單相交流電機輸入電流的控制電路的製作方法

2023-10-10 11:09:19 1

專利名稱：單相交流電機輸入電流的控制電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及單相電機技術領域，尤其涉及一種單相交流電機輸入電流的控制 電路。
背景技術：
單相交流電機結構簡單、啟動快速、轉速穩定，被廣泛應用在電風扇、排風扇、抽油 煙機等家用電器中。當單相正弦電流通過定子繞組時，電動機就會產生一個交變磁場，這個 磁場的強弱和方向隨時間作正弦規律變化，但在空間方位上是固定的，所以又稱這個磁場 是交變脈動磁場。這個交變脈動磁場可分解為兩個以相同轉速、旋轉方向互為相反的旋轉 磁場，當電動機向某一方向旋轉時(如順時針方向旋轉)，這時轉子與順時針旋轉方向的旋 轉磁場間的切割磁力線運動變小，轉子與逆時針旋轉方向的旋轉磁場間的切割磁力線運動 變大，轉子將產生一定的電磁轉矩順著推動方向旋轉起來。在輸入交流電流頻率固定和轉 子磁極對數不變的情況下，單相電動機的轉速與輸入的交流電壓成正比。單相交流電機通常採用抽頭分壓法選擇不同的運轉速度，如分兩速、三速、五速 等，通常電機只能分別接通抽頭穩定運行在某一個速度，要想單相電機實現連續或多級調 速，只能採用更換其他類型的電機並增加昂貴的變頻調速或者直流調速控制器實現。另外 一種調速方案為通過可控矽調節導通角改變電機交流電壓的方法實現調速，但存在諧波電 流汙染電網和電機運行噪聲嚴重等問題。
發明內容本實用新型提供了一種單相交流電機輸入電流的控制電路，解決了現有單相交流 電機實現多級調速成本高昂或實現後會汙染電網和電機運行噪聲大的問題。一種單相交流電機輸入電流的控制電路，由控制器和兩個與控制器連接的雙向可 控矽組成，兩個雙向可控矽分別連接單相交流電機的高速抽頭和低速抽頭；輸入電流被劃 分為若干連續的輸入周期，每個輸入周期包含η個周波，控制器通過控制兩個雙向可控矽 將每個輸入周期內的η個周波分為連續的兩部分並分別輸入到高速抽頭和低速抽頭，η為 不小於2的整數。在一輸入周期內，電機有兩種輸入電流，當接通低速抽頭時，產生一個相對較小的 旋轉力矩，當接通高速抽頭時，產生一個相對較大的旋轉力矩。由於是一個周期性的旋轉力 矩大小切換，且切換時間相對頻繁，因此在電機帶動風輪運轉時不會發生短時突變，而是經 過疊加得到一個新的大小的轉矩，使得轉速穩定在最高轉速和最低轉速之間。同時採取輸入電機電流為整周波數，可以使產生的轉矩周期性的交替連續變化， 避免轉動力矩被再次分割為大小不等的其他狀態，避免諧波汙染和降低噪聲。綜上所述，當轉速增大時，在一段時間內施加在電機上的平均電壓也是逐漸增大 的，其調速原理仍舊是通過調節輸入電機的電壓來調節轉速。優選地，所述的η不大於16，因為η太大，會造成電機蠕轉(忽快忽慢)，達不到勻速轉動的目的。本實用新型還提供了另外一種單相交流電機輸入電流的控制電路，由控制器、與 控制器連接的雙向可控矽以及與雙向可控矽並聯的調速電抗器組成，雙向可控矽和調速電 抗器的輸出端連接單相交流電機的輸入端；輸入電流被劃分為若干連續的輸入周期，每個 輸入周期包含P個周波，控制器通過控制雙向可控矽使每個輸入周期內q個連續的周波直 接輸入單相交流電機，使得每個輸入周期內剩餘的周波通過調速電抗器調低電壓後再輸入 單相交流電機，P、q為整數，P彡2，0彡q彡ρ。。該電路的原理與前一控制電路原理類似，只是將每個輸入周期內的一部分周波的 電壓經調速電抗器分壓而調低，電機可以有一個輸入端或多個輸入端，調速時只使用一個 輸入端。這樣整個輸入周期輸入到電機中時，電機產生了兩種大小的力矩，通過調整這兩種 力矩的時間比，就可以實現電機轉速的調整。優選地，所述的ρ不大於16，因為ρ太大，同樣會造成電機蠕轉，達不到勻速轉動的 目的。優選地，每個輸入周期內剩餘的周波的電壓被調低後，降低的幅度不超出原始電 壓的30%。電壓降低幅度太大，同樣會造成電機蠕轉。本實用新型控制電路通過將輸入電流劃分為若干含整數個周波的輸入周期，每個 輸入周期又被劃分為兩部分輸入到電機的高速抽頭和低速抽頭，或者將每個輸入周期劃分 為兩部分並改變其中一部分的電壓，通過改變兩部分的比例，實現對電機轉速的調整，不會 對電網產生汙染，成本低廉，而且電機運行穩定，噪聲較小。

圖1為本實用新型實施例1控制電路的結構示意圖；圖2為本實用新型實施例2控制電路的示意圖；圖3為本實用新型實施例2另一種控制電路的示意圖。
具體實施方式
實施例1如圖1所示，一種單相交流電機輸入電流的控制電路，由控制器1 (STM8S103K2)、 與控制器1連接的雙向可控矽TL以及雙向可控矽TH組成，雙向可控矽TH以及雙向可控矽 TL分別連接單相交流電機的高速抽頭2和低速抽頭3。該單相交流電機的輸入電流被劃分為若干連續的輸入周期，輸入周期的數量是根 據輸入時間而定的，時間越長，輸入周期越多。每個輸入周期內含有8個周波，當然周波數 量是可以調整的，至少為兩個，周波數量越多，電機的轉速級數越多。但不是越多越好，雖然 越多所能調的級數越多。但是一方面工作時不需要那麼多的級數，另一方面周波數太多，會 造成電機蠕轉。一個輸入周期的周波數一般不大於16個，使用市電時一個輸入周期即為 320ms，最好設置為6 10個。在電機工作時，在一個輸入周期內，控制器1先控制雙向可控矽TL導通，雙向可控 矽TH斷開，將8個周波中的m個周波輸入低速抽頭3，此時電機轉速理論上為最低，輸入完 成後控制器1控制雙向可控矽TH導通，雙向可控矽TL斷開，使得剩餘的8-m個周波輸入高 速抽頭2，此時電機轉速理論上為最高。[0023]單相交流電機一般使用市電，其輸入電流頻率為50Hz，每個周波的周期為20ms，8 個周波總共160ms，在160ms時間內實現兩種轉速的切換，根據發明內容闡述的原理，最終 使得電機實現一個介於最低轉速和最高轉速之間的均勻轉速。m是整數，通過調整m的大 小，可以實現電機轉速的調整，具體調節如下表所示 從上表可以看出，通過調整m的大小，電機可以實現9級的轉速。實施例2如圖2所示，另一種單相交流電機輸入電流的控制電路，由控制器1、與控制器1連 接的雙向可控矽TH和與雙向可控矽TH並聯的調速電抗器4組成。雙向可控矽TH和調速 電抗器4的輸出端連接電機，輸入端通過開關k連接電源，可導入單相電流。同樣，該單相交流電機的輸入電流被劃分為若干連續的輸入周期，每個輸入周期 中含有8個周波，合上開關k後，同時控制器1發出信號使得雙向可控矽TH導通，輸入電流 每個輸入周期內q個周波直接輸入單相交流電機，此時電機轉速理論上為最高，輸入完成 後控制器1控制雙向可控矽TH截止，使得剩餘的8-q個周波流過調速電抗器4，調速電抗器 4將分掉部分輸入電壓，使得剩餘的輸入單相交流電機的8-q個周波的電壓降低，此時電機 轉速理論上為最低。如上所述，單相交流電機在短時間內在兩種轉速之間不段切換，最終實現一個介 於最高轉速和最低轉速之間均勻轉速，最終轉速可以通過調整q的大小調節。同樣的道理， 每個輸入周期內周波數量不是越多越好，一般不大於16個，最好是設置在6 10個之間。另外，調速電抗器4的分壓也有限度，其分壓造成周波電壓下降的幅度最好不要 超過原始電壓的30 %。雖然調速電抗器4分的電壓越大，轉速調節跨度越大，但會造成兩種 轉速相差太多而使最終轉速不均勻。另外，也可以在調速電抗器4處設置將電壓調高的裝 置，但需要在不改變輸入電流頻率的前提下，同樣可以實現電機的多級調速。 如圖3所示，上述控制電路也可以在調速電抗器4輸入端串聯一雙向可控矽TL，取 消開關k，不需要對開關k進行單獨操作，由控制器1來單獨控制每個輸入周期內兩部分周 波輸入電機。
權利要求一種單相交流電機輸入電流的控制電路，其特徵在於由控制器和兩個與控制器連接的雙向可控矽組成，兩個雙向可控矽分別連接單相交流電機的高速抽頭和低速抽頭；輸入電流被劃分為若干連續的輸入周期，每個輸入周期包含n個周波，控制器通過控制兩個雙向可控矽將每個輸入周期內的n個周波分為連續的兩部分並分別輸入到高速抽頭和低速抽頭，n為不小於2的整數。
2.根據權利要求1所述的控制電路，其特徵在於所述的η不大於16。
3.一種單相交流電機輸入電流的控制電路，其特徵在於由控制器、與控制器連接的 雙向可控矽以及與雙向可控矽並聯的調速電抗器組成，雙向可控矽和調速電抗器的輸出 端連接單相交流電機的輸入端；輸入電流被劃分為若干連續的輸入周期，每個輸入周期包 含P個周波，控制器通過控制雙向可控矽使每個輸入周期內q個連續的周波直接輸入單相 交流電機，使得每個輸入周期內剩餘的周波通過調速電抗器調低電壓後再輸入單相交流電 機，P、q為整數，P彡2，0彡q彡ρ。
4.根據權利要求3所述的控制電路，其特徵在於所述的ρ不大於16。
5.根據權利要求3所述的控制電路，其特徵在於每個輸入周期內剩餘的周波通過調 速電抗器調低電壓後，電壓下降的幅度不超過原始電壓的30%。
專利摘要本實用新型公開了一種單相交流電機輸入電流的控制電路，由控制器和兩個與控制器連接的雙向可控矽組成，兩個雙向可控矽分別連接單相交流電機的高速抽頭和低速抽頭；輸入電流被劃分為若干連續的輸入周期，每個輸入周期包含n個周波，控制器通過控制兩個雙向可控矽將每個周期內的n個周波分為連續的兩部分並分別輸入到高速抽頭和低速抽頭。本實用新型通過將輸入電流劃分為若干含整數個周波的輸入周期，每個輸入周期又被劃分為兩部分輸入到電機的高速抽頭和低速抽頭，通過改變兩部分的比例，實現對電機轉速的調整，不會對電網產生汙染，成本低廉，而且電機運行穩定，噪聲較小。
文檔編號H02P25/04GK201639542SQ20092020076
公開日2010年11月17日 申請日期2009年12月7日 優先權日2009年12月7日
發明者俞孝鋒, 曾潤濤, 秦華勝, 秦燕麗, 錢立, 鮑衛兵 申請人:杭州智源電子有限公司;新濤華宇控股集團有限公司