专利名称：实现单相交流电机多级调速的方法及控制电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及单相电机技术领域，尤其涉及一种实现单相交流电机多级调速的方法 及控制电路。
背景技术：
单相交流电机结构简单、启动快速、转速稳定，被广泛应用在电风扇、排风扇、抽油 烟机等家用电器中。当单相正弦电流通过定子绕组时，电动机就会产生一个交变磁场，这个 磁场的强弱和方向随时间作正弦规律变化，但在空间方位上是固定的，所以又称这个磁场 是交变脉动磁场。这个交变脉动磁场可分解为两个以相同转速、旋转方向互为相反的旋转 磁场，当电动机向某一方向旋转时(如顺时针方向旋转)，这时转子与顺时针旋转方向的旋 转磁场间的切割磁力线运动变小，转子与逆时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动 变大，转子将产生一定的电磁转矩顺着推动方向旋转起来。在输入交流电流频率固定和转 子磁极对数不变的情况下，单相电动机的转速与输入的交流电压成正比。单相交流电机通常采用抽头分压法选择不同的运转速度，如分两速、三速、五速 等，通常电机只能分别接通抽头稳定运行在某一个速度，要想单相电机实现连续或多级调 速，只能采用更换其他类型的电机并增加昂贵的变频调速或者直流调速控制器实现。另外 一种调速方案为通过可控硅调节导通角改变电机交流电压的方法实现调速，但存在谐波电 流污染电网和电机运行噪声严重等问题。
发明内容
本发明提供了一种实现单相交流电机多级调速的方法，解决了现有单相交流电机 实现多级调速成本高昂或实现后会污染电网和电机运行噪声大的问题。一种实现单相交流电机多级调速的方法，所述的单相交流电机包括低速抽头和高 速抽头，低速抽头和高速抽头分别导入输入电流后，单相交流电机实现两种不同的转速，将单相交流电机的输入电流划分为若干个连续的输入周期，每个输入周期含有η 个周波，电机工作时，将每个输入周期内m个连续的周波输入到低速抽头，将每个输入周期 内剩余的周波输入到高速抽头，单相交流电机通过调整m的大小调节转速，n、m为整数， η > 2，0 < m < η。在一输入周期内，本发明电机有两种输入电流，当接通低速抽头时，产生一个相对 较小的旋转力矩，当接通高速抽头时，产生一个相对较大的旋转力矩。由于是一个周期性的 旋转力矩大小切换，且切换时间相对频繁，因此在电机带动风轮运转时不会发生短时突变， 而是经过叠加得到一个新的大小的转矩，使得转速稳定在最高转速和最低转速之间。同时采取输入电机电流为整周波数，可以使产生的转矩周期性的交替连续变化， 避免转动力矩被再次分割为大小不等的其他状态，避免谐波污染和降低噪声。综上所述，当转速增大时，在一段时间内施加在电机上的平均电压也是逐渐增大 的，其调速原理仍旧是通过调节输入电机的电压来调节转速。
优选地，所述的η不大于16，因为η太大，会造成电机蠕转(忽快忽慢)，达不到勻 速转动的目的。本发明还提供了一种单相交流电机输入电流的控制电路，由控制器和两个与控制 器连接的双向可控硅组成，两个双向可控硅分别连接单相交流电机的高速抽头和低速抽 头；输入电流被划分为若干连续的输入周期，每个输入周期包含η个周波，控制器通过控制 两个双向可控硅将每个输入周期内的η个周波分为连续的两部分并分别输入到高速抽头 和低速抽头。 该方法与前述的方法基本一致，只是将每个输入的周期内的其中一部分周波的电 压调高或调低，电机可以有一个输入端或多个输入端，调速时只使用一个输入端。这样整个 输入周期输入到电机中时，电机产生了两种大小的力矩，通过调整这两种力矩的时间比，就 可以实现电机转速的调整。本发明还提供了另一种实现单相交流电机多级调速的方法，包括将单相交流电机的输入电流划分为若干个连续的输入周期，每个输入周期含有ρ 个周波，电机工作时，将每个输入周期内q个连续的周波直接输入单相交流电机，将每个输 入周期内剩余的周波的电压调高或调低后再输入单相交流电机，单相交流电机通过调整q 的大小调节转速，P、q为整数，P彡2，0彡q彡ρ。优选地，所述的ρ不大于16，因为ρ太大，同样会造成电机蠕转，达不到勻速转动的 目的。优选地，每个输入周期内剩余的周波的电压被调高或调低后，增加的电压或减少 的电压不超出原始电压的30 %。电压增加太多或减少太多，同样会造成电机蠕转。本发明提供了另一种单相交流电机输入电流的控制电路，由控制器、与控制器连 接的双向可控硅以及与双向可控硅并联的调速电抗器组成，双向可控硅和调速电抗器的输 出端连接单相交流电机的输入端；输入电流被划分为若干连续的输入周期，每个输入周期 包含P个周波，控制器通过控制双向可控硅使每个输入周期内q个连续的周波直接输入单 相交流电机，使得每个输入周期内剩余的周波通过调速电抗器调低电压后再输入单相交流 电机。本发明方法通过将输入电流划分为若干含整数个周波的输入周期，每个输入周期 又被划分为两部分输入到电机的高速抽头和低速抽头，或者将每个输入周期划分为两部分 并改变其中一部分的电压，通过改变两部分的比例，实现对电机转速的调整，不会对电网产 生污染，成本低廉，而且电机运行稳定，噪声较小。
图1为本发明实施例1控制电路的结构示意图；图2为本发明实施例2控制电路的示意图3为实施例2中电抗器串联双向可控硅TL后的控制电路示意图。
具体实施例方式实施例1如图1所示，一种单相交流电机输入电流的控制电路，由控制器1 (STM8S103K2)、 与控制器1连接的双向可控硅TL以及双向可控硅TH组成，双向可控硅TH以及双向可控硅TL分别连接单相交流电机的高速抽头2和低速抽头3。该单相交流电机的输入电流被划分为若干连续的输入周期，输入周期的数量是根 据输入时间而定的，时间越长，输入周期越多。每个输入周期内含有8个周波，当然周波数 量是可以调整的，至少为两个，周波数量越多，电机的转速级数越多。但不是越多越好，虽然 越多所能调的级数越多。但是一方面工作时不需要那么多的级数，另一方面周波数太多，会 造成电机蠕转。一般一个输入周期的周波数一般不大于16个，使用市电时一个输入周期即 为320ms，最好设置为6 10个。在电机工作时，在一个输入周期内，控制器1先控制双向可控硅TL导通，双向可控 硅TH断开，将8个周波中的m个周波输入低速抽头3，此时电机转速理论上为最低，输入完 成后控制器1控制双向可控硅TH导通，双向可控硅TL断开，使得剩余的8-m个周波输入高 速抽头2，此时电机转速理论上为最高。单相交流电机一般使用市电，其输入电流频率为50Hz，每个周波的周期为20ms，8 个周波总共160ms，在160ms时间内实现两种转速的切换，根据发明内容阐述的原理，最终 使得电机实现一个介于最低转速和最高转速之间的均勻转速。m是整数，通过调整m的大 小，可以实现电机转速的调整，具体调节如下表所示 从上表可以看出，通过调整m的大小，电机可以实现9级的转速。实施例2如图2所示，另一种单相交流电机输入电流的控制电路，由控制器1、与控制器1连 接的双向可控硅TH和与双向可控硅TH并联的调速电抗器4组成。双向可控硅TH和调速 电抗器4的输出端连接电机，输入端通过开关k连接电源，可导入单相电流。同样，该单相交流电机的输入电流被划分为若干连续的输入周期，每个输入周期 中含有8个周波，合上开关k后，同时控制器1发出信号使得双向可控硅TH导通，输入电流 每个输入周期内q个周波直接输入单相交流电机，此时电机转速理论上为最高，输入完成 后控制器1控制双向可控硅TH截止，使得剩余的8-q个周波流过调速电抗器4，调速电抗器 4将分掉部分输入电压，使得剩余的输入单相交流电机的8-q个周波的电压降低，此时电机 转速理论上为最低。
如上所述，单相交流电机在短时间内在两种转速之间不段切换，最终实现一个介 于最高转速和最低转速之间均勻转速，最终转速可以通过调整q的大小调节。同样的道理， 每个输入周期内周波数量不是越多越好，一般不大于16个，最好是设置在6 10个之间。另外，调速电抗器4的分压也有限度，其分压造成周波电压下降的幅度最好不要 超过原始电压的30 %。虽然调速电抗器4分的电压越大，转速调节跨度越大，但会造成两种 转速相差太多而使最终转速不均勻。另外，也可以在调速电抗器4处设置将电压调高的装 置，但需要在不改变输入电流频率的前提下，同样可以实现电机的多级调速。如图3所示，上述控制电路也可以在调速电抗器4输入端串联一双向可控硅TL，取 消开关k，不需要对开关k进行单独操作，由控制器1来单独控制每个输入周期内两部 分周 波输入电机。
权利要求
一种实现单相交流电机多级调速的方法，所述的单相交流电机包括低速抽头和高速抽头，低速抽头和高速抽头分别导入输入电流后，单相交流电机实现两种不同的转速，其特征在于将单相交流电机的输入电流划分为若干个连续的输入周期，每个输入周期含有n个周波，电机工作时，将每个输入周期内m个连续的周波输入到低速抽头，将每个输入周期内剩余的周波输入到高速抽头，单相交流电机通过调整m的大小调节转速，n、m为整数，n≥2，0≤m≤n。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的n不大于16。
3.一种单相交流电机输入电流的控制电路，其特征在于由控制器和两个与控制器连 接的双向可控硅组成，两个双向可控硅分别连接单相交流电机的高速抽头和低速抽头；输 入电流被划分为若干连续的输入周期，每个输入周期包含n个周波，控制器通过控制两个 双向可控硅将每个输入周期内的n个周波分为连续的两部分并分别输入到高速抽头和低 速抽头。
4.一种实现单相交流电机多级调速的方法，其特征在于将单相交流电机的输入电流划分为若干个连续的输入周期，每个输入周期含有P个周 波，电机工作时，将每个输入周期内q个连续的周波直接输入单相交流电机，将每个输入周 期内剩余的周波的电压调高或调低后再输入单相交流电机，单相交流电机通过调整q的大 小调节转速，P、q为整数，P彡2，0彡q彡p。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述的p不大于16。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于每个输入周期内剩余的周波的电压被调 高或调低后，电压增加或减少的幅度不超出原始电压的30%。
7.一种单相交流电机输入电流的控制电路，其特征在于由控制器、与控制器连接的 双向可控硅以及与双向可控硅并联的调速电抗器组成，双向可控硅和调速电抗器的输出 端连接单相交流电机的输入端；输入电流被划分为若干连续的输入周期，每个输入周期包 含P个周波，控制器通过控制双向可控硅使每个输入周期内q个连续的周波直接输入单相 交流电机，使得每个输入周期内剩余的周波通过调速电抗器调低电压后再输入单相交流电 机。
全文摘要
本发明公开了一种实现单相交流电机多级调速的方法，所述的单相交流电机包括低速抽头和高速抽头，低速抽头和高速抽头分别导入输入电流后，单相交流电机实现两种不同的转速；将单相交流电机的输入电流划分为若干个连续的输入周期，每个输入周期含有n个周波，每个周期内的n个周波被分为连续的两部分并输入低速抽头和高速抽头，单相交流电机通过调整两部分波数比例调整转速。本发明方法通过将输入电流划分为若干含整数个周波的输入周期，每个输入周期又被划分为两部分输入到电机的高速抽头和低速抽头，通过改变两部分的比例，实现对电机转速的调整，不会对电网产生污染，成本低廉，而且电机运行稳定，噪声较小。
文档编号H02P25/04GK101873099SQ200910154958
公开日2010年10月27日 申请日期2009年12月7日 优先权日2009年12月7日
发明者俞孝锋, 曾润涛, 秦华胜, 秦燕丽, 钱立, 鲍卫兵 申请人:杭州智源电子有限公司;新涛华宇控股集团有限公司