專利名稱：一種串激電機及其調(diào)速控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電機，具體涉及一種串激電機以及對串激電機進行調(diào)速控 制的方法。
背景技術(shù)：
串激電機是吸塵器等電器產(chǎn)品中常用的電機，其結(jié)構(gòu)包括轉(zhuǎn)子和定子，轉(zhuǎn) 子上設(shè)有電樞繞組，定子的兩極各設(shè)有勵磁繞組，兩極的勵磁繞組與電樞繞組 之間通過電刷和換向器形成串聯(lián)電路；通電后，定子兩極的勵磁繞組產(chǎn)生磁通， 轉(zhuǎn)子上的載流電樞繞組與其相互作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而使電機的轉(zhuǎn)子發(fā)生 轉(zhuǎn)動。這種結(jié)構(gòu)的串激電機無需啟動飽和電容，且結(jié)構(gòu)簡單、轉(zhuǎn)速較快，已廣 泛應(yīng)用于吸塵器及各種電動工具中。在吸塵器和電動工具的使用過程中，通常 需要進行無級調(diào)速，目前主要采用的是可控硅移相控制方式對雙向可控硅進行 觸發(fā)控制，即在定子兩極的勵磁繞組中的其中一個上外接一個可控硅和導(dǎo)通角 控制電路，通過改變可控硅的導(dǎo)通角來實現(xiàn)電機的調(diào)速。然而，上述調(diào)速過程中，會產(chǎn)生諧波電流，特別是功率大于1000W的串 激電機，采用這種調(diào)速方式時，其產(chǎn)生的諧波電流分量，首先是三次諧波電流 分量將超過電磁兼容標準的規(guī)定，對電網(wǎng)造成污染，從而無法通過檢測認證， 在部分國家的銷售受到限制。針對這種情況，目前采用的一種調(diào)速方法是，對 被控制的相鄰電壓周期賦予不同的導(dǎo)通角，以使相鄰波的諧波值不同時達到最 大值，由此獲得較低諧波的電流值。但此時卻附加產(chǎn)生了一個1/2基頻及一系 列(2n-l)/2基頻的附加諧波，對于50Hz電源來說，用此方法可以降低奇次諧 波如150Hz， 250Hz, 350Hz的電流值，但同時產(chǎn)生了25Hz， 75Hz， 125Hz， 175Hz， 225Hz等系列諧波。上述(2n-l)/2基頻的諧波在以前是不影響認證測 試的，但目前，歐盟出臺了關(guān)于EMC指令的新測試方法要求(EN-61000-4-7), 對諧波電流的測試認定定義有所改變，加入了諧間波分量的計入面，使原來應(yīng) 付諧波電流的方法均無法通過檢測。例如，以基頻50Hz為例，3次諧波電流原來的定義是I3=I15()Hz，新的定 義是I3 = "^^"" + 1130 + 1135 + I兩+ Ii45 + I'50 + I'55 + I腦+ 1'65 + Ino + 4次諧波電流原來的定義是14=12()()112，新的定義是T — i Tz ; 丄T^ _i_T2 _i_T2_i_T2_i_T2_i_T2丄T2 ■ 225丄4 — Y之T丄180 T ll85卞上190卞1195卞i200卞1205卞1210卞1215卞1220卞"^""如前所述，由于奇偶波不同處理的方法增加了一個25Hz的拍，因而會造 成新定義的諧波電流分量增大，特別是原來不會超范圍的4次諧波，在新的定 義下會超出要求，從而無法通過認證測試。由于上述新的諧波電流定義的限制，現(xiàn)有技術(shù)中通過控制相鄰波周期的導(dǎo) 通角來抑制諧波分量以通過認證的方式已經(jīng)難以再使用，必須對串激電機本身 進行改進，再配合新的調(diào)速控制方法以對串激電機實現(xiàn)真正低諧波的調(diào)速控 制。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的是提供一種大功率串激電機，通過對結(jié)構(gòu)的改進，實現(xiàn)全功率 范圍內(nèi)的無級調(diào)速控制，并可有效抑制諧波電流的產(chǎn)生。本發(fā)明同時提供對這 種串激電機進行調(diào)速控制的方法。為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種串激電機，包括轉(zhuǎn)子和 定子，所述轉(zhuǎn)子上設(shè)有電樞繞組，所述定子的兩極分別設(shè)有勵磁繞組，勵磁繞 組與電樞繞組之間經(jīng)電刷形成串聯(lián)電路，每一所述勵磁繞組是由低段繞組和髙 段繞組構(gòu)成的雙繞組結(jié)構(gòu)，低段繞組和髙段繞組的一端并接于電刷上，另一端 分別構(gòu)成獨立的出線端，低段繞組和髙段繞組通電后產(chǎn)生的磁場方向一致。上文中，所述雙繞組結(jié)構(gòu)中的低段繞組和髙段繞組可以采用雙線并繞方式 實現(xiàn)，并繞繞組的一端相接并通過電刷與轉(zhuǎn)子導(dǎo)通，另一端則分別接至輸入端 子，由此，整個電機由原來的兩端結(jié)構(gòu)變?yōu)樗亩私Y(jié)構(gòu)。使用時，采用三個可控 硅控制，其中， 一個可控硅連接一個低段繞組，另外兩個可控硅分別連接兩個 髙段繞組，控制過程可以是在較低功率時，關(guān)斷髙段繞組，調(diào)節(jié)低段繞組中4的可控硅的導(dǎo)通角，使功率逐漸增大，至全導(dǎo)通時，接著調(diào)節(jié)髙段繞組中的可 控硅，使一個或兩個髙段繞組并聯(lián)接入，從而功率繼續(xù)增大。由于此時低段繞 組始終接入，因而，電流的波動幅度較小，相應(yīng)地減小了諧波，避免了諧波電 流超標。上述技術(shù)方案中，所述定子兩極設(shè)置的兩個低段繞組圈數(shù)相同，兩個髙段 繞組圈數(shù)相同。兩極的繞組匝數(shù)一致，是為了盡量保持兩極的磁通相等或接近， 以保證電機運行的穩(wěn)定性。在同一極的勵磁繞組中，所述低段繞組的圈數(shù)大于髙段繞組的圈數(shù)。上述串激電機的調(diào)速控制方法，通過對雙向可控硅的導(dǎo)通角的控制實現(xiàn)調(diào) 速，被控制的串激電機定子上的勵磁繞組是由低段繞組和髙段繞組構(gòu)成的雙繞 組結(jié)構(gòu)，在其中一個低段繞組上接入一個雙向可控硅，在兩個髙段繞組上分別 接入雙向可控硅，根據(jù)各繞組參數(shù)設(shè)定功率轉(zhuǎn)換點，當調(diào)節(jié)功率在功率轉(zhuǎn)換點 之下時，兩個髙段繞組上的雙向可控硅截止，調(diào)節(jié)低段繞組上的雙向可控硅的 導(dǎo)通角，實現(xiàn)調(diào)速；當調(diào)節(jié)功率在功率轉(zhuǎn)換點之上時，低段繞組上的雙向可控 硅全導(dǎo)通，調(diào)節(jié)髙段繞組上的一個或兩個雙向可控硅的導(dǎo)通角，實現(xiàn)調(diào)速。進一步的技術(shù)方案，設(shè)定第二功率轉(zhuǎn)換點，當調(diào)節(jié)功率在功率轉(zhuǎn)換點和第 二功率轉(zhuǎn)換點之間時，調(diào)節(jié)其中一個髙段繞組上的雙向可控硅的導(dǎo)通角，另一 個截止；當調(diào)節(jié)功率在第二功率轉(zhuǎn)換點之上時， 一個髙段繞組上的雙向可控硅 全導(dǎo)通，調(diào)節(jié)另一個高段繞組上的雙向可控硅的導(dǎo)通角，實現(xiàn)調(diào)速。由于上述技術(shù)方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的優(yōu)點是1、 由于本發(fā)明的勵磁繞組由低段繞組和高段繞組并聯(lián)構(gòu)成雙繞組結(jié)構(gòu)， 在低功率段由低段繞組構(gòu)成類似于較低功率的電機，而在諧波電流易于超標的髙功率段，則可以使低段繞組持續(xù)導(dǎo)通，通過調(diào)整高段繞組接入的導(dǎo)通角來調(diào)節(jié)功率，減小了電流波形的躍變，進而大大降低了諧波電流。2、 本發(fā)明是通過多繞組結(jié)構(gòu)實現(xiàn)諧波電流的整體降低，而不是通過調(diào)節(jié) 相鄰周期的波形來降低奇次諧波，因而是真正地降低諧波，不會產(chǎn)生25Hz的 拍，可以適應(yīng)諧波電流測試方式的改變。3、 本發(fā)明通過設(shè)置3個雙向可控硅，對四端接頭的串激電機的各個繞組 實現(xiàn)分別控制，從而可以方便地通過疊加控制來減小電流波形的躍變，降低諧5波電流分量。


圖1是本發(fā)明實施例一的繞組結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是實施例一中應(yīng)用于調(diào)速控制的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述 實施例一參見附圖1至附圖7所示， 參見附圖l所示， 一種串激電機，包括轉(zhuǎn)子和定子，所述轉(zhuǎn)子上設(shè)有電 樞繞組Lz，所述定子的兩極分別設(shè)有勵磁繞組，勵磁繞組與電樞繞組之間經(jīng)電刷形成串聯(lián)電路，其中， 一極的勵磁繞組是由低段繞組LDH和髙段繞組Lm2構(gòu)成的雙繞組結(jié)構(gòu)，低段繞組LDn和髙段繞組LDu的一端并接于電刷 上，另一端分別構(gòu)成獨立的出線端，低段繞組和髙段繞組通電后產(chǎn)生的磁場方向一致；另一極的勵磁繞組是由低段繞組LDM和髙段繞組LD22構(gòu)成的雙 繞組結(jié)構(gòu)，低段繞組Lon和髙段繞組LD22的一端并接于電刷上，另一端分別構(gòu)成獨立的出線端，低段繞組和髙段繞組通電后產(chǎn)生的磁場方向一致；所述定子兩極設(shè)置的兩個低段繞組LDH和LDU圈數(shù)相同，兩個高段繞組圈L!m2 和Ld22圈數(shù)相同，低段繞組LD11、 LD21的圈數(shù)大于髙段繞組LD12、 Ld22的圈數(shù)。參見附圖2，本實施例的電機應(yīng)用于調(diào)速控制電路時的電路示意圖。 其中，MCU是一個帶有A/D轉(zhuǎn)換電路的單片機，其三個輸出端口 IOt、 102、 103分別控制可控硅T" T2 (經(jīng)T4控制)、T3，電位器Rw中間的滑動 端取得的電位決定了被控的功率，單片機據(jù)此設(shè)定相應(yīng)的IO。 102、 103的 控制信號。以三段控制為例，低功率段為0至50%最大功率，此時，可控硅T2、 T3截止，可控硅乙的開通時間從9.5ms —0.5ms，導(dǎo)通角逐漸加大至最大， 在此過程中，相當于一個回路為LD11 —Lz —LDu的低功率電機，相應(yīng)諧波電 流較低；當功率達到50%最大功率后，L全導(dǎo)通，在50%至75%最大功率間，可控硅T2從9.5ms —0.5ms,導(dǎo)通角逐漸加大至最大，此過程中，電流 經(jīng)LDU疊加在Tt控制的電流上，兩部分電流無縫對接，突變電流遠小于直 接控制較大功率的電流，因而諧波電流較小；在75%最大功率至全功率段， T。 T2全導(dǎo)通，通過調(diào)節(jié)T3的導(dǎo)通角實現(xiàn)功率調(diào)節(jié)，同理，電流突變較小， 因而諧波電流較小。
上述控制方法只是本實施例的一種應(yīng)用方式，在實際應(yīng)用中，可以根據(jù) 情況調(diào)節(jié)控制功率的突變點；也可以在L全導(dǎo)通后，同時調(diào)節(jié)T2和T3的 導(dǎo)通角。
權(quán)利要求
1.一種串激電機，包括轉(zhuǎn)子和定子，所述轉(zhuǎn)子上設(shè)有電樞繞組，所述定子的兩極分別設(shè)有勵磁繞組，勵磁繞組與電樞繞組之間經(jīng)電刷形成串聯(lián)電路，其特征在于每一所述勵磁繞組是由低段繞組和高段繞組構(gòu)成的雙繞組結(jié)構(gòu)，低段繞組和高段繞組的一端并接于電刷上，另一端分別構(gòu)成獨立的出線端，低段繞組和高段繞組通電后產(chǎn)生的磁場方向一致。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的串激電機，其特征在于所述定子兩極設(shè)置的 兩個低段繞組圏數(shù)相同，兩個髙段繞組圈數(shù)相同。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的串激電機，其特征在于在同一極的勵磁繞組 中，所述低段繞組的圈數(shù)大于髙段繞組的圈數(shù)。
4. 一種串激電機的調(diào)速控制方法，通過對雙向可控硅的導(dǎo)通角的控制實 現(xiàn)調(diào)速，其特征在于被控制的串激電機定子上的勵磁繞組是由低段繞組和髙 段繞組構(gòu)成的雙繞組結(jié)構(gòu)，在其中一個低段繞組上接入一個雙向可控硅，在兩 個髙段繞組上分別接入雙向可控硅，根據(jù)各繞組參數(shù)設(shè)定功率轉(zhuǎn)換點，當調(diào)節(jié) 功率在功率轉(zhuǎn)換點之下時，兩個髙段繞組上的雙向可控硅截止，調(diào)節(jié)低段繞組 上的雙向可控硅的導(dǎo)通角，實現(xiàn)調(diào)速；當調(diào)節(jié)功率在功率轉(zhuǎn)換點之上時，低段 繞組上的雙向可控硅全導(dǎo)通，調(diào)節(jié)髙段繞組上的一個或兩個雙向可控硅的導(dǎo)通 角，實現(xiàn)調(diào)速。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的調(diào)速控制方法，其特征在于設(shè)定第二功率轉(zhuǎn) 換點，當調(diào)節(jié)功率在功率轉(zhuǎn)換點和第二功率轉(zhuǎn)換點之間時，調(diào)節(jié)其中一個髙段 繞組上的雙向可控硅的導(dǎo)通角，另一個截止；當調(diào)節(jié)功率在第二功率轉(zhuǎn)換點之 上時， 一個高段繞組上的雙向可控硅全導(dǎo)通，調(diào)節(jié)另一個髙段繞組上的雙向可 控硅的導(dǎo)通角，實現(xiàn)調(diào)速。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種串激電機，包括轉(zhuǎn)子和定子，所述轉(zhuǎn)子上設(shè)有電樞繞組，所述定子的兩極各設(shè)有勵磁繞組，勵磁繞組與電樞繞組之間經(jīng)電刷形成串聯(lián)電路，其特征在于每一所述勵磁繞組是由低段繞組和高段繞組構(gòu)成的雙繞組結(jié)構(gòu)，低段繞組和高段繞組的一端并接于電刷上，另一端分別構(gòu)成獨立的出線端，各繞組通電后產(chǎn)生的磁場方向一致。根據(jù)各繞組參數(shù)設(shè)定功率轉(zhuǎn)換點，在功率轉(zhuǎn)換點之下，兩個高段繞組上的雙向可控硅截止，調(diào)節(jié)低段繞組上的雙向可控硅的導(dǎo)通角；在功率轉(zhuǎn)換點之上，低段繞組上的雙向可控硅全導(dǎo)通，調(diào)節(jié)高段繞組上的一個或兩個雙向可控硅的導(dǎo)通角，實現(xiàn)調(diào)速。本發(fā)明在使用中可大大降低諧波電流；并可適應(yīng)諧波電流測試方式的改變。
文檔編號H02K3/28GK101515745SQ20081000987
公開日2009年8月26日 申請日期2008年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月18日
發(fā)明者謝明毅 申請人:金豐電子(蘇州)有限公司