專利名稱：直流電流型異步電動機及驅(qū)動控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提出一種基于直流電流源直接驅(qū)動的異步電動機及驅(qū)動控制方法，為設(shè)計制造直流異步電動機奠定理論基礎(chǔ)，可廣泛應(yīng)用于電動汽車和交流電動機調(diào)速裝置等領(lǐng)域。本發(fā)明闡述怎樣用直流電流源直接驅(qū)動異步電動的方法。這涉及到兩個關(guān)鍵問題一是什么樣的直流電流通過異步電動機的定子繞組時能產(chǎn)生勻速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場；二是怎樣產(chǎn)生所需要的直流電流。
背景技術(shù)：
近年來，采用化學(xué)燃料的汽車在我國的快速普及產(chǎn)生了諸多環(huán)保問題。在汽車數(shù)量急劇增長的形勢下，電動汽車以其環(huán)保高效的優(yōu)點受到了廣泛的關(guān)注，因而研制性能優(yōu)良又廉價的電動汽車已是一個緊迫的課題，具有無限的商機。要解決又難解決的問題主要有兩個。一是電源，現(xiàn)有的電動汽車用蓄電池，無論從容量，體積，重量，耐用性，價格來講都難令人滿意。二是電動機，這也是一個重要的問題。既然電池的容量有限，就更需要用效率高，性能優(yōu)良，維護保養(yǎng)簡單，經(jīng)久耐用而又價廉的電動機。從這些方面來看，現(xiàn)在可供選擇的電動車用電動機仍然差強人意。目前，大多數(shù)電動汽車仍選用傳統(tǒng)的串激直流電動機，這種電機具有適宜用于驅(qū)動車輛的非常優(yōu)良的機械特性(軟特性)，即當(dāng)遇阻時轉(zhuǎn)速會迅速下降，而轉(zhuǎn)矩大大上升。它的最大缺點是采用炭刷換向器結(jié)構(gòu)，因而價格昂貴，維護保養(yǎng)困難?，F(xiàn)在受到關(guān)注的無刷直流電機有兩種，分別稱為直流無刷電動機(BCDM)和開閉磁阻電動機(SRM)。它們的結(jié)構(gòu)類似，定子嵌有三相(或多相)繞組，轉(zhuǎn)子分別為永久磁鐵(對BCDM)和鋼片疊成的突極式結(jié)構(gòu)(對SRM)。當(dāng)電源經(jīng)由電子開關(guān)組成的驅(qū)動器對定子繞組供電時，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，吸引轉(zhuǎn)子跟隨磁場一同轉(zhuǎn)動，所以它們都是同步電動機。這兩種電機在家用電器，紡織等輕工行業(yè)已有廣泛的應(yīng)用，但用作汽車的驅(qū)動電機的最大缺點是它的機械特性不是驅(qū)動車輛所需的軟特性，而是毫無回旋余地的硬特性，其過載和起動能力也不好。所以，這種電動機雖然結(jié)構(gòu)簡單，易于維護保養(yǎng)，但為了彌補它在性能上的缺點，不得不增加其它方面的成本。另外，永磁轉(zhuǎn)子會因運轉(zhuǎn)過程的反復(fù)磁化而退磁，而非磁性轉(zhuǎn)子能產(chǎn)生的吸力則較弱。從上面的描述看，現(xiàn)在電動汽車應(yīng)用的電動機仍差強人意，我們希望使用具有更好性價比的車用電機。交流異步電動機不但機構(gòu)簡單，經(jīng)久耐用，幾乎不需要什么日常的維護保養(yǎng)，而且有適合驅(qū)動車輛的相當(dāng)優(yōu)良的機械特性，不存在失步問題，有高達三倍左右的過載能力，所以有一種把交流異步電動機用作車用電動機的設(shè)想，就是把直流逆變成交流，再利用交流調(diào)速方法對電動機調(diào)速。問題是現(xiàn)有的交流調(diào)速方法，在轉(zhuǎn)速調(diào)低時功率因數(shù)和效率下降，噪聲增大?？刹豢梢杂弥绷麟娫矗唤?jīng)過逆變?yōu)榻涣?，通過專門的驅(qū)動器，用直流(不改變方向的)電流，直接驅(qū)動異步電動機？這里首先要解決兩個關(guān)鍵問題一是要設(shè)計出一種特定波形的直流電流，當(dāng)它流過異步機的定子繞組時，能生成異步電動機正常工作所需的旋轉(zhuǎn)磁場。要特別強調(diào)的一點是使異步電動機正常工作所需的旋轉(zhuǎn)磁場，應(yīng)該是一周內(nèi)轉(zhuǎn)速十分均勻的磁場，它不可以時快時慢，走走停停，或步進式的轉(zhuǎn)動(步進式的旋轉(zhuǎn)磁場可用于同步機)。因為異步機與同步機不同，它的轉(zhuǎn)子不是靠旋轉(zhuǎn)磁場吸住轉(zhuǎn)子磁鐵拉著它轉(zhuǎn)的，而是靠定子電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場，在旋轉(zhuǎn)中切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體產(chǎn)生的感應(yīng)電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用而產(chǎn)生的力矩，所以又稱作感應(yīng)電動機。在異步機正常工作時旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速總是要比轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速快一點，其轉(zhuǎn)差率一般在5 %以內(nèi)，這里指的是任何瞬間的轉(zhuǎn)速而不是平均轉(zhuǎn)速。如果旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速在一周內(nèi)時快時慢，而轉(zhuǎn)子因有很大的慣性，跟不上磁場轉(zhuǎn)速的變化，只能以平均轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)。這樣就有可能出現(xiàn)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速在一周內(nèi)的某些時段高于磁場的轉(zhuǎn)速，使轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的感應(yīng)電流反向，產(chǎn)生出反向的力矩，影響異步電動機的正常工作；二是設(shè)計一個驅(qū)動器，使普通直流電源輸出的電流，能按我們規(guī)定的模式送往異步電動機，產(chǎn)生勻速旋轉(zhuǎn)的磁場。這里也有一點要強調(diào)，這樣組合成的電源是一個電流源，不能是電壓源。這兩個問題正是本發(fā)明要著重闡述的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明用所提出的“磁勢空間矢量控制”為三相或兩相電機設(shè)計出特定波形的直流電流，當(dāng)其流過三相或兩相異步機的定子繞組時，能產(chǎn)生異步電動機工作所需的，勻速旋轉(zhuǎn)的磁場；同時也提供了利用普通的直流電壓源生成這種直流電流的驅(qū)動裝置框圖及主電路結(jié)構(gòu)。I)三相直流旋轉(zhuǎn)磁場當(dāng)在三相異步機的三個定子繞組AX，BY，CZ中通過直流電流(，ib,(為最大值時，分別產(chǎn)生的磁勢Fa，F(xiàn)b, F。，(把它們稱之為基準矢量)，在空間各自垂直于相應(yīng)繞組，互差120度，可用圖1所示的空間矢量表示?；鶞适噶康姆?，是直流條件下三相電流產(chǎn)生的合成磁勢幅值可能的最大值(現(xiàn)規(guī)定其為I)。當(dāng)各繞組中的電流為其它值時，所生成的磁勢用Na，Nb, Nc表示，其方向與相同下標的基準矢量同，其數(shù)值為基準矢量幅值的標幺值，比如Na = 0. 5就是表示A相繞組中電流為最大值的一半時產(chǎn)生的磁勢，如Na = 1，則Na = Fa?？偟暮铣纱艅軫就是以這些磁勢為分量構(gòu)成的。所以，雖然構(gòu)成合成矢量F的這些分量的方向是固定的，但選擇不同的分量和分量的大小來構(gòu)成F，就可以使它指向一周內(nèi)任意的方向，并可在一定范圍內(nèi)選擇F的幅值?，F(xiàn)來研究如何使合成磁勢F勻速旋轉(zhuǎn)。把整個圓周，用三個基準磁勢矢量Fa，F(xiàn)b，F(xiàn)。分割成ab, be, ca三個區(qū)間，合成磁勢F處在哪一個區(qū)間，就用界定該區(qū)間磁勢分量來合成。比如在ab區(qū)間的合成磁勢F，就用分量Na，Nb來合成，在be區(qū)間，就用Nb，N。來合成，在ca區(qū)間，就用N。，Na來合成。因為要改變合成磁勢F的方向，而且使F勻速旋轉(zhuǎn),就必須在一定相位時間內(nèi)，對這兩個分量的相對大小的改變，正好使F在空間能轉(zhuǎn)過的角度與相角相同，即要求F的轉(zhuǎn)角與電流的相位角相同。這可不是隨便選一種電流波形就能做到需要根據(jù)所選合成磁勢F的分量的變化方式，來計算出相應(yīng)磁勢分量(電流)的變化規(guī)律，確定電流的波形。A)六邊形旋轉(zhuǎn)磁場現(xiàn)采取固定合成磁勢F的一個分量為最大時，變更F的另一個分量的方式，來使F旋轉(zhuǎn)。這樣生成的合成磁勢F在空間轉(zhuǎn)過360度時，矢量F頂點的軌跡，是以基準值的大小為半徑所作圓(如圖2中的虛線圓所示)的內(nèi)接六邊形，。產(chǎn)生這種勻速旋轉(zhuǎn)磁場的電流的波形如圖3所示。這是一種梯形波電流，在每一個周期T的T/6的時間內(nèi)，電流從零直線上升到最大值Im，在隨后的T/3內(nèi)保持Im不變，然后在T/6內(nèi)從Im直線下降至零，在一周所剩余的T/3內(nèi)保持為零不變，完成一周的變化。三相電流的大小與波形均相同，在相位上互差120度?？筛鶕?jù)以下的公式(式I)，計算出在電流上升或下降沿的每個相位時刻，電流應(yīng)取的值。設(shè)相角為B時電流的值為N(歸一 化數(shù)值，以電流或磁勢的最大值為一)，則有N = TgB/ (0. 866+0. 5TgB) K K 式 IB)圓形旋轉(zhuǎn)磁場前述的旋轉(zhuǎn)磁場的合成磁勢雖然轉(zhuǎn)速很均勻，但其幅值卻不能保持恒定，在某些應(yīng)用中可能會引起噪聲，振動和增加損耗。因而轉(zhuǎn)速均勻，且幅值穩(wěn)定的圓形旋轉(zhuǎn)磁場是很多場合理想的選擇?？梢宰⒁獾剑坏┖铣纱艅莸姆较虼_定以后，組成該合成磁勢的兩個分量幅值的比例也就定了，但其幅值的大小卻是可以改變的。所以，可以根據(jù)所需合成磁勢的幅值來選擇兩個分量的大小，使F在旋轉(zhuǎn)時保持其幅值恒定。當(dāng)然，合成磁勢的幅值是有限制的，在不同方向的合成磁勢的最大值也不盡相同，在三相系統(tǒng)中合成磁勢最大值頂點的軌跡，就是以基準矢量幅值為半徑的圓的內(nèi)接六邊形(參看圖2)，其中，垂直于六邊形各邊的合成磁勢Fr最小，它是基準矢量幅值的86.6%，可以把其它方向合成磁勢的幅值都調(diào)至與Fr的幅值一致，這樣生成的合成磁勢的頂點軌跡，為以Fr幅值為半徑的圓，內(nèi)切于上述六邊形(圖2中的實線圓)。生成圓形旋轉(zhuǎn)磁場的電流波形如圖4所示在一個周期T內(nèi)，在時間t = 0至T/3 (或相角B = 0至120度)的時間內(nèi)，電流I⑴為一最大值為Im的正弦波，而在t = T/3至2T/3 (或相角120度至240度)的時間內(nèi)，電流I (t)為在相位上落后上述正弦波T/6的一個同樣的正弦波，即有；I (t) = ImSin(B) = ImSin (6. 28t/T)0 < t < T/3或I (t) = ImSin (B-T/6) = ImSin (6. 28t/T_T/6) T/3 < t < 2T/3 式 2I (t) = 02T/3 < t < T在上述兩種旋轉(zhuǎn)磁場中,六邊形旋轉(zhuǎn)磁場的平均磁勢最大。圓形旋轉(zhuǎn)磁場最穩(wěn)定，可以使電機運行更平穩(wěn)。2)直流兩相(四相)旋轉(zhuǎn)磁場交流異步機定子的兩個繞組在空間互相垂直，如果通以直流(不改變流向的電流)，則只能生成兩個互相垂直的基準磁勢匕和^(參看圖5)，以這兩相電流(磁勢)為基礎(chǔ)生成的合成磁勢F也限定在以Fa與Fb界定的90度空間內(nèi)。如果能用特定的開關(guān)電路(如橋式電路)，可正反向?qū)γ總€繞組供電；或把每一相繞組分成兩個獨立的繞組(構(gòu)成四相結(jié)構(gòu))，則可產(chǎn)生如圖5所示的4個基準磁勢(分別為Fa, Fb, Fa* = -Fa, Fb* = -Fb)把整個圓分成四個象限。這樣，圓內(nèi)任一方向的合成矢量F，都可用F所在象限的兩個矢量分量組成。A)外切正方形旋轉(zhuǎn)磁場如果在一相電流(磁勢)為最大時(比如AX相)，保持其不變，而從零增加相鄰另一相(比如BY相)電流，則所生成的旋轉(zhuǎn)磁勢的頂點軌跡為基準圓的外切正方形(參看圖5)。在一周內(nèi)，每相電流開通180度(T/2):其中，從0升至最大用時T/8，再保持最大值T/4時間，然后經(jīng)T/8從最大降至0，如圖6所示。在電流上升的45度相角內(nèi)，對應(yīng)任一相角B時，電流應(yīng)取之標么值N(以電流的最大值Im為I)可用下式算出N = tgBKK式 3B)圓形旋轉(zhuǎn)磁場這種系統(tǒng)的合成磁勢F，是用兩個互相垂直的分量組成的，所以F的幅值不會小于其任一個組成分量的幅值。因而，可以把任意方向F的幅值調(diào)整到與基準磁勢的幅值相同，形成以基準圓為軌跡的圓形旋轉(zhuǎn)磁場(參看圖5)。顯而易見，生成這種旋轉(zhuǎn)磁場的繞組電流為半波正弦電流。在空間差90度的兩個 繞組，其電流在相位上也差90。3)直流異步機的工作狀態(tài)交流異步機通常是在供電電源電壓為一定值的正弦波電壓源條件下工作的，當(dāng)負載變動時，它的端電壓受電源控制，不會改變，只會引起電流的變化。但直流異步機卻不能用電壓源，而要用一定波形的電流源供電，當(dāng)負載變動時，流過它的電流受電源的控制，不會改變，只會引起電壓的變化，它的端電壓將隨負載的增加而上升。下面分兩種情況來分析其電磁過程A)空載情況空載是指電機空轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子電流很小，可忽略電樞反應(yīng)。這時定子繞組的端電壓由兩部分電壓組成其一是在電機繞組的電阻和繞組漏電感上的壓降；其二是由定子繞組電流所產(chǎn)生的主磁通，在繞組中所感應(yīng)的電勢Ed生成的。因為主磁通是由三相繞組的電流綜合作用而形成的，是一個勻速旋轉(zhuǎn)磁場Fd，所以在定子繞組(以A相繞組AX為例)中感應(yīng)的電勢Ed為一正弦波，參看圖7中的圖(B)。若以Fd轉(zhuǎn)至與Fa重合時為原點(t = 0)，則在t > 0的半周內(nèi)Ed為正，即與繞組中電流的方向相同，而在t < 0的半周內(nèi)Ed為負，即與繞組中的電流方向相反。在所關(guān)注的2T/3有電流流動的時間內(nèi)，在-T/3 < t < 0為了克服反電勢而需有相應(yīng)的端電壓與之平衡。但在0 < t < T/3為正電勢，端電壓是負的，這時通過反饋回路把前段時間在繞組中儲存的能量返回電源。如果把定子電流用一等效正弦電流表示，則此電流與主磁通所感應(yīng)的電勢之間有90度相位差，形成無功功率?？梢栽谪撦d低時降低電流的幅值，以提高功率因數(shù)。B)負載情況當(dāng)電機帶有負載時定子電流所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場Fd在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體上感應(yīng)的電勢在相位上落后Fd 90度，如果轉(zhuǎn)子電流與感應(yīng)電勢同相，則轉(zhuǎn)子電流所生成的磁勢Fz在空間上也落后Fd90度(參看圖7C)，所以由轉(zhuǎn)子電流在定子繞組中感應(yīng)的電勢(電樞反應(yīng)電勢)Ez與Ed也有90度相位差，(參看圖7B)，由此可見，電樞反應(yīng)電勢Ez的整個負半周正對著定子電流流動時間的中心部分，從等效正弦的概念來講就意味著Ez與電流反相，平衡Ez的電壓與電流同相，從電源輸出的電能轉(zhuǎn)換為機械能。不過，隨著負載的增大，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速N2與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速NI間的轉(zhuǎn)差Dn = N1-N2也會增大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子導(dǎo)體所感應(yīng)的電勢頻率增加，使轉(zhuǎn)子電流及相應(yīng)的磁勢Fz滯后于Fd的相位增大，這就是為什么異步機的轉(zhuǎn)矩不能隨轉(zhuǎn)差的增大(轉(zhuǎn)子電流的增大)而直線上升，甚至下降的原因。4)直流異步機的特性A)調(diào)速特性在當(dāng)前這種方式下運行的異步機，調(diào)速的操作很簡單，只須調(diào)節(jié)電流的周期就行了，無需同時調(diào)節(jié)其它物理量。由于隨著轉(zhuǎn)速的下降，旋轉(zhuǎn)磁場在定子繞組中感應(yīng)的電勢Ed和Ez都會有相應(yīng)的變化，Ed會下降(因為Fd未變)這會使電源用以平衡Ed的無功電壓分量相應(yīng)下降，有利于功率因數(shù)的提高。至于Ez的變化則與調(diào)速過程中負載的情況有關(guān)；如果為恒轉(zhuǎn)矩的調(diào)速，即負載的轉(zhuǎn)矩不變，則Ez將隨轉(zhuǎn)速的下降而降低，電源用以平衡Ez的有功電壓及相應(yīng)的輸出功率也隨之下降；如果為恒功率調(diào)速，即隨著轉(zhuǎn)速的下降，轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的上升，輸出的機械功率保持不變，則轉(zhuǎn)差Dn會相應(yīng)的上升，使轉(zhuǎn)子的感應(yīng)電流或磁勢Fz上升，補償?shù)粲捎谵D(zhuǎn)速下降對Ez的影響，而保持Ez不變，即電源平衡Ez的有功電壓分量不變，維持功率不變。這里要注意的是，如果在額定功率的條件下作恒功率調(diào)速，則在轉(zhuǎn)速下降后轉(zhuǎn)子的電流會超越其額定值，使電機過載。不過這對主電路中承受過載能力最差的電子開關(guān)并無多少影響，而電機承受過載的能力是相當(dāng)強的，這也是當(dāng)前這種運行方式的優(yōu)點。B)起動特性很多應(yīng)用場合(比如電動汽車)需要原動機有強大的起動力矩，當(dāng)前這種方式下運行的異步機能滿足這一要求。異步機能夠生成的最大力矩Mz約為其額定力矩Me的3倍，而生成Mz時的轉(zhuǎn)差Dnz約為額定轉(zhuǎn)速的20%，即約比額定轉(zhuǎn)差大4倍，相應(yīng)的轉(zhuǎn)子電流也會大4倍左右。在當(dāng)前這種方式下運行時，可以控制電流的周期，使在起動過程中始終保持轉(zhuǎn)差為Dnz，即在起動過程中始終保持電機所生成的力矩為最大。在這樣的起動過程中轉(zhuǎn)子電流雖會有約4倍的過載，但主電路的電流，電壓都在正常范圍內(nèi)，沒有什么問題。但若在一般的PWM裝置上采用這種起動方式，則其主電路中所有的元器件都要承受約4倍的過載，這幾乎是難以接受的，而且在調(diào)節(jié)電流頻率的同時還要相應(yīng)的調(diào)節(jié)電壓，需要更復(fù)雜的控制。C)制動特性異步機的制動過程與起動過程類似，不過是反其道而行之。只要調(diào)低電流的頻率，使旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速低于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，形成負的轉(zhuǎn)差，就可形成制動力矩。用改變電流的相序，使旋轉(zhuǎn)磁場反轉(zhuǎn)的簡單辦法來制動效果并不好，這會使轉(zhuǎn)子電流嚴重超載而制動力矩卻不大。如果要使制動過程中的制動力矩始終保持最大值-Mz，就需要根據(jù)轉(zhuǎn)子的實際轉(zhuǎn)速來控制電流的頻率，使轉(zhuǎn)差在整個制動過程中保持為-Dnz。當(dāng)然這樣的制動過程也使轉(zhuǎn)子電流有4倍左右的過載，但對當(dāng)前模式的主電路的影響并不大。在制動過程中電機所釋放出的機械能，經(jīng)反饋回路為電源所吸收。如果采用PWM模式，則又會產(chǎn)生與起動過程類似的問題。


圖1是二相直流異步機的磁勢矢量圖；圖2是六邊形和圓形旋轉(zhuǎn)磁場模式的軌跡圖；圖3是六邊形旋轉(zhuǎn)磁場模式的電流波形圖；圖4是圓形旋轉(zhuǎn)磁場模式的電流波形圖5是兩相異步機定子電流磁勢的矢量圖；圖6是正方形旋轉(zhuǎn)磁場的電流波形；圖7A是梯形定子電流的時域波形；圖7B是相應(yīng)時段內(nèi)定子與轉(zhuǎn)子電流旋轉(zhuǎn)磁場在定子繞組中所感應(yīng)的電勢Ed與Ez的波形；圖7C是定子與轉(zhuǎn)子電流磁勢的空間矢量Fd與Fz。圖8是異步電動機的直流驅(qū)動裝置的構(gòu)成框圖圖9是斬波式主電路圖；圖10是戽斗式主電路圖；具體實施方法異步電動機的直流驅(qū)動裝置的構(gòu)成框圖，如圖(8)所示，其中I為電源，如蓄電池；2為電動機和檢測其電流，轉(zhuǎn)速等的檢測器；3是控制器，在它的內(nèi)部有儲存器，比較器，放大器等元器件，用以儲存設(shè)定的電流模式，電流的周期，幅值等數(shù)據(jù)。從檢測器接收電機運行中的實時信號，與存儲的設(shè)定值相比較，并根據(jù)比較的結(jié)果發(fā)出進行相應(yīng)操作的指令。控制器中還有手動設(shè)定電流的周期(轉(zhuǎn)速)，大小，相序(轉(zhuǎn)向)的器件及相應(yīng)的顯示器，并具有提供電機啟動，制動等操作的程序；4是驅(qū)動器，也就是驅(qū)動裝置的主電路。I)斬波式主電路斬波式主電路的結(jié)構(gòu)如圖9所示。圖中，AX，BY, CZ是三相異步機的三個定子繞組，每相繞組有兩個可關(guān)斷的電源開關(guān)Kl和K2，兩個續(xù)流二極管Dl，D2，分別與電源的兩端連接，還有一個測量繞組電流的霍爾傳感器H。當(dāng)H測出的電流，小于存儲器中所設(shè)定的值時，控制器就發(fā)出指令閉合Kl和K2，使相應(yīng)繞組與電源接通，使電流上升。當(dāng)實測電流值大于設(shè)定值時，就發(fā)出斷開電源開關(guān)的指令，繞組中的電流通過相應(yīng)的回路續(xù)流而下降。在相電流為上升或維持恒定階段，當(dāng)繞組電流超過規(guī)定值時，只斷開Kl阻止電流上升，繞組中的電流經(jīng)K2和D2續(xù)流，呈指數(shù)式下降。但在相電流為下降的階段，為了控制其降速，或釋放繞組中的電感儲能,可同時斷開Kl和K2，這時繞組中的電流經(jīng)由D2-電源正端-電源負端-Dl續(xù)流，把繞組電感中的儲能返還給電源。這樣的電路也為發(fā)電制動，也就是當(dāng)需要制動車輛時，把車輛的動能轉(zhuǎn)化為對電池充電的電能的制動方法提供了條件。2)戽斗式主電路戽斗式主電路的結(jié)構(gòu)如圖10所示。戽斗式電路的負載(定子三相繞組AX，BY,CZ)不是通過開關(guān)與電源直接連接的，而是接在一個儲有一定電能的電容(Ca，Cb, Ce)上。這些電容也不直接與電源接，它所儲存的電能是通過一個可稱為戽斗式的DC/DC變換器，以離散脈沖方式定量提供的。比如說，當(dāng)Ca上的電壓不足以維持輸出電流Ia時，就啟動變換器，觸發(fā)K導(dǎo)通，電源U通過LI對C充電，當(dāng)充電電流降至零時(C上電壓約為2U)K關(guān)斷，隨后觸發(fā)導(dǎo)通KajE C充電所得的能量轉(zhuǎn)換到Ca上。在這個轉(zhuǎn)換過程中，開關(guān)K和Ka都是在零電流狀態(tài)下關(guān)斷，不存在關(guān)斷損耗，并且在能量補充過程中電流不中斷，沒有大的沖擊，更容易得到預(yù)期的電流波形，但它需有能承受大的沖擊電流或電壓的兩個電感L1，L2和一個電容C。直流異步機在工作時，流過三相定子繞組的電流所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場在繞組兩端形成的電壓，并不是直流，而是正弦交流。這個交流分量在為正的半周，電源提供的電能轉(zhuǎn)化為磁能，而在交流分量為負的半周，磁能轉(zhuǎn)化為電能，經(jīng)由繞組的末端X(以A相為例)一反饋二極管Da —電源正端一電源負端一輸出電容Ca —繞組的正端A的反饋回路對電源充電。本發(fā)明的特征可以歸納為四個字(直流電流)可以用直流電源驅(qū)動價廉物美的異步電動機而不必將其逆變?yōu)榻涣?；它是用電流源而不是電壓源供電的，避免了主電路元器件遭受短路與過載的風(fēng)險。
權(quán)利要求
1.一種用直流電源驅(qū)動異步電動機的方法，其特征在于用一種特定的驅(qū)動器，使普通的直流電源，可向異步電動機定子繞組提供特定波形的直流電流，在異步電機內(nèi)產(chǎn)生勻速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場，驅(qū)動異步電動機工作。也就是把異步電動機，從用交流正弦波電壓源驅(qū)動，改為用直流電流源驅(qū)動，成為名副其實的直流異步電動機。
2.—種三相直流電流，其特征在于當(dāng)其流過三相異步電動機的三相定子繞組時，能在電機內(nèi)產(chǎn)生勻速旋轉(zhuǎn)的磁場。本發(fā)明提供兩種三相系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)磁場一種以基準圓的內(nèi)接六邊形為其軌跡，生成這種旋轉(zhuǎn)磁場的電流波形；另一種旋轉(zhuǎn)磁場的軌跡為圓形，內(nèi)切于上述六邊形，生成這種旋轉(zhuǎn)磁場的電流波形。
3.一種四相直流電流，其特征在于當(dāng)其流過四相電機的定子繞組時，能產(chǎn)生勻速旋轉(zhuǎn)的磁場。本發(fā)明所提供的旋轉(zhuǎn)磁場有兩種一種是以基準圓為軌跡的旋轉(zhuǎn)磁場，生成這種旋轉(zhuǎn)磁場的電流波形為半波正弦；另一種旋轉(zhuǎn)磁場的軌跡為基準圓的外接正方形，生成這種旋轉(zhuǎn)磁場的電流的波形。
全文摘要
直流異步型電動機及驅(qū)動控制系統(tǒng)，包括直流電源、電機及檢測器、驅(qū)動變換器和控制器。本發(fā)明闡述如何把異步電動機，從用交流電壓源驅(qū)動的交流電動機，改成用直流電流源驅(qū)動的直流異步電動機的方法；提出了直流異步電動機的直流電流源型驅(qū)動變換電路的具體實現(xiàn)方案。本發(fā)明可以充分發(fā)揮電動機以電流源驅(qū)動的性能優(yōu)勢，有效解決了交流電壓源驅(qū)動異步電動機低速時功率因數(shù)和效率下降，噪聲增加等問題，為研制質(zhì)優(yōu)價廉的異步機調(diào)速裝置及電動汽車用電動機，提供理論基礎(chǔ)。本發(fā)明給出了能使直流異步電動正常工作的直流電流的波形，以及產(chǎn)生這種電流波形的驅(qū)動裝置的框圖。
文檔編號H02K17/30GK103001431SQ20121057056
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月10日
發(fā)明者張加勝, 邵鐘武, 陳榮 申請人:張加勝