調(diào)校控制交流同步電機(jī)效率的方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種調(diào)?？刂平涣魍诫姍C(jī)效率的方法，該方法包含：在預(yù)設(shè)操作情況下，計(jì)算交流同步電機(jī)的效率，且在預(yù)設(shè)操作情況下，測量交流同步電機(jī)中的定子繞組的相電流，在預(yù)設(shè)操作情況下，計(jì)算交流同步電機(jī)的定子繞組的相電壓與感應(yīng)電動(dòng)勢間的角度的大小，在操作情況下，測量交流同步電機(jī)中的上述定子繞組的相電流，在操作情況下，計(jì)算交流同步電機(jī)中的定子繞組的相電壓與上述感應(yīng)電動(dòng)勢間的一角度的大小，利用調(diào)整上述操作情況下的相電壓和勵(lì)磁電流的值，將該操作情況下所計(jì)算的角度恢復(fù)至預(yù)設(shè)操作情況下所計(jì)算的角度。
【專利說明】調(diào)?？刂平涣魍诫姍C(jī)效率的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是有關(guān)于一調(diào)?？刂平涣魍诫姍C(jī)效率的方法，且特別指一種有關(guān)于調(diào)校 控制繞線轉(zhuǎn)子作為電力牽引的交流同步電機(jī)效率的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 交流同步電機(jī)的調(diào)?？刂聘鶕?jù)意大利AngeloGaetani的專利（IT1329820)可以有 利地結(jié)合調(diào)?？刂平涣魍诫姍C(jī)的轉(zhuǎn)矩或速度。在電力牽引運(yùn)動(dòng)的領(lǐng)域，已知是使用直流 電機(jī)，以串聯(lián)、并聯(lián)或單獨(dú)的激發(fā)，使轉(zhuǎn)矩或是速度能完全地被調(diào)整控制。盡管這些電機(jī)有 著優(yōu)異的速度控制或轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)，唯上述電機(jī)在電源分配上有相當(dāng)大的問題。因?yàn)殡娝⑸系?電流值必須確保一限定值，且因安全條件所采取的措施，以避免電流在電刷上產(chǎn)生火花。除 此之外，此一電機(jī)無法調(diào)整控制效率，其取決于電機(jī)的構(gòu)造特征和操作條件，因此也無法在 不同的運(yùn)作條件下維持性能，對電機(jī)的耗能有負(fù)面影響。
[0003] 當(dāng)前電機(jī)的替代方案，可使用所謂的無刷電機(jī)，其通過適當(dāng)?shù)募夹g(shù)，相關(guān)的施作和 向量控制技術(shù)，得以模擬一個(gè)連續(xù)的電流電機(jī)。事實(shí)上，其機(jī)械結(jié)構(gòu)，即所謂無刷電機(jī)，基本 上交流同步電機(jī)的組成（帶有一個(gè)外部的電樞和內(nèi)部的感應(yīng)器）、在一位置轉(zhuǎn)換器和一靜 態(tài)矩陣切換定子繞組的供應(yīng)。適當(dāng)?shù)乜刂贫ㄗ永@組，在激發(fā)電流與反應(yīng)領(lǐng)域得以實(shí)現(xiàn)一完 美的正交，此外瞬間，從而模擬直流電機(jī)的操作。此電機(jī)雖然展現(xiàn)出高動(dòng)力性能和操控靈活 性，但也有限制。事實(shí)上，特別是電機(jī)的結(jié)構(gòu)非常脆弱，在超出離心力的旋轉(zhuǎn)過程中其限制 了低于一定界限值的旋轉(zhuǎn)速度，其可能產(chǎn)生永久磁力而因此損壞電機(jī)。最后，另一問題是， 此電機(jī)無法對流動(dòng)的勵(lì)磁電流做出任何調(diào)校控制，除此之外，此電機(jī)也無法調(diào)?？刂菩?， 尤其是在不同運(yùn)作條件下維持一定效率的能力。
[0004] 其使用以電力牽引運(yùn)度的驅(qū)動(dòng)方式也被稱為交流同步電機(jī)繞線轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)。轉(zhuǎn)子繞 組通過電刷和電環(huán)外接至其中，而定子繞組則通過終端外接。
[0005] 這些電機(jī)特別適用于需要大功率的驅(qū)動(dòng)，因?yàn)樵撾姍C(jī)具備很高的效率、很高過載 能力，同時(shí)在弱磁區(qū)維持良好性能。
[0006] 同時(shí)這種電機(jī)并不具備調(diào)?？刂菩实墓δ?，欲在不同運(yùn)作條件下維持恒定效 率，從而要盡可能減少電機(jī)的能源損耗。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 因此，為有效解決上述的問題，本發(fā)明的目的之一是提供一種調(diào)?？刂平涣魍?電機(jī)效率的方法，特別是交流同步電機(jī)，以調(diào)?？刂齐姍C(jī)維持在最大的效率并在不同運(yùn)作 條件下維持恒定的功率。
[0008] 為達(dá)上述目的，本發(fā)明提供一種調(diào)?？刂平涣魍诫姍C(jī)效率的方法，并在不同運(yùn) 作條件下維持恒定功率，該方法包含：在一預(yù)設(shè)操作情況下，計(jì)算交流同步電機(jī)的效率，且 在預(yù)設(shè)操作情況下，測量交流同步電機(jī)中的一定子繞組的相電流，在預(yù)設(shè)操作情況下，計(jì)算 交流同步電機(jī)中的上述定子繞組的相電壓與感應(yīng)電動(dòng)勢間的一角度的大小，在一操作情況 下，測量交流同步電機(jī)中的上述定子繞組的相電流，其中前述操作情況下測量的相電流與 預(yù)設(shè)操作情況下測量的相電流是不相同，在操作情況下，計(jì)算交流同步電機(jī)中的上述定子 繞組的相電壓與上述感應(yīng)電動(dòng)勢間的一角度的大小，其中前述操作情況下所計(jì)算角度的大 小與預(yù)設(shè)操作情況下所計(jì)算角度的大小是不相同，利用調(diào)整上述操作情況下的相電壓和所 述相電流的值，將該操作情況下所計(jì)算的角度恢復(fù)至預(yù)設(shè)操作情況下所計(jì)算的角度。
[0009] 其進(jìn)一步可包含：在預(yù)設(shè)操作情況下，確定交流同步電機(jī)的同步電抗。
[0010] 其更包含：確定交流同步電機(jī)在一操作情況下的效率最大值，使其與
[0011] 上述預(yù)設(shè)操作情況下所計(jì)算交流同步電機(jī)的效率一樣。
[0012] 故通過此發(fā)明，得以預(yù)設(shè)一交流同步電機(jī)的效率值并在不同運(yùn)行條件情況下均能 維持此效率值，因此得以優(yōu)化電機(jī)在各種情況下的能源消耗。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 圖1為一向量圖，呈現(xiàn)一繞線轉(zhuǎn)子交流同步電機(jī)在各相定子繞組中的電力向量的 示意圖；
[0014] 圖2為呈現(xiàn)電機(jī)同步電抗對磁感應(yīng)強(qiáng)度值的依賴性的示意圖；
[0015] 圖3為展示如何改變圖示1的向量圖至定子繞組中的電流變化的示意圖。
[0016] 其中：
[0017] V相電壓 E感應(yīng)電動(dòng)勢
[0018] R繞組電阻、電阻Xs同步電抗
[0019] Ι、Γ相電流 α、α '角度。

【具體實(shí)施方式】
[0020] 本發(fā)明的上述目的及其結(jié)構(gòu)與功能上的特性，將依據(jù)附圖的較佳實(shí)施例予以說 明。
[0021] 請參閱圖1示，本發(fā)明是提供一種調(diào)校控制交流同步電機(jī)效率的方法，在圖1中為 一向量圖，呈現(xiàn)一繞線轉(zhuǎn)子交流同步電機(jī)在各相定子繞組中的電力向量。于此圖示中我們 得到以下公式：
[0022] V=E+ (R+jXs) I (1)
[0023] 其中V為相電壓，E為感應(yīng)電動(dòng)勢，R為相繞組的電阻，Xs為相繞組的同步電抗，I 為相電流。
[0024] (1)也可以寫為V=E+ZsI，其中Zs=R+jXs是同步相繞組的阻抗。
[0025] 另外，依圖1示的向量圖可見，交流同步電機(jī)的效率和相電壓（V)與感應(yīng)電動(dòng)勢 (E)間的角度（α)成反比。換句話說，交流同步電機(jī)的效率在角度減少時(shí)會增加，反之亦 然。角度U)的大小取決于同步阻抗值，也就是電阻（R)值和同步電抗（Xs)值，以及相電 流（I)的值。而電阻（R)值取決于繞阻材料性質(zhì)和幾何形狀，而同步電抗（Xs)值取決于磁 感應(yīng)（B)值，即關(guān)系到勵(lì)磁電流，并且于磁感應(yīng)（B)值增加時(shí)減少。并通過改變轉(zhuǎn)矩和/或 電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)，即改變電機(jī)的功率，如果維持恒定電壓（V)，改變相電流（I)以及角度（α)和交 流同步電機(jī)效率如同圖3所示，理論上則會導(dǎo)致功率的增加，亦即增加相電流值（I'）。
[0026] 又者，由圖3示可見，相電流的增加會令角度（α '）增加并讓電機(jī)效能降低，故根 據(jù)此發(fā)明，在不同的電力供應(yīng)下，可以預(yù)期到交流同步電機(jī)定子功率與/或勵(lì)磁電流的變 化。為了維持一交流同步電機(jī)的效能，特別是應(yīng)用于交流同步電機(jī)，通過維持相電壓（V)和 感應(yīng)電動(dòng)勢（E)間在各定子繞組的角度（ α )，如此一來即可維持電機(jī)效率。換句話說，通過 改變交流同步電機(jī)吸收的功率來調(diào)整電源電壓和勵(lì)磁電流，圖1中的向量三角形，即便大 小改變，卻始終保持類似的數(shù)值。
[0027] 再者，也就是說，可以經(jīng)由測量電源電壓（V)，定子繞組的相電流（I)，繞組電阻 (R)和同步電抗（Xs)，后者可通過前述的方法確定，例如通過在真空的環(huán)境中測試和短路 機(jī)械，而一預(yù)設(shè)運(yùn)行條件（或預(yù)設(shè)操作情況下），進(jìn)而得出確切的角度大小。比方說，預(yù)設(shè) 的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)可以是交流同步電機(jī)最大效率（或最大化）的時(shí)候，此操作條件（或操作情況 下）可以通過計(jì)算在多種不同操作環(huán)境下的交流同步電機(jī)效能來實(shí)驗(yàn)確定。
[0028] 而在確定前述預(yù)設(shè)操作情況下中的角度（α)大小值后，就可在交流同步電機(jī)不 同操作條件下（或操作情況下）調(diào)整電源電壓（V)和勵(lì)磁電流，如此就可維持角度（α)大 小值，且電機(jī)效能會與預(yù)設(shè)操作情況下相同。為了在不同的交流同步電機(jī)運(yùn)作條件下（或 操作情況下）得到此項(xiàng)結(jié)果，對定子繞組的相電流（I)進(jìn)行測量，并利用調(diào)整電源電壓（V) 和勵(lì)磁電流這樣方式，以維持電壓（V)與感應(yīng)電動(dòng)勢（Ε)間的角度（α)不變。并在不同的 交流同步電機(jī)操作，例如電機(jī)的運(yùn)作，即意味著不同的耐轉(zhuǎn)矩和/或電機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)而代表不 同的電機(jī)吸收功率。歸功于此發(fā)明，其得以在不同的運(yùn)作條件下維持穩(wěn)定的交流同步電機(jī) 效率，進(jìn)而得以調(diào)整優(yōu)化效率及提高節(jié)能效果。
[0029] 只是以上所述的，僅是本發(fā)明之較佳可行之實(shí)施例而已，舉凡利用本發(fā)明上述之 方法、形狀、構(gòu)造、裝置所為之變化，皆應(yīng)包含于本案之權(quán)利范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種調(diào)?？刂平涣魍诫姍C(jī)效率的方法，應(yīng)用于同步電機(jī)，其特征在于，包含： 在一預(yù)設(shè)操作情況下，計(jì)算交流同步電機(jī)的效率； 在該預(yù)設(shè)操作情況下，測量交流同步電機(jī)中的定子繞組的相電流； 在該預(yù)設(shè)操作情況下，計(jì)算交流同步電機(jī)中的上述定子繞組的相電壓與感應(yīng)電動(dòng)勢間 的角度的大??； 在操作情況下，測量交流同步電機(jī)中的上述定子繞組的相電流，其中前述操作情況下 測量的相電流與預(yù)設(shè)操作情況下測量的相電流是不相同； 在該操作情況下，計(jì)算交流同步電機(jī)中的上述定子繞組的相電壓與上述感應(yīng)電動(dòng)勢間 的角度的大小，其中前述操作情況下所計(jì)算角度的大小與預(yù)設(shè)操作情況下所計(jì)算角度的大 小是不相同；及 利用調(diào)整上述操作情況下的相電壓和所述相電流的值，將該操作情況下所計(jì)算的角度 恢復(fù)至預(yù)設(shè)操作情況下所計(jì)算的角度。
2. 如權(quán)利要求1所述的調(diào)?？刂平涣魍诫姍C(jī)效率的方法，其特征在于，進(jìn)一步包含： 在預(yù)設(shè)操作情況下，確定交流同步電機(jī)的同步電抗。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的調(diào)?？刂平涣魍诫姍C(jī)效率的方法，其特征在于，更包含： 確定交流同步電機(jī)在操作情況下的效率最大值，使其與上述預(yù)設(shè)操作情況下所計(jì)算交流同 步電機(jī)的效率一樣。
【文檔編號】H02P6/08GK104104284SQ201310334116
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2013年8月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月12日
【發(fā)明者】安吉洛·蓋塔倪 申請人:璦瑞盟通商股份有限公司