[发明专利]一种变极变速定子绕组控制法

说明书

技术领域

本发明是一种变极变速定子绕组控制法，其涉及一种应用于电动机的方法，特别是涉及一种应用于变极变速电动机的定子绕组控制法。

背景技术

交流异步电动机的效率较低，永磁同步电动机的效率高、功率因数高、节能效果显著，所以永磁同步电动机正逐渐取代交流异步电动机成为主流电动机。

变极变速技术方案是应用于三相交流异步电动机的一种节能技术，普遍应用在以油田游梁式抽油机所采用的双速电动机为代表的大中型三相交流异步电动机。家用电器的小型单相交流异步电动机多数采用定子绕组有中间抽头的技术方案实现电动机的有级变速。到目前为止，没有应用于家用电器的小型单相交流异步电动机的变极变速定子绕组控制技术方案。

随着大功率三极管等电子元件和钕铁硼永磁材料等关键技术获得突破，微型无刷直流电动机得到普及应用。无刷直流电动机需要配置专用电源控制器，普通永磁同步电动机无法自起动，需要配置变频器，由于专用电源控制器和变频器成本较高，制约了以变频变速为代表的节能技术在家用电器小型电动机中的应用。

若能用简单的控制线路实现小型电动机定子绕组的变极变速，则有利于变极变速异步起动永磁同步电动机节能技术，以低成本的优势在家用电器中普及应用。

普通变极变速交流异步电动机采用反向法，通过改变电动机定子绕组的接线方式，使全部定子绕组中一半数量定子绕组的电流方向反向，实现电动机的变极，达到变速目的。例如4极/8极单绕组双速三相交流异步电动机，4极时定子绕组为YY接法，8极时定子绕组为△接法。普通变极变速交流异步电动机在高转速时定子绕组的接线方式，使相邻的异性定子磁极之间有一个极弧宽度的定子铁芯空间没有定子磁场，有近一半的定子铁芯空间闲置，影响电动机的工作效率。

风机泵类负载的轴功率与转速的三次方成正比，因此应用于风机泵类负载的变极变速电动机采用双功率设计，即低转速时小功率输出，高转速时大功率输出，才能符合节能要求。

发明内容

本发明的目的是克服传统小型单相电动机定子绕组不能实现变极变速的缺陷，提供一种能用简单的控制线路实现小型单相电动机定子绕组变极变速的方法。本发明的实施方案如下：

本发明总的特征是一种变极变速定子绕组控制法应用于小型单相变极变速异步起动永磁同步电动机或小型单相交流异步电动机。在一种变极变速定子绕组控制法中，主要由定子绕组、移相元件、控制开关、和控制线路的导线组成控制系统。定子绕组由起动绕组、工作绕组组成。起动绕组由外起动绕组、内起动绕组组成。工作绕组由后半工作绕组、前半工作绕组组成。移相元件可以采用电容器或电阻器。移相元件串联在起动绕组中。外起动绕组由若干个外起动线圈组成。内起动绕组由若干个内起动线圈组成。后半工作绕组由若干个后半工作线圈组成。前半工作绕组由若干个前半工作线圈组成。外起动线圈、内起动线圈、后半工作线圈、前半工作线圈各自的数量等于高转速时定子磁极数。若干个外起动线圈、内起动线圈、后半工作线圈、前半工作线圈均布在定子铁芯上。以某一个外起动线圈为起点，沿着定子磁场旋转方向依次排列的第一个外起动线圈、第一个内起动线圈、第一个后半工作线圈、第一个前半工作线圈为同一个组别绕组线圈，其它组别绕组线圈以此类推。

定子绕组的外起动线圈、内起动线圈、后半工作线圈、前半工作线圈的直边段安装在定子线槽内，可以组成双层绕组结构形式，也可以组成单层绕组结构形式。双层绕组结构形式的同一个定子线槽内安装有相邻绕组线圈的两个直边段。单层绕组结构形式的每一个定子线槽内只安装有某个绕组线圈的一个直边段。

以电动机高转速时定子磁极数为标准，外起动线圈与同一组别的内起动线圈空间位置相差0°电角度，外起动线圈与同一组别的后半工作线圈空间位置相差45°电角度，后半工作线圈与同一组别的前半工作线圈空间位置相差90°电角度。

在电动机高转速状态时，同一组别的后半工作线圈和前半工作线圈产生互为同性磁极的磁场，这两个磁场合并成为高转速定子磁场。同一组别的外起动线圈和内起动线圈产生互为同性磁极的起动磁场。外起动线圈和内起动线圈产生的起动磁场与同一组别的高转速定子磁场空间位置相差90°电角度。电动机在高转速异步起动和同步运行时，在起动绕组、工作绕组和移相元件的共同作用下，产生高转速定子旋转磁场，使小型单相变极变速异步起动永磁同步电动机或小型单相交流异步电动机的转子按照转子旋转方向旋转。