[发明专利]绕线式异步电机的无损调速装置

说明书

本发明涉及一种交流电机的调速装置，确切地说，涉及一种绕线式异步电机的无损调速装置。

绕线式异步电机是通过调节其转子回路的外接附加电阻的大小来平滑调节其转子电流而实现平滑调节其转速的。转子回路的电阻越大，产生同一转矩的转差率也越大，也就是转速越低。所以，绕线式电机可以在低于额定转速的一个相当宽的范围内调节其转速，还具有起动转矩较大的优点，在起重机、卷扬机和驱动泵、风机类的小容量电机中被广泛使用。它的常规调速装置是由控制器、电阻箱和散热系统组成，通过调节控制器，改变电阻箱里电阻的组合方式，就可改变串接于转子回路的电阻值实现调速目的。不过这种调速方式的能量损耗很大，因为有相当大的一部分功率（Ia×Ia×Ra+Ib×Ib×Rb+Ic×Ic×Rc，式中Ia、Ib、Ic分别为转子各相电流，Ra、Rb、Rc分别为电阻箱中串接于转子各相的电阻值）被消耗在电阻箱里，因而效率较低。被损耗的那一部分功率在电阻上产生的热量，还得通过散热系统排出调节装置，因此，其结构也是比较复杂的。

本发明的目的是设计一种没有外接电阻箱的附加能量损耗，结构简单的绕线式异步电机调速装置。

本发明是由三相全波整流电路、变脉宽脉冲发生电路、功率电子开关和电压钳位电路四个部分组成的，其中三相全波整流电路的直流输出端分别与由若干个并联的VMOS大功率场效应管组成的功率电子开关的源极板和漏极板连接，各个VMOS管的栅极通过分别串联一个电阻与变脉宽脉冲发生电路的输出端相接通，该脉冲发生电路的控制端也即本装置的输入控制端，由串联相接的限流电阻R1、两个稳压管D1、D2回路和与之相并接的晶体开关管构成的电压钳位电路则也并接在功率电子开关的源极板和漏极板之间。

本发明是在中国专利CN89209067.7《一种大功率数控调压与变流装置》的基础上研制的又一新产品，也是上述专利在机电一体化大功率驱动设备的无损调速领域里的新创造。本发明是通过改变变脉宽脉冲发生器输入控制端的控制电压（0～5伏范围内调节），就能改变其输出脉冲的占空比（0～100%之间变化），从而改变功率电子开关的“导通”与“截止”的时间比例，也即改变转子绕组上电流的大小：在电子开关“导通”（开）时，转子回路的各相电流分别为Ia＝Ea/Ra′，Ib＝Eb/Rb′，Ic＝Ec/Rc′（式中Ra′、Rb′、Rc′分别为转子各相的内阻，Ea、Eb、Ec分别为转子各相的动态平均电势）。而功率电子开关“截止”（关）时，转子回路的电流截断。所以，对于整个周期，转子各相的有效电流分别为Ia、Ib、Ic与输出脉冲占空比的乘积。因此，只要改变脉冲占空比，同样可以达到改变转子回路各相平均电流的目的，换言之，同样可以达到调节绕线式电机的转速的目的。然而，本发明没有外接调速电阻箱，也没有了因此外接电阻箱带来的无功热损耗，能达到显著节能和简化电机结构的良好效果，可以把本发明用于铁路内燃机车电力拖动技术中是替代绕线异步电机常规调速装置的理想产品。

图1是绕线式电机的常规调速装置示意简图。

图2是本发明的组成和原理图。

图3是本发明中功率电子开关和变脉宽脉冲发生电路的电原理图（A）和结构图（B）。

图1中，A1、B1、C1是绕线式电机M的定子绕组，A、B、C是其转子绕组，Ra、Rb、Rc则为转子回路的外接电阻箱中串接于转子各相的电阻值。在定子绕组上加上额定电压就使得转子转动，其转速则取决于转子外电路上所接入的可变电阻值的大小，即通过调节Ra、Rb、Rc，使Ia＝Va/Ra，Ib＝Vb/Rb，Ic＝Vc/Rc（Va、Vb、Vc分别为转子各相的电压）从而达到调整转子转速的目的。