[发明专利]多相感应电机电子变极传动装置

说明书

技术领域

本发明涉及多相感应电机电子变极传动装置，尤其适合于大功率宽范围的调速系统。

背景技术

许多应用场合，如机床用伺服系统、航空器驱动、飞轮储能系统等，迫切要求传动系统既能在低速时提供大的转矩，又具有宽广的恒功率调速运行范围，而由传统感应电机构成的交流传动系统在额定频率以下电机工作在恒转矩模式，在额定频率以上电机工作在恒功率模式。在恒功率模式下电机端电压随频率的增大而缓慢地升高，在变频器供电的情况下当电压达到变频器所能够提供的最大电压时，传动系统就无法继续工作在恒功率模式了。因此由传统感应电机构成的传动系统的恒功率运行区间，或者说调速范围是有限的，一般不超过额定转速的两倍。常用的解决方法是将传动系统和负载通过机械变速箱连接，通过改变变速箱的速比来满足要求，但是该方法设备复杂，体积增大以及控制精度降低；也可以简单的采用更大功率电机和大容量变频器，但是这样电机体积和功率器件的容量都要增大，在经济和能源上造成很大的浪费。

发明内容

本发明的目的是提供一种多相感应电机电子变极传动装置，通过多相感应电机的电子变极实现宽范围恒功率调速，并提高运行可靠性。

本发明的多相感应电机电子变极传动装置，包括多相感应电机、多相逆变器、逆变驱动单元、检测单元和变极控制单元，多相感应电机的相数n≥5，定子绕组由n个轴线依次相隔2π/n电角度的绕组构成，每相绕组同时含有至少2种空间谐波分量，各相绕组的一端为星形连接，多相逆变器的相数与多相感应电机的相数n相等，多相逆变器各相桥臂的输出端与各相绕组的输入端连接，多相逆变器的输入端与逆变驱动单元的输出端相连，检测单元的信号输入端接多相感应电机的电压、电流和转速信号输出端，检测单元的信号输出端与变极控制单元一个输入端相连，变极控制单元的另一个输入端接转速设定值，变极控制单元将输入的转速信号与设定的转速值比较，确定电机采用何种极数以及相应的控制自由度，输出控制多相感应电机转矩和转速的电流或电压参考信号给逆变驱动单元。

本发明中，多相感应电机转子采用鼠笼型转子。多相感应电机绕组星形连接可以为1个中点或几个中点。

所说的变极控制单元为DSP或FPGA芯片。当相数n≤6时，逆变驱动单元为DSP或FPGA或CPLD芯片，相数n＞6时，逆变驱动单元为FPGA或CPLD芯片。

本发明的多相感应电机电子变极传动装置采用一台鼠笼型多相感应电机和一台多相逆变器，利用多相电机具有多个控制自由度的特点，在不停电的情况下通过控制产生不同的谐波电流和谐波旋转磁场，实现电子变极调速，具有宽运行范围的特点。本发明结构简单；具有高可靠性，当一相或几相发生故障时可实现容错运行；易于实现大功率传动。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是多相感应电机电子变极传动装置中多相电机的绕组结构实例(以6相为例)，

图中：(a)为4/8变极，(b)为2/4变极；

图3是多相感应电机与多相逆变器的连接方式；

图4是多相对称系统的坐标变换矩阵；

图5是6相电机的极对数切换示意图，图中：(a)为1对极旋转磁场示意图，(b)为2对极旋转磁场示意图。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明：

参照图1，本发明的多相感应电机电子变极传动装置，包括多相感应电机1、多相逆变器2、逆变驱动单元3、检测单元4和变极控制单元5，多相感应电机1的相数n≥5，定子绕组由n个轴线依次相隔2π/n电角度的绕组构成，每相绕组同时含有至少2种空间谐波分量，各相绕组的一端为星形连接，多相逆变器2的相数与多相感应电机1的相数n相等，多相逆变器各相桥臂的输出端与各相绕组的输入端连接，多相逆变器的输入端与逆变驱动单元3的输出端相连，检测单元4的信号输入端接多相感应电机1的电压、电流和转速信号输出端，检测单元4的信号输出端与变极控制单元5一个输入端相连，变极控制单元5的另一个输入端接转速设定值，变极控制单元5将输入的转速信号与设定的转速值比较，确定电机采用何种极数以及相应的控制自由度，输出控制多相感应电机1转矩和转速的电流或电压参考信号给逆变驱动单元3。