專利名稱：一種三相交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速裝置，尤其是具有反饋磁通信號(hào)的交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速裝置。
在交流電動(dòng)機(jī)中電磁轉(zhuǎn)矩是由磁通與電流相互作用產(chǎn)生的。為了提高變頻調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速性能，需控制氣隙磁通或轉(zhuǎn)子磁通，這就涉及反饋磁通信號(hào)的獲取問題。為此，可采用直接檢測(cè)磁場(chǎng)的方法，例如利用安裝在電機(jī)氣隙中的霍耳元件檢測(cè)出電機(jī)氣隙中某些部位的磁感應(yīng)強(qiáng)度并由此計(jì)算出磁通，但霍耳元件易受溫度影響，且難以補(bǔ)償。由于電機(jī)氣隙中的磁力線并是徑向的，隨著電機(jī)轉(zhuǎn)向的不同，隨著負(fù)載的變化，磁力線的走向是變化的。而且隨著電機(jī)磁通的變化，由于齒部飽和程度的變化，磁力線在齒與槽兩部分分配比例是變化的。所以利用霍耳元件檢測(cè)電機(jī)的磁通，檢測(cè)值不能反映真實(shí)情況。再加上由于氣隙齒諧波的影響，信號(hào)中含有很強(qiáng)的高次諧波。所以實(shí)際應(yīng)用的變頻調(diào)速系統(tǒng)很少采用直接檢測(cè)磁場(chǎng)的方法，而是利用實(shí)時(shí)測(cè)得的電壓、電流、轉(zhuǎn)速等信號(hào)計(jì)算出磁通，這使系統(tǒng)要進(jìn)行一系列運(yùn)算，這些運(yùn)算又涉及很多電機(jī)參數(shù)，而這些參數(shù)又是變化的，有時(shí)又涉及補(bǔ)償問題，這樣得到的磁通值不能做到及時(shí)、準(zhǔn)確，從而影響系統(tǒng)的性能。
本發(fā)明的目的是提供一種交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速裝置，它利用一種檢測(cè)值準(zhǔn)確、穩(wěn)定、諧波含量少的氣隙磁通檢測(cè)方法，從而提高系統(tǒng)的反應(yīng)速度和控制精度，并且系統(tǒng)得以簡(jiǎn)化。
實(shí)現(xiàn)上述目的的變頻調(diào)速裝置包括嵌放在三相交流電機(jī)定子槽中的檢測(cè)線圈和與之相連接的變頻調(diào)速器，所述變頻調(diào)速器利用檢測(cè)線圈的感應(yīng)電壓計(jì)算出電動(dòng)機(jī)的氣隙磁通或轉(zhuǎn)子磁通，并將該氣隙磁通或轉(zhuǎn)子磁通作為系統(tǒng)的反饋信號(hào)從而實(shí)現(xiàn)高性能的變頻調(diào)速。
所述檢測(cè)線圈可以有3個(gè)，每個(gè)檢測(cè)線圈對(duì)應(yīng)所述電動(dòng)機(jī)的一相定子繞組，檢測(cè)線圈的中心線與相應(yīng)的定子繞組的一個(gè)極相組的中心線重合，3個(gè)檢測(cè)線圈的節(jié)距和匝數(shù)相等。
所述3個(gè)檢測(cè)線圈在定子園周上可以均勻分布，或接近均勻分布。
所述3個(gè)檢測(cè)線圈的節(jié)距可以接近所述電動(dòng)機(jī)的極距。
當(dāng)所述電動(dòng)機(jī)為6n極電動(dòng)機(jī)時(shí)(n＝1，2，3……)，所述檢測(cè)線圈可以有9個(gè)，該9個(gè)檢測(cè)線圈分為3組，每組3個(gè)，3組檢測(cè)線圈分別對(duì)應(yīng)所述電動(dòng)機(jī)的3相定子繞組，檢測(cè)線圈的中心線與相應(yīng)定子繞組的極相組的中心線重合，同組的3個(gè)檢測(cè)線圈互隔120°機(jī)械角度，3組檢測(cè)線圈在園周上對(duì)稱分布，相互錯(cuò)開40°機(jī)械角度，所述9個(gè)檢測(cè)線圈的節(jié)距和匝數(shù)均相等，所述變頻調(diào)速器將對(duì)應(yīng)同相的3個(gè)檢測(cè)線圈的感應(yīng)電壓取平均值，然后利用3個(gè)平均值計(jì)算出電動(dòng)機(jī)的氣隙磁通或轉(zhuǎn)子磁通，從而實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速。
所述9個(gè)檢測(cè)線圈的節(jié)距可以接近所述電動(dòng)機(jī)的極距。
當(dāng)所述電動(dòng)機(jī)為除6n極以外其它極數(shù)的電動(dòng)機(jī)時(shí)，所述檢測(cè)線圈可以有6個(gè)，該6個(gè)檢測(cè)線圈分為3組，每組2個(gè)，3組檢測(cè)線圈分別對(duì)應(yīng)所述電動(dòng)機(jī)的3相定子繞組，檢測(cè)線圈的中心線與相應(yīng)定子繞組的極相組的中心線重合，同組的兩個(gè)檢測(cè)線圈互隔180°機(jī)械角度，3組檢測(cè)線圈在園周上對(duì)稱分布，互隔120°機(jī)械角度，所述6個(gè)檢測(cè)線圈節(jié)距和匝數(shù)相等，所述變頻調(diào)速器將對(duì)應(yīng)同相的2個(gè)檢測(cè)線圈的感應(yīng)電壓取平均值，然后利用3個(gè)平均值計(jì)算出電動(dòng)機(jī)的氣隙磁通或轉(zhuǎn)子磁通，從而實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速。
對(duì)于2極電動(dòng)機(jī)，所述6個(gè)檢測(cè)線圈的節(jié)距可以接近所述電動(dòng)機(jī)極距的一半。
對(duì)于除2極和6n極以外的其它極數(shù)的電動(dòng)機(jī)，所述6個(gè)檢測(cè)線圈的節(jié)距可以接近所述電動(dòng)機(jī)的極距。
在三相交流電動(dòng)機(jī)中，主磁場(chǎng)是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其磁密波沿氣隙園周按正弦規(guī)律分布，并以同步轉(zhuǎn)速n1旋轉(zhuǎn)，此旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與整距線圈交鏈的磁通量稱為主磁通，用φm表示。在三相交流電機(jī)的定子槽中嵌設(shè)一個(gè)檢測(cè)線圈，則在檢測(cè)線圈中感應(yīng)電勢(shì)EE＝4.44fWkwφm(f是向電動(dòng)機(jī)供電的電源的頻率，W是檢測(cè)線圈的匝數(shù)，kw是檢測(cè)線圈的繞組系數(shù))。除非有特殊要求或特殊情況，例如電動(dòng)機(jī)容量較大，當(dāng)檢測(cè)線圈節(jié)距接近電動(dòng)機(jī)極距時(shí)，檢測(cè)線圈只設(shè)一匝時(shí)感應(yīng)電壓也太高，這時(shí)可能考慮減小節(jié)距。一般盡量取檢測(cè)線圈的節(jié)距接近電動(dòng)機(jī)的極距，這樣可在滿足變頻調(diào)速器對(duì)感應(yīng)電壓幅值要求的前題下，檢測(cè)線圈的匝數(shù)可少些，有利于在定子槽中布置檢測(cè)線圈。而且這時(shí)與檢測(cè)線圈交鏈的基波磁通較大，相對(duì)來說與檢測(cè)線圈交鏈的槽漏磁通的影響減小，檢測(cè)線圈輸出信號(hào)中齒諧波相對(duì)較小。由于檢測(cè)線圈交鏈范圍大，鐵芯飽和程度變化引起的磁力線在齒與槽兩部分分配比例的變化對(duì)檢測(cè)值的影響減小，磁力線走向變化對(duì)檢測(cè)值的影響也減小，這樣檢測(cè)線圈的感應(yīng)電勢(shì)可比較準(zhǔn)確地反映檢測(cè)線圈所處區(qū)域氣隙磁通的變化，而且信號(hào)中諧波成分也減小。
若電機(jī)中的磁場(chǎng)是園形磁場(chǎng)，則在電機(jī)中嵌設(shè)一個(gè)檢測(cè)線圈就能反映磁場(chǎng)的情況，但實(shí)際上電機(jī)中的磁場(chǎng)并不是嚴(yán)格的園形磁場(chǎng)，向電機(jī)供電的電源的不對(duì)稱，電機(jī)氣隙的不均勻均會(huì)導(dǎo)致非園形磁場(chǎng)，為了全面反映磁場(chǎng)的情況，可采用以下方法布置檢測(cè)線圈①對(duì)應(yīng)每相設(shè)一個(gè)檢測(cè)線圈，3個(gè)檢測(cè)線圈分別對(duì)應(yīng)3相定子繞組的極相組，因?yàn)檫@時(shí)3個(gè)檢測(cè)線圈檢測(cè)了相隔120°電角度3個(gè)位置的磁場(chǎng)情況，所以由此得到的氣隙磁通或轉(zhuǎn)子磁通消除了向電機(jī)供電的電源不對(duì)稱造成的影響。
②對(duì)應(yīng)每相設(shè)一個(gè)檢測(cè)線圈，3個(gè)檢測(cè)線圈分別對(duì)應(yīng)三相定子繞組的極相組，并且3個(gè)檢測(cè)線圈在定子園周上均勻分布或接近均勻分布，因?yàn)檫@時(shí)3個(gè)檢測(cè)線圈檢測(cè)了相隔120°電角度3個(gè)位置的磁場(chǎng)情況，同時(shí)3個(gè)檢測(cè)線圈還檢測(cè)了相隔120°機(jī)械角度的3個(gè)位置的磁場(chǎng)情況，所以得到的氣隙磁通或轉(zhuǎn)子磁通既消除了電源不對(duì)稱造成的影響，而且也部分消除了由于氣隙不均勻造成的磁場(chǎng)不均勻的影響。
③對(duì)于6n極電機(jī)，對(duì)應(yīng)每相設(shè)3個(gè)檢測(cè)線圈，3個(gè)檢測(cè)線圈互隔120°機(jī)械角度；對(duì)于除6n極以外的其它極數(shù)的電動(dòng)機(jī)，對(duì)應(yīng)每相設(shè)2個(gè)檢測(cè)線圈，2個(gè)檢測(cè)線圈互隔180°機(jī)械角度；對(duì)應(yīng)三相定子繞組的3組檢測(cè)線圈在定子園周上對(duì)稱分布，變頻調(diào)速器先對(duì)屬于同相的檢測(cè)線圈的感應(yīng)電壓取平均值，再利用3個(gè)平均值求取氣隙磁通或轉(zhuǎn)子磁通，這樣就更有效地消除了氣隙不均勻造成的影響，得到的氣隙磁通或轉(zhuǎn)子磁通可較全面地反映真實(shí)情況。
這樣由分別對(duì)應(yīng)三相定子繞組的檢測(cè)線圈的感應(yīng)電壓計(jì)算出的電動(dòng)機(jī)的氣隙磁通或轉(zhuǎn)子磁通準(zhǔn)確、穩(wěn)定，并可消除電源不對(duì)稱或氣隙不均勻造成的影響。而且與利用電動(dòng)機(jī)的電流、電壓、轉(zhuǎn)速等計(jì)算氣隙磁通或轉(zhuǎn)子磁通的方法相比，所需計(jì)算少，耗時(shí)少。將該磁場(chǎng)檢測(cè)方法用于普通變頻調(diào)速系統(tǒng)，可以很方便地實(shí)現(xiàn)恒氣隙磁通控制，解決了U/f＝常數(shù)控制時(shí)低頻段需補(bǔ)償?shù)膯栴}。將該磁場(chǎng)檢測(cè)方法用于矢量控制系統(tǒng)，可以提高系統(tǒng)的反應(yīng)速度和控制精度，并且系統(tǒng)得以簡(jiǎn)化。
采用在電動(dòng)機(jī)定子槽中嵌設(shè)檢測(cè)線圈的方法檢測(cè)磁通，得到的信號(hào)較強(qiáng)，檢測(cè)線圈僅需很少幾匝，對(duì)于較大容量的電機(jī)，僅需1匝。將檢測(cè)線圈嵌放在定子槽中緊靠槽楔下面，非常方便。對(duì)于特定電機(jī)來說，幾個(gè)檢測(cè)線圈節(jié)距、匝數(shù)均相等，工藝性好，且接線簡(jiǎn)單。同時(shí)，由于嵌設(shè)在電機(jī)定子槽中的檢測(cè)線圈還可以用于交流電動(dòng)機(jī)的保護(hù)(參考PCT/CN96/00107)，這將有利于本發(fā)明所述的變頻調(diào)速裝置的推廣應(yīng)用。
下面，結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。


圖1是本發(fā)明的交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速裝置的原理框圖。
圖2是在電動(dòng)機(jī)的定子槽中嵌設(shè)檢測(cè)線圈的示意圖。
圖3是本發(fā)明的用于2極，24槽單層同心式繞組三相交流電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速裝置的檢測(cè)線圈布置圖。
圖4是本發(fā)明的用于4極，24槽雙層疊式繞組三相交流電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速裝置的檢測(cè)線圈布置圖。
圖5是本發(fā)明的用于6極，18槽雙層繞組三相交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速裝置的檢測(cè)線圈布置圖。
圖6是一個(gè)由對(duì)應(yīng)三相定子繞組的3個(gè)檢測(cè)線圈的感應(yīng)電壓計(jì)算電動(dòng)機(jī)氣隙磁鏈的電路原理圖。
圖7是根據(jù)氣隙磁鏈計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電路原理圖。
圖8是根據(jù)氣隙磁鏈計(jì)算電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的電路原理圖。
圖1是本發(fā)明的交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速裝置的原理框圖。在三相交流電動(dòng)機(jī)1的定子槽中嵌設(shè)檢測(cè)線圈2，檢測(cè)線圈2接變頻調(diào)速器3，變頻調(diào)速器3利用來自檢測(cè)線圈2的感應(yīng)電勢(shì)計(jì)算出電動(dòng)機(jī)的氣隙磁通或轉(zhuǎn)子磁通，并以該氣隙磁通或轉(zhuǎn)子磁通作為反饋信號(hào)控制變頻調(diào)速器的輸出，以滿足控制要求。
圖2是在電動(dòng)機(jī)的定子槽中嵌設(shè)檢測(cè)線圈的示意圖。檢測(cè)線圈2嵌放在定子鐵芯4的槽中的定子繞組5與槽楔6之間。
圖3是一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的用于2極，24槽單層同心式繞組三相交流電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速裝置的檢測(cè)線圈布置圈，其中(1)～(24)分別代表電動(dòng)機(jī)定子槽的序號(hào)。圖3(a)是三相定子繞組展開圖。電動(dòng)機(jī)的極距是12，定子繞組共有6個(gè)線圈組，其中線圈組A1和A2屬A相，線圈組B1和B2屬B相，線圈組C1和C2屬C相，每個(gè)線圈組由2個(gè)同心放置的線圈組成，大線圈節(jié)距為11，小線圈節(jié)距為9，線圈組A1、A2、B1、B2、C1、C2的接線端分別為a11和a12、a21和a22、b11和b12、b21和b22、c11和c12、c21和c22，該電動(dòng)機(jī)的并聯(lián)支路數(shù)為1，線圈組A1和A2、B1和B2、C1和C2分別按電勢(shì)相加的方向連接，即接線端a12和a22、b12和b22、c12和c22分別連接，接線端a11、b11、c11分別是三相定子繞組的頭A、B、C，接線端a21、b21、c21分別是三相定子繞組的尾X、Y、Z。圖3(b)是在電機(jī)中嵌設(shè)3個(gè)檢測(cè)線圈時(shí)檢測(cè)線圈展開圖。對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)的定子繞組的線圈組A1、B1、C1嵌放3個(gè)檢測(cè)線圈T1、T2、T3、檢測(cè)線圈T1、T2、T3分別與定子繞組的線圈組A1、B1、C1同軸，此3個(gè)檢測(cè)線圈互隔120°電角度，同時(shí)也互隔120°機(jī)械角度，檢測(cè)線圈節(jié)距為11，3個(gè)檢測(cè)線圈匝數(shù)相等，從而由3個(gè)檢測(cè)線圈T1、T2、T3的輸出端t11和t12、t21和t22、t31和t32得到對(duì)應(yīng)三相定子繞組的3個(gè)檢測(cè)線圈的感應(yīng)電壓。若將3個(gè)檢測(cè)線圈按星形連接，檢測(cè)線圈的輸出端t12、t22、t32相連接構(gòu)成檢測(cè)線圈組的星點(diǎn)O，并將此星點(diǎn)O引出作為檢測(cè)線圈組的輸出端O，檢測(cè)線圈的輸出端t11、t21、t31分別作為檢測(cè)線圈組的另外3個(gè)輸出端a、b、c，則由檢測(cè)線圈組的輸出端ao、bo、co得到對(duì)應(yīng)三相定子繞組的三個(gè)檢測(cè)線圈的感應(yīng)電壓，這樣可使檢測(cè)線圈與變頻調(diào)速器的連接線減少。圖3(C)是在電機(jī)中嵌設(shè)6個(gè)檢測(cè)線圈時(shí)檢測(cè)線圈展開圖?？紤]到在變頻調(diào)速裝置中增加電動(dòng)機(jī)定轉(zhuǎn)子不同心保護(hù)功能(參考PCT/CN96/00107)，可以在兩極電動(dòng)機(jī)中嵌設(shè)6個(gè)檢測(cè)線圈，對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)定子繞組的6個(gè)線圈組A1、B1、C1、A2、B2、C2嵌放檢測(cè)線圈T4、T5、T6、T7、T8、T9，檢測(cè)線圈T4、T5、T6、T7、T8、T9分別與定子繞組的線圈組A1、B1、C1、A2、B2、C2同軸，對(duì)應(yīng)同相定子繞組的2個(gè)檢測(cè)線圈T4和T7、T5和T8、T6和T9分別相隔180°機(jī)械角度，分別對(duì)應(yīng)三相定子繞組的檢測(cè)線圈T4、T5、T6之間和T7、T8、T9之間均互隔120°機(jī)械角度，檢測(cè)線圈節(jié)距為5，6個(gè)檢測(cè)線圈匝數(shù)相等，從而由6個(gè)檢測(cè)線圈T4、T5、T6、T7、T8、T9的出線端t41和t42、t51和t52、t61和t62、t71和t72、t81和t82、t91和t92得到對(duì)應(yīng)三相定子繞組的6個(gè)檢測(cè)線圈的感應(yīng)電壓。變頻調(diào)速器可先對(duì)檢測(cè)線圈T4和T7、T5和T8、T6和T9的感應(yīng)電壓分別取平均值，然后利用3個(gè)平均值作為系統(tǒng)的反饋信號(hào)。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的用于4極，24槽雙層疊式繞組三相交流電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速裝置的檢測(cè)線圈布置圖，其中(1)～(24)分別代表電動(dòng)機(jī)定子槽的序號(hào)。圖4(a)是三相定子繞組展開圖。電動(dòng)機(jī)的極距是6，定子繞組共有12個(gè)線圈組，其中線圈組A1～A4屬A相，線圈組B1～B4屬B相，線圈組C1～C4屬C相，每個(gè)線圈組由2個(gè)相鄰線圈疊放組成，線圈節(jié)距為5，線圈組A1～A4、B1～B4、C1～C4接線端分別為a11和a12、a21和a22、a31和a32、a41和a42、b11和b12、b21和b22、b31和b32、b41和b42、c11和c12、c21和c22、c31和c32、c41和c42，該電動(dòng)機(jī)的并聯(lián)支路數(shù)為1，線圈組A1～A4、B1～B4、C1～C4分別按電勢(shì)相加的方向連接，即接線端a12與a22、a21與a31、a32與a42、b12與b22、b21與b31、b32與b42、c12與c22、c21與c31、c32與c42分別連接，接線端a11、b11、c11分別是三相定子繞組的頭A、B、C，接線端a41、b41、c41分別是三相定子繞組的尾X、Y、Z。圖4(b)是在電機(jī)中嵌設(shè)3個(gè)檢測(cè)線圈時(shí)檢測(cè)線圈展開圖。對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)定子繞組的線圈組A1、B3、C1嵌放3個(gè)檢測(cè)線圈T1、T2、T3，檢測(cè)線圈T1、T2、T3分別與定子繞組的線圈組A1、B3、C1同軸，此3個(gè)檢測(cè)線圈互隔120°電角度，同時(shí)也互隔120°機(jī)械角度，檢測(cè)線圈節(jié)距為6，3個(gè)檢測(cè)線圈匝數(shù)相等，從而由3個(gè)檢測(cè)線圈T1、T2、T3的輸出端t11和t12，t21和t22，t31和t32得到對(duì)應(yīng)3相定子繞組的3個(gè)檢測(cè)線圈的感應(yīng)電壓。若將3個(gè)檢測(cè)線圈按星形連接，檢測(cè)線圈的輸出端t12、t22、t32相連接組成檢測(cè)線圈的星點(diǎn)O，并將此星點(diǎn)O引出作為檢測(cè)線圈組的輸出端O，檢測(cè)線圈的輸出端t11、t21、t31分別作為檢測(cè)線圈組的另外3個(gè)輸出端a、b、c，則由檢測(cè)線圈組的輸出端ao、bo、co得到對(duì)應(yīng)3相定子繞組的3個(gè)檢測(cè)線圈的感應(yīng)電壓，這樣可使檢測(cè)線圈與變頻調(diào)速器的連線減少。圖4(C)是在電機(jī)中嵌設(shè)6個(gè)檢測(cè)線圈時(shí)檢測(cè)線圈展開圈。對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)定子繞組的6個(gè)線圈組A1、B1、C1、A3、B3、C3嵌放6個(gè)檢測(cè)線圈T4、T5、T6、T7、T8、T9，檢測(cè)線圈T4、T5、T6、T7、T8、T9分別與定子繞組的線圈組A1、B1、C1、A3、B3、C3同軸，對(duì)應(yīng)同相定子繞組的2個(gè)檢測(cè)線圈T4和T7、T5和T8、T6和T9之間分別相隔180°機(jī)械角度，分別對(duì)應(yīng)3相定子繞組的檢測(cè)線圈T4、T6、T8之間和T5、T7、T9之間均互隔120°機(jī)械角度，檢測(cè)線圈節(jié)距為6，6個(gè)檢測(cè)線圈匝數(shù)相等，從而由6個(gè)檢測(cè)線圈T4、T5、T6、T7、T8、T9的出線端t41和t42、t51和t52、t61和t62、t71和t72、t81和t82、t91和t92得到對(duì)應(yīng)三相定子繞組的6個(gè)檢測(cè)線圈的感應(yīng)電壓。變頻調(diào)速器可先將檢測(cè)線圈T4和T7、T5和T8、T6和T9的感應(yīng)電壓分別取平均值，然后利用3個(gè)平均值作為系統(tǒng)的反饋信號(hào)。
圖5是一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的用于6極、18槽雙層繞組三相交流電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速裝置的檢測(cè)線圈的布置圖，其中(1)～(24)分別代表電動(dòng)機(jī)定子槽的序號(hào)。圖5(a)是三相定子繞組的展開圖。電動(dòng)機(jī)的極距是3，定子繞組共有18個(gè)線圈組，每個(gè)線圈組由單個(gè)線圈組成，線圈A1～A6屬A相，線圈B1～B6屬B相，線圈C1～C6屬C相，線圈節(jié)距為3，線圈A1～A6，B1～B6，C1～C6的接線端分別為a11和a12、a21和a22、a31和a32、a41和a42、a51和a52、a61和a62、b11和b12、b21和b22、b31和b32、b41和b42、b51和b52、b61和b62、c11和c12、c21和c22、c31和c32、c41和c42、c51和c52、c61和c62，該電動(dòng)機(jī)的并聯(lián)支路數(shù)為1，線圈A1～A6、B1～B6、C1～C6分別按電勢(shì)相加的方向連接，即接線端a12與a22、a21與a31、a32與a42、a41與a51、a52與a62、b12與b22、b21與b31、b32與b42、b41與b51、b52與b62、c12與c22、c21與c31、c32與c42、c41與c51、c52與c62分別連接，接線端a11、b11、c11分別是三相定子繞組的頭A、B、C，接線端a61、b61、c61分別是三相定子繞組的尾X、Y、Z。圖5(b)是在電機(jī)中嵌設(shè)3個(gè)檢測(cè)線圈時(shí)檢測(cè)線圈展開圖。對(duì)應(yīng)定子繞組的線圈A1、B1、C1嵌放3個(gè)檢測(cè)線圈T1、T2、T3，檢測(cè)線圈T1、T2、T3分別與定子繞組的線圈A1、B1、C1嵌放在相同的槽中，此3個(gè)檢測(cè)線圈互隔120°電角度，檢測(cè)線圈節(jié)距為3，3個(gè)檢測(cè)線圈匝數(shù)相等，從而由3個(gè)檢測(cè)線圈T1、T2、T3的輸出端t11和t12、t21和t22、t31和t32得到對(duì)應(yīng)三相定子繞組的3個(gè)檢測(cè)線圈的感應(yīng)電壓。若將3個(gè)檢測(cè)線圈按星形連接，檢測(cè)線圈的輸出端t12、t22、t32相連接組成檢測(cè)線圈的星點(diǎn)O，并將此星點(diǎn)O引出作為檢測(cè)線圈組的輸出端O，檢測(cè)線圈的輸出端t11、t21、t31分別作為檢測(cè)線圈組的另外3個(gè)輸出端a、b、c，則由檢測(cè)線圈組的輸出端ao、bo、co得到對(duì)應(yīng)三相定子繞組的3個(gè)檢測(cè)線圈的感應(yīng)電壓，這樣可使檢測(cè)線圈與變頻調(diào)速器的連線減少。圖5(c)是在電機(jī)中嵌放9個(gè)檢測(cè)線圈時(shí)檢測(cè)線圈展開圖。對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)定子繞組的9個(gè)線圈A1、B1、C1、A3、B3、C3、A5、B5、C5嵌放9個(gè)檢測(cè)線圈T4、T5、T6、T7、T8、T9、Ta、Tb、Tc，檢測(cè)線圈T4～Tc分別與A1、B1、C1、A3、B3、C3、A5、B5、C5嵌放在相同的槽中，對(duì)應(yīng)A相定子繞組的3個(gè)檢測(cè)線圈T4、T7、Ta之間，對(duì)應(yīng)B相定子繞組的3個(gè)檢測(cè)線圈T5、T8、Tb之間和對(duì)應(yīng)C相定子繞組的3個(gè)檢測(cè)線圈T6、T9、Tc之間均分別相隔120°機(jī)械角度，三相檢測(cè)線圈在園周上對(duì)稱分布，檢測(cè)線圈節(jié)距為3，9個(gè)檢測(cè)線圈匝數(shù)相等，從而由9個(gè)檢測(cè)線圈T4～Tc的出線端t41和t42、t51和t52、t61和t62、t71和t72、t81和t82、t91和t92、ta1和ta2、tb1和tb2、tc1和tc2得到對(duì)應(yīng)三相定子繞組的9個(gè)檢測(cè)線圈的感應(yīng)電壓。變頻調(diào)速器可先將檢測(cè)線圈T4、T7、Ta的感應(yīng)電壓，T5、T8、Tb的感應(yīng)電壓，T6、T9、Tc的感應(yīng)電壓分別取平均值，然后利用3個(gè)平均值作為系統(tǒng)的反饋信號(hào)。
圖6是一個(gè)根據(jù)對(duì)應(yīng)三相定子繞組的3個(gè)檢測(cè)線圈的感應(yīng)電壓計(jì)算電動(dòng)機(jī)氣隙磁通的原理框圖。檢測(cè)線圈T1的感應(yīng)電勢(shì)eT1=-dψT1dt]]>ψT1是檢測(cè)線圈T1與氣隙磁通交鏈的磁鏈由于檢測(cè)線圈T1的中心線與A相定子繞組的一個(gè)極相組的中心線重合，所以ψmA＝KψT1ψmA是A相定子繞組與氣隙磁通交鏈的磁鏈K是常數(shù)由以上二式得eT1=-1KdψmAdt]]>
∴ψmA＝-K∫eT1dt同樣ψmB＝-K∫eT2dtψmc＝-K∫eT3dtψmB是B相定子繞組與氣隙磁通交鏈的磁鏈ψmc是C相定子繞組與氣隙磁通交鏈的磁鏈eT2是檢測(cè)線圈T2的感應(yīng)電勢(shì)eT3是檢測(cè)線圈T3的感應(yīng)電勢(shì)在圖6中，檢測(cè)線圈T1、T2、T3的感應(yīng)電勢(shì)eT1、eT2、eT3經(jīng)積分器7、8、9積分后得到氣隙磁通與3相定子繞組交鏈的磁鏈ψmA、ψmB、ψmC，由加法器10實(shí)現(xiàn)ψmB+ψmc，由加法器11實(shí)現(xiàn)2/3ψmA-1/3(ψmB+ψmc)即得到ψmα。由加法器12實(shí)現(xiàn)ψmB-ψmc，1/3(ψmB-ψmc)即是ψmβ。其中ψmα、ψmβ即是氣隙磁鏈在兩相坐標(biāo)α、β內(nèi)的分量。
圖7是根據(jù)氣隙磁鏈計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電路原理圖。由加法器13實(shí)現(xiàn)L2/L12ψmα-(L2-L12)i1α即得到轉(zhuǎn)子磁鏈分量ψ2α，由加法器14實(shí)現(xiàn)L2/L12ψmβ-(L2-L12)i1β即得到轉(zhuǎn)子磁鏈分量ψ2β，其中i1α、i1β是由三相定子電流通過變換得到的兩相電流分量，L2是轉(zhuǎn)子自感，L12是定轉(zhuǎn)子互感，ψ2α、ψ2β即是轉(zhuǎn)子磁鏈在兩相坐標(biāo)α、β內(nèi)的分量。
圖8是根據(jù)氣隙磁鏈計(jì)算電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的電路原理圖，由乘法器15得到ψmα·i1β，由乘法器16得到ψmβ·i1α，再由加法器17實(shí)現(xiàn)ψmα·i1β-ψmβ·i1α，即得到電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩。
本發(fā)明的交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速裝置的檢測(cè)線圈的布置方式不局限于前述的數(shù)種，例如在電機(jī)的定子槽中嵌設(shè)2個(gè)檢測(cè)線圈，此2個(gè)檢測(cè)線圈相隔90°或120°電角度，也可以得到電機(jī)的氣隙磁通或轉(zhuǎn)子磁通；本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速裝置的變頻調(diào)速器對(duì)檢測(cè)線圈的感應(yīng)電壓的計(jì)算處理方法也不局限于前述的方法，例如可利用氣隙磁通計(jì)算出電磁轉(zhuǎn)矩作為反饋信號(hào)，或利用對(duì)應(yīng)三相定子繞組的檢測(cè)線圈的感應(yīng)電壓計(jì)算出反電勢(shì)作為反饋信號(hào)，只要利用嵌放在電動(dòng)機(jī)定子槽中的檢測(cè)線圈的感應(yīng)電壓經(jīng)計(jì)算處理作為變頻調(diào)速系統(tǒng)的反饋信號(hào)，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種三相交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速裝置，其特征是該裝置包括嵌放在三相交流電動(dòng)機(jī)定子槽中的檢測(cè)線圈和與之相連接的變頻調(diào)速器，所述變頻調(diào)速器利用檢測(cè)線圈的感應(yīng)電壓計(jì)算出電動(dòng)機(jī)的氣隙磁通或轉(zhuǎn)子磁通，并將該氣隙磁通或轉(zhuǎn)子磁通作為系統(tǒng)的反饋信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變頻調(diào)速裝置，其特征是所述檢測(cè)線圈共有3個(gè)，每個(gè)檢測(cè)線圈對(duì)應(yīng)所述電動(dòng)機(jī)的一相定子繞組，檢測(cè)線圈的中心線與相應(yīng)定子繞組的一個(gè)極相組的中心線重合，3個(gè)檢測(cè)線圈的節(jié)距和匝數(shù)相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述變頻調(diào)速裝置，其特征是在所述電動(dòng)機(jī)為6n極電動(dòng)機(jī)時(shí)，所述3個(gè)檢測(cè)線圈在定子園周上接近均勻分布。(n＝1，2，3……)
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述變頻調(diào)速裝置，其特征是在所述電動(dòng)機(jī)是除6n極以外的其它極數(shù)的電動(dòng)機(jī)時(shí)，所述3個(gè)檢測(cè)線圈在定子園周上均勻分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求2～4中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的變頻調(diào)速裝置，其特征是所述檢測(cè)線圈節(jié)距接近所述電動(dòng)機(jī)的極距。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述變頻調(diào)速裝置，其特征是所述電動(dòng)機(jī)為6n極電動(dòng)機(jī)時(shí)，所述檢測(cè)線圈共有9個(gè)，該9個(gè)檢測(cè)線圈分為3組，每組3個(gè)，3組檢測(cè)線圈分別對(duì)應(yīng)所述電動(dòng)機(jī)的3相定子繞組，檢測(cè)線圈的中心線與相應(yīng)定子繞組的極相組的中心線重合，同組的3個(gè)檢測(cè)線圈互隔120°機(jī)械角度，3組檢測(cè)線圈在園周上對(duì)稱分布，相互錯(cuò)開40°機(jī)械角度，所述9個(gè)檢測(cè)線圈節(jié)距和匝數(shù)均相等，所述變頻調(diào)速器將對(duì)應(yīng)同相的3個(gè)檢測(cè)線圈的感應(yīng)電壓取平均值，然后利用3個(gè)平均值計(jì)算出電動(dòng)機(jī)的氣隙磁通或轉(zhuǎn)子磁通，從而實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的變頻調(diào)速裝置，其特征是所述檢測(cè)線圈的節(jié)距接近所述電動(dòng)機(jī)的極距。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變頻調(diào)速裝置，其特征是所述電動(dòng)機(jī)為除6n極以外的其它極數(shù)的電動(dòng)機(jī)時(shí)，所述檢測(cè)線圈共有6個(gè)，該6個(gè)檢測(cè)線圈分為3組，每組2個(gè)，3組檢測(cè)線圈分別對(duì)應(yīng)所述電動(dòng)機(jī)的3相定子繞組，檢測(cè)線圈的中心線與相應(yīng)定子繞組的極相組的中心線重合，同組的2個(gè)檢測(cè)線圈互隔180°機(jī)械角度，3組檢測(cè)線圈在園周上對(duì)稱分布，互隔120°機(jī)械角度，所述6個(gè)檢測(cè)線圈節(jié)距和匝數(shù)均相等，所述變頻調(diào)速器將對(duì)應(yīng)同相的2個(gè)檢測(cè)線圈的感應(yīng)電壓取平均值，然后利用3個(gè)平均值計(jì)算出電動(dòng)機(jī)的氣隙磁通或轉(zhuǎn)子磁通，從而實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的變頻調(diào)速裝置，其特征是對(duì)于2極電動(dòng)機(jī)，所述檢測(cè)線圈的節(jié)距接近所述電動(dòng)機(jī)的極距的一半。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述變頻調(diào)速裝置，其特征是對(duì)于除2極和6n極以外的其它極數(shù)的電動(dòng)機(jī)，所述檢測(cè)線圈的節(jié)距接近所述電動(dòng)機(jī)的極距。
全文摘要
一種交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速裝置,該裝置包括嵌放在電動(dòng)機(jī)(1)定子槽中的檢測(cè)線圈(2)和與之相連接的變頻調(diào)速器(3)。對(duì)應(yīng)每相定子繞組分別嵌設(shè)一個(gè)或幾個(gè)檢測(cè)線圈,檢測(cè)線圈的中心線與相應(yīng)定子繞組的極相組的中心線重合,檢測(cè)線圈的節(jié)距接近所述電動(dòng)機(jī)的極距或極距的一半。檢測(cè)線圈的感應(yīng)電壓值較高,而諧波較弱,利用檢測(cè)線圈的感應(yīng)電壓計(jì)算出的氣隙磁通或轉(zhuǎn)子磁通準(zhǔn)確、穩(wěn)定。變頻調(diào)速器將其作為反饋信號(hào),可提高系統(tǒng)性能,并使系統(tǒng)簡(jiǎn)化。
文檔編號(hào)H02K11/00GK1202037SQ9711332
公開日1998年12月16日 申請(qǐng)日期1997年6月9日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月9日
發(fā)明者田京濤 申請(qǐng)人:田京濤