直流單元式電動機(jī)的起動及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了直流單元式電動機(jī)的起動技術(shù)。直流單元式電動機(jī)在起動時存在著“死角”，在這個“死角”中就是施加很大的電流也不能使電動機(jī)起動，存在著燒毀電機(jī)的危險，所以必須采取措施避開“死角”，電動機(jī)才能順利起動。同時，直流單元式電動機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時定子繞組必須提前換向，但在起動時定子繞組提前換向會導(dǎo)致起動力矩的減小甚至反轉(zhuǎn)，所以在電子控制線路中必須增加切換裝置以保證在起動時撒除定子繞組的提前換向功能，而在運(yùn)行中又恢復(fù)該功能。
【專利說明】直流單元式電動機(jī)的起動及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及直流單元式電動機(jī)的起動技術(shù)【背景技術(shù)】
[0002]目前應(yīng)用最為廣泛的交流異步電動機(jī)起動時會產(chǎn)生4-8倍于額定電流的起動電流，給電網(wǎng)帶來沖擊，所以功率較大的交流異步電動機(jī)都不允許直接起動，必須配備專門的起動設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:①如何使電動機(jī)在起動時避開“死角”。②提供方法，使電動機(jī)在起動時撒除換向的時間提前量。只有解決這兩個問題，電動機(jī)才能順利起動。
[0004]直流單元式電動機(jī)起動時，有兩處“死角”，一處“死角”是轉(zhuǎn)子前沿與繞組間隙中心線相重合時(此時轉(zhuǎn)子的后沿與單元間隙中心線相重合)，還有一處是轉(zhuǎn)子前沿與單元間隙中心線相重合(此時轉(zhuǎn)子的后沿與繞組間隙中心線相重合)。當(dāng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子不處于上述的二個特殊位置時，它的繞組電流產(chǎn)生的磁力線是以繞組為中心的環(huán)形磁力線，它從繞組一側(cè)的氣隙穿入，又從另一側(cè)的氣隙穿出，氣隙的導(dǎo)磁面積就是定、轉(zhuǎn)子之間的導(dǎo)磁面積，這個面積隨著轉(zhuǎn)子位置的改變而變化。當(dāng)轉(zhuǎn)子位置位于“死角”時，總有一側(cè)定、轉(zhuǎn)子之間的導(dǎo)磁面積為零，此時磁路的磁阻非常大，繞組電流基本不能產(chǎn)生磁力線。轉(zhuǎn)子上只有磁極產(chǎn)生的磁力線，基本沒有繞組電流產(chǎn)生的磁力線，所以更沒有磁力線的合成而產(chǎn)生起動力矩。
[0005]為了避免“死角”引起的起動失敗，所以應(yīng)該在起動時避開“死角”，這可以使用起動器來實(shí)現(xiàn)。起動器是由片狀的永磁磁鐵和凹字形的鐵心組成，片狀的永磁磁鐵固定在轉(zhuǎn)子上，凹字形鐵心固定在定子上，當(dāng)電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)束時，凹字形鐵心會把片狀的永磁磁鐵吸進(jìn)其內(nèi)部，帶動轉(zhuǎn)子避開“死角”這樣，轉(zhuǎn)子在起動時，就避開了“死角”。當(dāng)然，也可以用電磁鐵代替永磁磁鐵產(chǎn)生磁力線，同時用PTC啟動器去控制電磁鐵的繞組。
[0006]避開“死角”的另一個方法是:把轉(zhuǎn)子分成兩組，使兩組之間的轉(zhuǎn)子前沿相差一個角度。這樣，起動時即使有一組的轉(zhuǎn)子處于“死角”的位置，另一組轉(zhuǎn)子的位置肯定在“死角”以外，這組轉(zhuǎn)子在起動時會產(chǎn)生起動力矩，只要這個力矩使轉(zhuǎn)子移動一點(diǎn)距離，另一組轉(zhuǎn)子就會被帶出“死角”而同時產(chǎn)生起動力矩，電動機(jī)即可起動。
[0007]由于直流單元式電動機(jī)的定子繞組實(shí)際上是一個帶鐵心的線圈，在運(yùn)轉(zhuǎn)時通過它的是經(jīng)過換向的交流電流，所以它在運(yùn)轉(zhuǎn)時是一個典型的感性負(fù)載。但是在起動過程中，由于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速很低，通過繞組交流電流的頻率也很低，所以這時它又變成典型的阻性負(fù)載。在運(yùn)轉(zhuǎn)中，由于繞組的電感存在，通過繞組的電流總是滯后于繞組電壓，所以需要提前換向。而在起動時，由于繞組基本不存在電感，通過繞組的電流與繞組電壓是同相位的，所以不需要提前換向。如果在起動時發(fā)生提前換向，提前換向的電流就會產(chǎn)生與起動力矩相反的力矩，使起動變得困難，甚至失敗。所以在起動時必須把運(yùn)轉(zhuǎn)時提前換向的功能撒除，等到起動結(jié)束時，再恢復(fù)提前換向的功能。為了實(shí)現(xiàn)上述的技術(shù)目的，必須在轉(zhuǎn)子位置傳感器中設(shè)置兩個光耦，一個輸出的是有時間提前量的換向信號，另一個輸出的是無時間提前量的換向信號，把這兩個信號同時輸入電子控制線路，由設(shè)置在電子控制線路中的切換裝置在起動時選擇無時間提前量的換向信號，同時使有時間提前量的換向信號截止；反之，在運(yùn)轉(zhuǎn)時選擇有時間提前量的信號，同時使無時間的提前量的信號截止。這樣，定子兩端的電壓就分別受這兩個光耦信號的控制，運(yùn)轉(zhuǎn)時繞組電壓提前換向，而起動時繞組電壓取消提前換向。
[0008]直流單元式電動機(jī)的起動采用降壓起動，即先在低于額定電壓的電壓下起動，把電流限制在一定范圍內(nèi)，然后逐漸升壓，直至電動機(jī)達(dá)到額定的轉(zhuǎn)速，這種起動方式比交流異步電動機(jī)的起動平穩(wěn)得多，不會產(chǎn)生很大的起動電流，對電網(wǎng)造成沖擊。同時，起動時的降壓裝置可以利用電動機(jī)本身的調(diào)速的降壓裝置，無須專門設(shè)置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1-1是電動機(jī)處于“死角”時，定、轉(zhuǎn)子的相對位置圖，顯示為轉(zhuǎn)子前沿與單元間隙中心線相重合。
[0010]圖1-2是電動機(jī)處于“死角”時，定、轉(zhuǎn)子相對位置圖，顯示為轉(zhuǎn)子前沿與定子繞組間隙中心線相重合。
[0011]圖2是起動器的示意圖，顯示為當(dāng)電動機(jī)處于“死角”位置時，起動器的片狀磁鐵與凹字形鐵心的相對位置。
[0012]圖3是當(dāng)轉(zhuǎn)子位置分組控制時，定、轉(zhuǎn)子相對位置圖，顯示為當(dāng)電動機(jī)處于“死角”時，一組轉(zhuǎn)子進(jìn)入“死角”的位置，而另一組轉(zhuǎn)子肯定在“死角”位置以外。
[0013]圖4是在電子控制線路中增加的切換裝置的電原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作詳細(xì)說明。
[0015]如圖1-1所示，當(dāng)轉(zhuǎn)子2的前沿與單元間隙中心線4相重合時，電動機(jī)處于“死角”的位置；如圖1-2所示，當(dāng)轉(zhuǎn)子2的前沿與定子繞組間隙中心線5相重合時，電動機(jī)也處于“死角”的位置。
[0016]當(dāng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子2尚未處于上述的兩個“死角”位置時，繞組3中電流產(chǎn)生的磁力線是以繞組為中心的環(huán)形磁力線，它從繞組一側(cè)的氣隙穿入，又從繞組另一側(cè)的氣隙穿出。氣隙的導(dǎo)磁面積就是定子I與轉(zhuǎn)子之間面積。從圖1-1、圖1-2中可以看出，當(dāng)電動機(jī)處于“死角”位置時，總有一側(cè)定、轉(zhuǎn)子之間的導(dǎo)磁面積為零，此時繞組電流的磁路由于磁阻非常大而基本不能產(chǎn)生磁力線。這樣，轉(zhuǎn)子上只有磁極產(chǎn)生的磁力線而無繞組電流產(chǎn)生的磁力線，更無磁力線的合成而產(chǎn)生起動力矩。所以，當(dāng)電動機(jī)處于“死角”位置時，不論在繞組中施加何等大的電流都不能使它起動。
[0017]如圖2所示，起動器由凹字形鐵心I與片狀磁鐵2構(gòu)成，凹字形鐵心固定在定子上，片狀磁鐵固定在轉(zhuǎn)子上。電動機(jī)處于“死角”位置時，凹字形鐵心與片狀磁鐵的相對位置如圖所示。處在這個位置，片狀磁鐵是不穩(wěn)定的，因?yàn)榇帕€會把它吸入凹字形鐵心，使它不能在這個位置停留。這樣，電動機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)束時，其轉(zhuǎn)子就不可能停留在“死角”的位置，起動時就避開了“死角”。
[0018]圖3是當(dāng)轉(zhuǎn)子位置分組控制時，定、轉(zhuǎn)子的相對位置圖，把轉(zhuǎn)子分成兩組，使每組轉(zhuǎn)子的前沿相差一個角度，這樣就是一組轉(zhuǎn)子落在“死角”的位置中，另一組轉(zhuǎn)子肯定在“死角”的位置以外，起動時總有一組轉(zhuǎn)子會產(chǎn)生起動力矩，把另一組轉(zhuǎn)子帶出“死角”的位置，這是避開“死角”起動的另一種方法。為了實(shí)現(xiàn)這個目的，必須對電動機(jī)作某些改動。從圖3中可以看到，定子I沒有改動，它的繞組5的位置、繞組間隙中心線6，單元間隙中心線7都與原來一樣，改動的是轉(zhuǎn)子，中轉(zhuǎn)子3改成了兩層轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu):上層轉(zhuǎn)子的前沿與上轉(zhuǎn)子2前沿重合，並未處于“死角”的位置，而下層轉(zhuǎn)子的前沿與下轉(zhuǎn)子4前沿相重合，處于“死角”的位置。起動時，中轉(zhuǎn)子的上層轉(zhuǎn)子與上轉(zhuǎn)子產(chǎn)生起動力矩帶動另一組轉(zhuǎn)子脫離“死角”，只要轉(zhuǎn)子移動一點(diǎn)距離，兩組轉(zhuǎn)子就會共同產(chǎn)生力矩，使電動機(jī)起動。
[0019]圖4是電子控制線路中，增加的切換裝置電路圖。如圖所示在線路中設(shè)置了兩個信號輸入端，一個輸入起動光耦信號，另一個輸入運(yùn)行光耦信號。起動光耦信號沒有換向的時間提前量，而運(yùn)行光耦有換向的時間提前量。光耦有無換向時間提前量由它在轉(zhuǎn)子位置傳感器中與遮光板的相對位置決定。切換信號由Rl、R2、C組成的線路產(chǎn)生並在A點(diǎn)上輸出。起動時，5V電源同時開啟，電容C被充電，該線路中有電流通過，電阻Rl、R2上產(chǎn)生壓降，于是A點(diǎn)處于低電平，經(jīng)過時間t起動結(jié)束電動機(jī)進(jìn)入運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時，電容C的充電過程也結(jié)束，此時該電路無電流通過、電阻Rl、R2上無壓降產(chǎn)生，A點(diǎn)處于高電平。時間t由電容器C的容量和電阻R1、R2的阻值決定。起動時，A點(diǎn)處于低電平，與非門UBA的下面腳本也為低電平，于是它被封鎖，並輸出持續(xù)的高電平，使得與非門UBC的上面腳為高電平，于是UBC被打開。與此同時，切換信號經(jīng)過反向器USA變?yōu)楦唠娖?，使與非門UBB的上面腳變?yōu)楦唠娖?，于是UBB被打開,輸出起動的光f禹信號，由于此時與非門UBC已被打開,于是它的輸出端與反向器USB的輸出端就得以輸出起動光耦信號去控制逆變器，而運(yùn)行光耦信號被封鎖。經(jīng)過時間t，起動結(jié)束，運(yùn)行開始時，A點(diǎn)變?yōu)楦唠娖?，于是與非門UBA被打開，而與非門UBB被封鎖,與非門UBC被打開,輸出端輸出運(yùn)行光f禹信號,而起動光f禹信號被封鎖。這樣實(shí)現(xiàn)了起動時撒除提前換向的功能，而運(yùn)行時又恢復(fù)該功能的目的。
【權(quán)利要求】
1.一種應(yīng)用于直流單元式電動機(jī)起動的技術(shù)，其特征在于利用起動器去避免電動機(jī)的轉(zhuǎn)子落入“死角”位置。起動器由固定于轉(zhuǎn)子的片狀磁鐵和固定于定子的凹字形鐵心組成。
2.如權(quán)利要求1所述的直流單元式電動機(jī)的起動技術(shù)，其特征在于，把轉(zhuǎn)子分成兩組，使每組轉(zhuǎn)子的前沿相差一個角度，以保證在起動時，總有一組轉(zhuǎn)子不會落入“死角”位置。
3.如權(quán)利要1、2所述的直流單元式電動機(jī)的起動技術(shù)，其特征在于，電子控制線路增加了切換裝置，在起動時撒除提前換向的功能，而運(yùn)行時又恢復(fù)該功能。
【文檔編號】H02P6/20GK103684144SQ201310652382
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月4日
【發(fā)明者】咸凱民 申請人:咸凱民