[实用新型]高功率因数低脉动扭矩发生器

说明书

技术领域

本实用新型属于电动机技术领域，具体涉及一种高功率因数低脉动扭矩发生器。

背景技术

扭矩发生器是一种可以长时间运行在低转速状态的电动机，广泛应用于纺织、印染、造纸、电线、电缆、橡胶和冶金等行业。

扭矩发生器的输出转矩与扭矩电动机的输出电流成正比，通常的控制器使其输出电流存在较大的谐波，产生较大的脉动转矩，工作范围窄，电路转换效率低，电磁兼容性差。

电动机的电磁转矩物理表达式为

M＝C_TΦ_mI₂cosθ                                (1)

式中C_T——电动机的转矩系数

Φ_m——电动机的主磁通

I₂——电动机的转子电流

cosθ——功率因数

一般C_T和Φ_m为常数，故电磁转矩主要和转子电流及其功率因数有关，调节电动机的输出电流就可实现对输出扭矩的控制，以往的电路中采用了交流全桥整流、直流斩控的电路。在750rpm/50Hz时测得的某型电动机的输出电流及其频谱如图1所示。

在图1中，从电动机输出电流波形来看，明显存在各次谐波，而且各次谐波幅值比较大；当电动机中含有l(奇数)次电流谐波时，在电动机的气隙中产生谐波磁势，且建立谐波旋转磁场；l次谐波磁场沿基波磁场相反方向旋转，并感应出l+1倍于基频的转子电流，产生l+1倍于基频的谐波转矩，使电动机的电磁转矩产生脉动。

此时电磁转矩的瞬时值为

式中M_m——电磁转矩波动分量的幅值

ω₁——基波角频率

_m——波动分量与基波分量间的相位移

由于波动转矩的存在，即使在恒定负载转矩下，电动机也存在动态转矩，从而产生转速波动，将式(2)积分得：

式中Ω₀——角速度的恒定分量

式(3)表明，电动机角速度的波动分量幅值与基频ω₁成反比，ω₁越低，波动分量的幅值越大；电动机角速度的波动分量幅值与谐波次数成反比，低次谐波对转速的影响要比高次谐波大。

由于波动转矩的存在，即使在恒定负载转矩下，电动机也存在动态转矩，从而产生转速波动。电动机角速度的波动分量幅值与基频成反比，基频越低，波动分量的幅值越大；电动机角速度的波动分量幅值与谐波次数成反比，低次谐波对转速的影响要比高次谐波大。

综上所述，由于脉动转矩的存在，即使在负载恒定时，电动机的角速度也是时变的，当电动机处于低速运行时还会产生爬行现象，同时大量的谐波存在于一个完全密闭的空间中，对控制电路产生很强的电磁干扰，对其他控制电路的电磁兼容性能提出极高的要求。通常设计中只考虑了对转子电流的控制，忽略了功率因数对输出转矩的影响，电路转换效率很低，无功损耗增大，额定转矩要求下电动机的设计体积增大，转动惯量增大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种高功率因数低脉动扭矩发生器，以提高电动机的功率因数和输出电压利用率，减小电流谐波，拓宽工作范围，抑制脉冲转矩。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种高功率因数低脉动扭矩发生器，其特征在于：电动机的交流输出经桥式整流电路，得到脉动直流输出，桥式整流电路输出端接输入滤波环节，输入滤波环节输出端经升压电感接功率开关元件，功率开关元件经高频整流环节接输出滤波环节，得到低脉动的直流输出电压，供给负载；输入电压取样、输出电压取样和负载电流取样输出信号给检测与控制保护主电路，检测与控制保护主电路输出端接功率开关元件，控制功率开关元件的输出频率和占空比，调整电路的输出功率和负载电流，调节电动机的输出电流，最终进行电动机的输出扭矩的调整与控制。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：1、能抑制电动机输出电流的波形失真，降低电流畸变，抑制脉动转矩和电磁干扰；2、可将输入功率因数提高到0.98以上，提高输出扭矩和电能-机械能转换效率；3、宽转速范围工作，避免低速旋转时的爬行现象，确保低速时高功率因数输出；4、宽电压工作范围，恒定功率输出，确保低速时的控制转矩输出。

附图说明

图1为在750rpm/50Hz时测得的某型电动机的输出电流及其频谱图。