此外，此标志的位置应正好处于转子磁极们几何中性线上，以便作为转子磁场定向之 用。此外，为防止主回路电流过大，在电流调节器的输出处，可设置限制措施（例如加一个 稳压管）。控制信号最后经过一个1A/D送到CPU中去，在这里，用CPU去控制SVPWM调制器 输出的频率和相位，从而像通常直流机控制电压一样，去控制这里的交流同步电动机，达到 调速的目的。其中，额定速度以下或以上调节的方向均由CPU通过程度判断后决定。
[0107] (2)、额定速度以上的升速调部份：（仅限于用在恒功率调速下）它由两个环节构 成：激磁电流负反缋调节器与定子电势负反馈调节器，前者能调节并保持激磁电流稳定，后 者则负责在速度达到额定值的95%时，激磁电流能自动减弱，达到继续升速的目的。其中， 前者信号来自激磁电流直流互感器，而后者信号则来自直流电压（2TVD)减去电机漏阻坑 之后的反电势运算器AE。由于是经SVPWM调制器调频调速，故速度上调的信号须经反电势 运算器AE通过另一 2A/D送到CPU，再由CPU通过程序判断，如满足上调条件（速度达到额 定值的95%或以上），则CPU将会将SVPWM调制器频率进一歩调高，电动机速度将超过额定 速度。之所以还将反电势反馈到AER之前，目的是通过它进一步使电动机的激磁稳定从而 使速度更加稳定。
[0108] (3)、交流的控制电路元件甚少，仅包括同一个1A/D、2A/D和CPU (或DSP)，用它们 来准确地控制SVPWM的控制极的输入信号，以便在调压（或弱磁）时，改变那些控制极的输 入信号的频率和相位，从而达到平滑调速的目的。
[0109] ⑷是一个交直流混合的调速方案：外直内交，它完全满足两调速要求：
[0110] ①、在直流外电路上管住电压，以便调节，管住电流（通过主电路交流变换），防止 过载。
[0111] ②、在内部交流电路上管住SVPWM频率和相位，这由CPU和转子磁极几何中性线信 号来精确决定，使之能形成圆形旋转磁场，这和传统直流电动机应用（位于磁极几何中性 线上）电刷来精确决定完全是一样的，只是方法和手段有所不同而己。
[0112] 所以，三相制式电子换向器直流电动机和传统式机械换向器直流电动机，无论从 工作原理上还是从调速技术上都是完全一样！完全可以在中、大容量电动机中，取代传统 直流电动机和交流电动机得到应用。
[0113] 在此还必须指出，从结构和原理来看，本发明的三相制式电子换向器直流电动机 本质上就是一台用SVPWM控制的三相同步电动机，因此，它的动态数学模型完全可以使用 三相同步电动机的动态数学模型，即在Μ处直接接入相应的方框图，从而就构成了整个控 制系统的方框图。
[0114] ③、交、直流调速系统的调和：
[0115] 不难看出，上述调速方案，虽未在形式上在交流侧进行''矢量控制"和''磁场定 位"，但在实际结构上，由于引入了 CPU，由直流控制迴路过来的调节电压Ut控制着输入主 电压Ud的大小，而
，再通过TG经积分器 获得，所以队和Θ i控制着U{!，等于进行了''矢量控制"。至于''磁场定位"，CPU中已 Μπ 经有了 ： + 即转子几何中心线（Ut的）位置，这就等于实行了磁场定位。从以上 yn 两项措施来看，本方案和 ''矢量控制"方法没有两样，只是实施的方法不同罢了。但是，这种 方案除去了繁杂的数学运算，避开了可能碰到的数学非线性和鮮耦等问题，如果实行全软 件化控制，硬件环节大大减少，其可靠性和性价比将会大大提高，实用性也会大大增强，尤 其是在大容量电动机上应用。
[0116] 从这里可以初步看出，通过三相制电子换向器直流电动机的解析，交、直两类电动 机的运行原理是可以进行统一的，即可以使用"统一理论"来对它们进行解释。筒言之，交流 电动机通过dq坐标变换可以等值成为一台直流电动机（即现代交流矢量变换调速技术）， 而直流电动机使用电子换向器则可以将等值成为一台交流电动机。
[0117] 如图8所示，图8展示了三相制电子换向直流电动机的传递函数方框图。
[0118] 三相制式电子換向器直流电动机结构上与同步电动机完全相同，只是将定子供电 的逆变器设计成SVPWM型式，因此，它的动态数学模型和传递函数，就完全可以引用同步 电动机的动态数学模型和传递函数，即：
[0119]
[0120] 再在上式前面加上前述两个坐标变換，即3/2和VR变换，再加上转子运动方程，得 到的就是三相式电子换向直流电动机的动态数学模型。其中的转子运动方程：
[0121]
[0122] 电磁转矩亦为：
[0123] TE= n pLfDifiQ+np (LDiQ-LQiD)
[0124] 式中，npLfDifiQ----为主电磁转矩，系q軸有功电流i Q与全体磁场npLfDif= K E Φ 作用的结果，而――则为由交、直磁路磁磁阻不等引起的磁阻转矩。
[0125] 上述三相制电子换向直流电动机的传递函数方框图，就是图8中的电动机M，图中 有了上述电动机的传递函数，再加上全体控制系统各个环节的传递函数，就可以利用数学 方法将它们数字化，并进行控制程序的编輯，然后便可直接应用仿真程序进行电动机的调 速控制，可以利用相应的仪器测量输入和输出，观察控制系统和电动机运行的动、静特性， 视情况修改有关参数，直到运行的动、静特性达到要求为止。电动机动态数学模型和传递函 数的具体出現，在没有现成电动机的条件下，将为新电机和新控制系统的设计、分析、提高 提供了十分有效的手段，具有非常现实的先进意义。
[0126] 三相制电子换向直流电动机Μ配上图8的直流控制电路，就变成了一台崭新的直 流电动机电子智能化电动机，它在内部是一台带SVPWM逆变器的三相交流同步电动机， 但在逆变器以外，则是一台带微处理器的多环控制的直流电动机，可以完全按照直流电动 机的调速方式一调压和调磁来进行调速，在四个象限上进行工作。这样，就从根本上模糊 了交流和直流电动机的区别界限，确切地说，它统一了交、直两种电动机于一体，与传统电 动机最大的不同之处就在于，它不是一台孤立的电动机，而是一个电动机及其系统，虽然从 框图上看，它好像同以往的电动机和它的调速系统一样，但是，它确有其独特之处，那就是 它是一个整体，不好随意分开，它最好由一个厂家配套制造，作为一个独立的产品销售，才 能充分显示其优点：良好的调速性能，简易的调速方法，最佳的性价比（相对使用者自行组 合）。
[0127] 当然，以上只是本发明的具体应用范例，本发明还有其他的实施方式，凡采用等同 替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种=相制电子换向直流电动机，其特征在于：它是用指定条件下的SVPWM 控制的=相同步电动机；它用非独立多相闭式绕组来做定子绕组，定子绕组相数采 用=相，且用的是分布、短矩绕组，从而抑止高次谐波，获得近似的正弦分布的磁场； 对S相全控桥逆变器进行SVPWM调制供电，且使SVPWM进行扇区分割时的小区数 端等于或大于每极每相下槽数。2. 根据权利要求1所述的=相制电子换向直流电动机，其特征在于：在整流器到逆变 器之间控制直流电压和直流电流，再按直流调速系统配置各个线性调节器，充分发辉内3 外2的双环调节作用，达到高品质动静态特性的目的。3. 根据权利要求2所述的=相制电子换向直流电动机，其特征在于：定子旋转磁场矢 端轨迹的圆形形状，完全由扇区分割小区数为的SVPWM确定；SVPWM扇区分割数公式 中，Zi为电机槽数，P为极对数，n为扇区分割数。4. 根据权利要求3所述的=相制电子换向直流电动机，其特征在于：该电动机供电侧 为直流，电动机部分为交流，是外直内交的立相制电子换向直流电动机；由此技术产生的近 圆形旋转磁场可大大削弱高次谐波，减少电机损耗，从而提高电动机的效率。5. 根据权利要求4所述的S相制电子换向直流电动机，其特征在于：电流或电压在六 拍导通的基础上，采用多小区的SVPWM调制，在电动机定子上，必然会出现矢端轨迹为圆形 的旋转磁场，，从而获得与同步电动机一样的圆形的定子旋转磁场，它将吸到住转子磁极均 速旋转，并呈现直流电动机的优良特性。6. 根据权利要求5所述的=相制电子换向直流电动机，其特征在于相交流电压经 过可控全整流桥变成直流，经电抗器和电容滤波之后供给后面的=相逆变桥，进行SVPWM 调制，形成S相正弦电压，供给后面的S相同步电动机，进行调频调速。
【专利摘要】本发明公开了一种三相制电子换向直流电动机，它是用SVPWM控制的三相同步电动机；它用非独立多相闭式绕组来做定子绕组，它采用电子换向器控制，定子绕组相数采用三相，且用的是分布、短矩绕组，从而抑止高次谐波，获得近似的正弦分布的磁场；对三相全控桥逆变器进行SVPWM调制供电，且使SVPWM进行扇区分割时的小区数等于或大于每极每相下槽数。这种三相制电子换向直流电动机在充分发挥出电子换向直流电动机的调速优点的前提下，又能降低其造价，提高稳定性，从而克服现有技术的不足。
【IPC分类】H02P6/08
【公开号】CN105515460
【申请号】CN201410780484
【发明人】周道齐, 周坚
【申请人】周道齐
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2014年12月17日