么它們就會畫出多角星形的圖形來。對5相繞組而言它就是5角星形，對7相繞組而言它就是7角星形。這種繞組大都用在電源電壓較低，而功率又較大的電動機中，在理想的運行條件下，它具有所產生的磁勢波形好、銅耗較小的特點，我們也以5相7相繞組為例進行說明。例一先說明5角星形繞組，它的相帶分布和五邊形繞組的相帶分布一樣如表6、表10所示。擔它的接線圖不同，它的接線圖如圖8所示。今以表6的繞組進行運行，運行情況如表18。表18二極五角星形繞組運行情況表<>這一繞組還可以有其他運行方式。運行時我們假定，如果電源電壓加在一個相繞組上，各繞組通過的電流是一樣的，如果是二個繞組串聯起來再接電源，那么通過串聯繞組的電流會是其他繞組的一半。例二再以7相繞組為例加以說明，它的相帶分布如表12、13、14，它的接線圖如圖9。今以表12的繞組說明它們的運行情況，如表19所示。多相多角星形繞組的特征是所有的相繞組互相串聯起來成一個環形，運行時它的并聯支路數不小于3，沒有交匯點。6、網狀多相交流繞組這種繞組比較復雜，它成網狀結構。著名的例子是6相帶三相交流繞組，和4端點二相交流繞組。這些繞組的特點是相繞組多，端點相對較少，它們的好處是繞組系數大諧波成分少，如標準的6相帶三相交流繞組有6個相繞組，整距時繞組系數為1，它除基波磁勢外沒有3·5·7等次的諧波磁勢及偶次諧波磁勢。四端點二相交流繞組的繞組系數也為1，它除基波外設有偶次諧波磁勢及3·5等次諧波磁勢等。這些繞組的結構復雜，只在重要的電動機中得到應用。網狀多相機組的特點是它們的交匯點的數目不小于3，其接線圖中有網眼。7、多路多相交流繞組，或稱多重多相交流繞組，它的重數是任意的，它的相數也是任意的。如二重五相繞組，三重三相繞組，五重三相繞組等。這種繞組可以并聯供電的也可以串聯供電的。并聯供電時，供應每個多相交流繞組的逆奕器互相并聯起來，同樣，串聯供電時向每個多相交流繞組供電的逆變器互相串聯起來。采用多重多相交流繞組的目的在于增加電源端點的數目，減少步進角，提高電動機的運行質量、增加繞組運行靈活性。例如改變繞組的極對數等。我們舉例加以說明。我們的例子大都是串聯供電的，并聯供電時的情況類似不贅。舉例如下。<p>例一，20槽2極2重5相交流繞組及其運行，它有2套5相交流繞組，它們是A1-A1、B1-B1、C1-C1、D1-D1、E1-E1及A2-A2、B2-B2、C2-C2、D2-D2、E2-E2，它們的相帶分布如表20所示。接成二重5邊形繞組串聯供電時的接線圖如圖10所示，表20繞組的部份運行情況如表21所示。表2020槽2極2重5相繞組的相帶分布表21表23二重三相交流繞組的運行情況如下由于三相交流繞組已經在三相交流電動機中得到廣泛的應用，因此應當利用這種繞組沒有3次諧波磁勢的特點加以利用。在開關調速電動機中，它常常以多重的三相交流繞組的形式出現，它可以是星形繞組也可以是三角形繞組。甚至可以同時存在二種接法的三相交流繞組。我們以串聯供電方式加以說明，它的重數沒有限制。當重數較多時，有時我們可以改變運行次序的方法改變繞組產生的磁場的極對數，我們舉例加以說明例二一個12槽星形接法的二極三相交流繞組，它有二個三相繞組分別為A1-A1、B1-B1、C1-C1及A2-A2、B2-B2、C2-C2，它們的相帶分布如表22所示。其接線圖如圖11。表2212槽2極二重三相繞組的相帶分布表<它的運行情況如表23所示(見20頁)。例三，再舉一個15槽5重三相交流繞組，它有5個三相繞組，A1-A1、B1-B1、C1-C1；A2-A2、B2-B2、C2-C2；A3-A3、B3-B3、C3-C3；A4-A4、B4-B4、C4-C4；A5-A5、B5-B5、C5-C5都是星形接法。它們的相帶分布如表24所示。表2415槽5重三相交流繞組的相帶分布表串聯供電時它的接線圖和圖11類似。不過重數是5而已。表24的5重三相繞組可以按二極繞組運行，也可按4極繞組運行。今列出部份運行情況加以說明。如表25、表26所示。表25表24繞組按二極繞組時的部份運行情況表<tablesid="table24"num="024"><tablewidth="723">序號真值表磁場方向相時大小A1B1C1A2B2C2A3B3C3A4B4C4A5B5C5110-110-11-101-100-110°1210-110-11-101-101-116°0.995310-110-11-101-101-1012°1410-110-11-1-11-101-1018°0.995510-110-110-11-101-1024°1611-110-110-11-101-1030°0.995701-110-110-11-101-1036°1801-110-110-11-1-11-1042°0.995901-110-110-110-11-1048°11001-111-110-110-11-1054°0.9951101-101-110-110-11-1060°11201-101-110-110-11-1-166°0.995</table></tables>表24繞組還可以作為4極繞組來運行。這種情況的部分運行表列于表26。表26表24繞組按4極繞組運行時的部分運行表表中磁場方向以電角度計。在我們的說明中繞組大都是全節距，單層繞組。實際上為了節省用銅量和改善氣隙磁勢的波形，可以組織短矩的、雙層的繞組。多重多相繞組的特征是它由幾個多相繞組組成，每組多相繞組分別用多相逆變器供電，這些逆變器可以互相并聯起來也可以互相串聯起來。開關調速電動機的品種采用本項目提出的措施以后，開關調速電動機的性能改善了，品種擴大了。茲將開關調速電動機的品種說明如下一、步進電動機，其特點是繞組的節距不小于2個槽，每次運行時不少于2個相繞組參加運行以及可以采用增加繞組電源端點的辦法使步進電動機的步進角度變小。二、開關磁阻電動機，其特點是采用雙凸極的結構，定子磁勢的極對數和轉子磁極對數不一致。定子磁場的旋轉速度和轉子的旋轉速度不一樣，定子磁場的旋轉方向也可以和轉子的旋轉方向不一樣。定子磁場的旋轉速度和轉子的旋轉速度的比值是一個常數，因此開關磁阻電動機是一種同步電動機，它由開關電源供電，改變開關電源的頻率即可調整電動機的轉速，繞組的節距不小于2個槽，每次參加運行的相繞組的個數不小于2。開關磁阻電動機用開關電源驅動時，為了使電動機運行平穩，可以設想增加它的繞組的電源端點的數目。今以6端點的電動機為例加以說明。我們的例子是表4所列的三相開關磁阻電動機。為了增加電動機繞組的電源端點的數目，我們將它的定子繞組改為二套三相繞組A1-B1-C1、A2-B2-C2，它們之間有30°電角度的相位差。我們的方案是繞組A1-B1-C1，是星形接法的三相繞組，繞組A2-B2-C2是三邊形接法的三相繞組(即三角形接法的三相繞組)。繞組A2-B2-C2的相繞組的匝數是繞組A1-B1-C1的相繞的匝數的1.732倍；而繞組A1-B1-C1相繞組所用的導線的截面積是繞組A2-B2-C2，相繞組所用的導線的截面積的1.732倍。二套三相繞組用二重串聯的三相橋式逆變器未驅動，它的接線圖為圖12。繞組A1-B1-C1、A2-B2-C2的相帶分布如表27所示。表27A1-B1-C1、A2-B2-C2相帶分布表<tablesid="table26"num="026"><tablewidth="662">槽號123456789101112相帶B1B2C1C2A1A2B1B2C1C2A1A2B1B2C1C2A1A2B1B2C1C2A1A2</table></tables>其運行情況如表28所示(見25頁)表28中磁場方向以電角度計，轉子位置以機械角度計。從表28中可見，這種繞組及其相應的驅動方式有許多優點，主要有步進角小，定子磁場每步15°電角度，轉子每步3.75°機械角度。每步轉角均勻，電磁力矩變化率為93.3％。磁阻電動機力矩和定子電流的平方成比例和定子電流的方向無關。這種電動機所用的橋式逆變器中可以省去一些可控的整流元件。例如三相橋式逆變器中可以省去一個可控的整流元件即為一例。這樣做固然可以節省成本，但是可能會增加一些鐵耗。三、單饋多相電動機這種電動機有一個定子和一個轉子。定子上有多相繞組，它的電源端點大于5個，定子繞組用開關型單重或多重多相逆變器供電。它的轉子可以有許多類型以型成不同的電動機品種，如表29所示。表29單饋開關調速電動機分類表它們的共同特點是1、定子繞組有5個以上電源端點。2、由開關型單重或多重多相逆變器供電，這些逆變器可以互相并聯起來，也可以互相串聯起來。3、運行時它的定子磁場是步進地旋轉的，其步進角不大于18°電角度。4、它的繞組可以是單重的或多重的多相繞組。這些多相繞組可以是星形接法多相繞組，多邊形接法的多相繞組，多角星形接法多相繞組以及比較復雜的網狀多相繞組。四、雙饋開關調速電動機雙饋開關調速電動機，由二個電源向電動機供電。按電源種類它有二種類型第一類是由三相交流電網和開關電源同時供電；第二類是由直流電源及逆變器產生的開關電源供電。按供電方式它又可分為有刷的和無刷的二類。現在分別加以說明。(一)由三相交流電源和開關電源供電的開關調速電動機。分二種a、有刷的雙饋電動機這種雙饋電動機的轉子結構和繞線轉子三相交流異步電動機的轉子結構一樣運行時，三相交流電源通過電刷和集電環向轉子供電。定子繞組是適合開關電源的，電源端點大于5的多相交流繞組，由開關電源供電。這種電動機的定子結構，繞組型式，接線圖和單饋的開關調速電動機一樣。運行時改變開關電源的開關頻率，即可調節電動機的轉速。b、無刷的雙饋電動機這是一種復合的電動機，它是二個繞線轉子多相交流電動機的復合體。轉子有二個感應區分別和二個定子相匹配。轉子的兩個感應區各有一套多相交流繞組，它們的相數一樣并把這二套多相交流繞組按逆序方向串聯起來，以便它在運行時產生的旋轉磁場的旋轉方向互相相反。轉子的二套多相交流繞組的極對數可以是不一樣的。與轉子的二個感應區配對的二個定子上各有一套多相交流繞組，它們的極對數和相應的轉子繞組的極對數一樣。這二套多相繞組中一套是三相交流繞組，這一套三相交流繞組是由三相交流電網供電的。另一套多相交流繞組和單饋電動機中，適合開關電源的多相交流繞組一樣，運行時它由開關電源供電，運行時改變開關電源的開關頻率即可調節電動機的轉速。(二)由逆變器和直流電源供電的雙饋的開關調速電動機。這種電動機大部分是有刷的。它有二種a、向轉子供直流電并和向定子繞組供電的逆變器互相串聯起來的開關調速電動機。這種電動機的定子繞組及其供電的逆變器和單饋的開關調速電動機一樣。此外它又向轉子提供激磁用的直流電源使轉子形成一個電磁鐵。為了改善電動機的運行特性，將轉子激磁線圈通過電刷和集電環與向定子供應開關電源的逆變器串聯起來，這就組成了串聯和同步電動機。這種電動機的力矩和定子電流的平方成比例。因此它的起動力矩大、低速的運行特性好，非常適合在運輸起重機械上應用，這種電動機除激磁線圈產生的力矩外，還有反應同步力矩存在。為了改善電動機的運行性能應當使它的直軸電抗和交軸電抗的差別比較小，甚至要使其直軸電抗略小于交軸電抗。b、定子繞組由多相逆變器供電，轉子繞組也由多相逆變器供電的電動機。當逆變器向轉子繞組供電時，是需要通過電刷和集電環的，因此這種電動機的集電環的數目在不小于5個。供應定子開關電源的逆變器和向轉子供應開關電源的逆變器應當互相串聯起來。這種電動機除起動力矩大，低速運行性能好外，它的效率比較高，鐵耗較低。為了減少集電環的數目也可以把向轉子繞組供電的逆變器放在轉子上，這時只需向轉子提供直流電源就行。但是這會使控制線路復雜化。開關調速電動機的結構開關調速電動機的結構和普通的交流電動機的結構類似，說明如下微型電動機定子可采用塑封的形式，此時定子是二個半環，這種結構的定子的工藝性好，另外也可采用內定子外轉子的形式，它的優點也是定子制造工藝性好。對中小型電機可采用一般的結構形式，在特殊情況下也可以制成盤式電動機。開關調速電動機一般電源的端點較多，因此應該將逆變器等電力電子元件盡可能與定子的電源端點靠近的以縮短連接導線的長度。向開關調速電動機供電的多相逆變器有許多品種。其中串聯供電的多重多相逆變器是多相逆變器的新品種。當開關調速電動機采用多重多相繞組時就可以使用這種逆變器。圖10、圖11、圖12中的逆變器就是串聯供電的多重多相逆變器。這種逆變器的特征是1、由幾個規格相同的多相逆變器組成。2、這些逆變器互相串聯起來并用單一的直流電源供電。開關調速電動機的應用本項目的開關調速電動機有下述優點1、繞組的利用率高，故銅耗少。2、步進角小，故運轉平穩。3、使用的電源簡單。只要開關電源，不要經過調制，因此控制電路簡單。4、繞組產生的磁場大小、方向容易認定只要知道逆變器的真值表和輸入逆變器的直流電流的大小，就可知道繞組產生的磁場的大小和方向故容易控制，不需解耦。因此本項目的調速電動機有廣闊的應用前景，幾乎所有工業部門，如機床、電動汽車、電力機車、泵、家用電器等，都可以使用這種電動機。因此它將占領原來的交流電動機和直流電動機的部份市場。特別是目前的開關磁阻電動機的市場大多數將被本項目的開關調速電動機所占領。附圖簡要說明圖1是2相磁阻電動機接線圖；圖2是5相磁阻電動機接線圖；圖3是5相8極磁阻電動機接線圖；圖4是5相串聯單極性繞線的接線圖；圖5是5相串聯雙極性繞組的接線圖；圖6是7相7邊形繞組的接線圖；圖7是4相8邊形繞組的接線圖；圖8是5相5角星形繞組的接線圖；圖9是7相7角星形繞組的接線圖；圖10是2路5相繞組的接線圖；圖11是2路三相繞組的接線圖；圖12是有2套三相繞組的磁阻電動機接線圖。權利要求1.一種開關調速電動機，其特征是(a)由開關型多相逆變器提供的多相開關電源供電，改變逆變器的開關頻率即可調整電動機的轉速。(b)電動機的電源端點的數目不少于5個。(c)運行時，它的磁場是步進地旋轉的，它的最小步進角度不大于18度電角變。(d)電動機使用的繞組是a、單路串聯多相繞組，其特征是參加運行的繞組互相串聯起來，它只有一個支路。b、并聯供電的多相繞組，其特征是所有參運行的繞組都互相并聯起來，它的并聯支路數大于2。c、星形接法的多相繞組，其特征是只有一個交匯點即中心。d、多邊形接法的多相繞組，其特征是所有相繞組互相串聯成一個環路，沒有交匯點，運行時有二個支路。e、多角星形接法的多相繞組其特征是所有相繞組互相串聯成一個環路，沒有交匯點，運行時有二個以上的支路。f、網狀的多相繞組，其特征是有二個以上的交匯點，其接線圖中有環路。g、多重多相繞組，其特征是由幾個多相繞組組成，每個多相繞組用一多相逆變器供電，這些逆變器可以互相串聯起來，也可以互相并聯起來。2.權利一的單饋的開關調速電動機，其特征是(a)只有一個定子和一個轉子。定子上有權利一所列的多相繞組。(b)用多相逆變器向定子繞組供電。(c)電動機的轉子可以是a、磁阻轉子b、磁滯轉子c、永磁轉子d、電磁鐵e、異步轉子3.權利一的無刷的雙饋的開關調速電動機，其特征是(a)它是一種復合的交流電動機，它有一個轉子、二個定子。轉子上有2個感應區分別和2個定子配對。(b)二個定子上都有多相繞組。其中一個定子的繞組是三相交流繞組，運行時它由三相交流電源供電。另一個定子的繞組是權利一所列的多相繞組，運行時它由多相開關電源供電。(c)改變開關電源的頻率就可調節電動機的轉速。(d)轉子的二個感應區上都有多相繞組，這二個多相繞組的極對數可以不一樣，但它們的相數是一樣的。而且把轉子上的二套多相繞組按逆序方向串聯起來，使轉子在運行時，轉子的二個繞組所產生的旋轉磁場的旋轉方向是互相相反的。4.權利一的有刷的雙饋的開關調速電動機，其特征是(a)它有一個定子和一個轉子。定子上有多相繞組，轉子上有三相繞組。(b)轉子的結構和繞線轉子三相交流異步電動機的結構一樣，有集電環電刷裝置及三相交流繞組。運行時三相交流電源通過電刷向轉子供電。(c)定子繞組是權利一所列的多相繞組，它由開關電源供電。(d)改變開關電源的頻率就可調節電動機的轉速。5.權利一的有刷的雙饋的開關調速電動機，其特征是(a)定子上有多相繞組，并用多相逆變器向定子繞組供電。(b)轉子上有多相繞組，也用多相逆變器向轉子繞組供電。(c)向定子供電的多相逆變器可以和向轉子供電的多相逆變器互相串聯起來，或者互相并聯起來。(d)向轉子供電的逆變器可以放在定子一側，此時轉子多相繞組的每一個電源端點都與一個集電環接通，并通過電刷接在逆變器上。(e)向轉子供電的逆變器也可以放在轉子上。此時只需向轉子提供直流電源即可，直流電源是通過集電環和電刷流入轉子的。6.權利一的開關調速的串聯同步電動機，其特征是(a)定子上有多相繞組，并用逆變器向定子繞組供電。(b)轉子是一個電磁鐵，需要直流電流激磁。(c)轉子上有二個集電環和二套電刷，集電環和激磁線卷相連接。(d)定子上的直流電源通過集電環電刷使轉子激磁。(e)向定子供電的逆變器和向轉子供直流電的直流電源是互相串聯起來的。(f)它的力矩和定子電流的平方成比例。7.一種步進電動機，其特征是(a)繞組的節距大于1。(b)運行時每次有不少于2個相繞組通過電流。(c)可以用增加電源端點個數，增加繞組個數的方數，減少最小步進角度。8.一種開關磁阻電動機，其特征是(a)它的結構是雙凸極的，即轉子是凸極轉子，定子是開口槽的。(b)運行時轉子的旋轉速度比定子磁場的旋轉速度低得多。(c)定子繞組的節距大于1。(d)運行時，每次都有二個以上的相繞組通過電流。(e)可以用增加電源端的數目和增加相繞組的數目來減小步進角度。(f)電動機的力矩和逆變器提供的電流的平方成正比值，和電流的正負方向無關。全文摘要開關調速電動機是一個電動機家族,其特征是:用波形是階梯形的多相開關電源供電、改變開關頻率即可調節電動機的轉速、電動機電源端點不少于5個、運行時繞組產生的磁場是步進地旋轉的,其步進角度不大于18度電角度、繞組的節距大于1、動行時每次通電的相繞組不少于2個。它有許多品種,如步進電動機、開關磁阻電動機、永磁同步電動機、磁滯同步電動機、異步電動機、串聯同步電動機、無刷雙饋電動機、有刷雙饋電動機等。文檔編號H02K37/00GK1171648SQ9711067公開日1998年1月28日申請日期1997年5月21日優先權日1997年5月21日發明者林哲民申請人:林哲民