专利名称：一种高电压大功率的开关磁阻电动机装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种开关磁阻电动机装置，特别涉及一种多功率单元 输出的直接串联的高电压大功率的开关磁阻电动机装置。
技术背景近年来开关磁阻电动机装置已越来越广泛的得到应用，所需功率越来 越大。该系统由电动机和控制器两大部分组成，而电动机的结构形式很多，常用的形式为4相8/6极，3相12/8极等。略去上电限流电路后，现用4相开关磁阻电动机的主电路如
图1所示。 三相电网输入，经桥式整流和电容滤波后得到一个直流功率电源；4个由 功率开关和续流二极管串成的桥臂，组成半桥式功率逆变电路，给具有公 共连接点M的电动机绕组通电。功率开关有一端接电源正端的桥臂为正桥臂，功率开关有一端接电源 负端的桥臂为负桥臂。2个正桥臂的功率开关轮流导通， 一个周期内导通 k电角度。2个负桥臂的功率开关也如此，但正桥臂与负桥臂间导通相差 n/2电角度，因此任何时候都有两相绕组通电。现在用得最多的是图2示3相开关磁阻电动机，电动机的三相绕组是 互相绝缘的，独立地通过自己的半桥电路得电。每个半桥皆由一个正桥臂 和负桥臂构成，整个功率逆变电路共有6个桥臂。在3相开关磁阻电动机中，三个相绕组的导通角相位相差2 电角 度。导通时两相间有一定的重叠角，亦即有时是一个相绕组得电，有时候是两相同时得电。图2示3相开关磁阻电动机的功率较大，另外3相开关磁阻电动机的定/转子极数一般为12/8极，低速性能比较好。适当地提高三相电源电压以后，三相开关磁阻电动机的功率已达数佰 千瓦。这是功率开关，二极管等常用元件的最大额定能力，如果采用更高 电压的功率开关，则价格昂贵，也存在着可靠性问题。开关磁阻电动机的每相绕组有若干线巻连成，像4相8/6极电动机有2 个线巻，3相12/8极电动机有4个线巻。增大开关磁阻电动机装置功率的 一种方案是把相绕组中的线巻拆开，各相线巻配套后，由多个相当于原来 功率电路的功率单元来分套驱动。对于3相12/8极开关磁阻电动机而言， 如果把相绕组的4个线巻拆开，配成4套三相，就可以用4个功率单元来 驱动，开关磁阻电动机装置的功率增大4倍。由于各功率单元都处于低电压状态，工作原理也无大变，上述多功率 单元分套驱动方案简单可靠，容易实行。但电动机与控制器间连线或比例 的增加，给用户带来不便，也容易出故障；另外电动机相绕组的线巻个数 不多，开关磁阻电动机装置功率仅能增大有限的倍数。实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种连线少，运行可靠，功率 提高倍数大的高电压大功率的开关磁阻电动机装置。本实用新型所述的高电压大功率的开关磁阻电动机装置，包括N相高 电压大功率开关磁阻电动机，功率单元和移相变压器(Tl)，相应于开关 磁阻电动机的每相绕组，设置Z个功率单元输出，直接串联；所述开关磁 阻电动机装置包含ZXN个功率单元，ZXN个功率单元的三相电源各由移 相变压器的付边绕组供给。本实用新型所述的高电压大功率的开关磁阻电动机装置，所述功率单 元为普通型功率单元或回馈型功率单元。所述ZXN个功率单元的构成和 参数一致，能互换。本实用新型所述的高电压大功率的开关磁阻电动机装置，所述普通型 功率单元主要由熔断器、三相桥式整流电路、滤波电容和单相半桥式逆变 电路构成。在滤波电容上一般并联有限压放电电路，所述限压放电电路由 功率开关和电阻串成，当电动机制动时，限压放电电路放出电能，如果电 容上电压过压，限压放电电路接通功率开关放电。功率单元的三相电源上串联有三个熔断器，起短路保护作用；又可以代替隔离开关,需要时开断。本实用新型所述的高电压大功率的开关磁阻电动机装置，所述回馈型 功率单元是在普通型功率单元的三相桥式整流电路的六个整流二极管上 皆并联功率开关，控制能量的回馈。回馈型功率单元无需限压放电电路。本实用新型所述的高电压大功率的开关磁阻电动机装置，所述单相半 桥式逆变电路包含正负桥臂各一个，正、负桥臂都由功率开关和续流二极 管串成，串联处是输出端。正桥臂，功率开关正端接于电源正极，与二极管的连接处为功率电源的正输出端；负桥臂，功率开关负端接于电源负极， 与二极管连接处为功率单元的负输出端。功率单元具有正、负两个输出端， 正输出端是正桥臂的输出端，负载出端是负桥臂的输出端。本实用新型所述高电压大功率的开关磁阻电动机装置，所述每相绕组 的Z个功率单元输出串联，第1个功率单元的负输出端连到第2个功率单 元的正输出端，依次连接，以第1个功率单元的正输出端和Z个功率单元 的负输出端作为总的正、负输出端，总的正负输出端连接电动机相应的绕 组。本实用新型所述高电压大功率的开关磁阻电动机装置，所述每相绕组 的Z个功率单元的输出串联，第1个功率单元的正输出端连到第2个功率单元的负输出端，依次连接。以第1个功率的负输出端和Z个功率单元的正输出端作为总的负、正输出端，总的正负输出端连接电动机相应的绕组。 本实用新型所述高电压大功率的开关磁阻电动机装置，对于无电流回路的N相绕组互相绝缘、各自驱动的开关磁阻电动机，各相绕组可增设一 公共连接点。本实用新型所述高电压大功率的开关磁阻电动机装置，对于相数N为 偶数，且各相绕组具有一个公共连接点M的开关磁阻电动机，Z个功率单 元输出串联后，接成具有一个公共连接点Ml的驱动电动机电路，M和 Ml点间浮置或连上导线，驱动电路的N个输出正端轮流输出电流，N个 输入负端轮流输入电流。此时所述移相变压器(Tl)的各付边绕组相位相 差兀/ (6Z)电角度。本实用新型所述的高电压大功率的开关磁阻电动机装置，所述移相变 压器(Tl)共有ZN组付边绕组,作为ZN个功率单元的三相电源，各付边 绕组间可靠绝缘，三相线电压大小相等，相位均匀地错开2兀/3电角度，每 个付边绕组相等的漏感，漏感起交流电抗器的作用。本实用新型所述的高电压大功率的开关磁阻电动机装置，所述移相变 压器(Tl)的付边绕组的具体接法不限，可以用星形、三角形、带异相边三 角形、带延长边三角形中的至少一种，几种派生出来的接法,又可转向相反 地设置。原边绕组采用三角形或星形接法，原付边绕组间可靠绝缘，变比 按需要选择。本实用新型所述的高电压大功率的开关磁阻电动机装置，所述移相变 压器(Tl)的ZN组付边绕组间可靠绝缘,付边绕组所提供的线电压大小相等，相位方面，驱动电动机同一相绕组的Z个付边绕组相位均匀的错开兀/(3Z)电角度；驱动电动机N相绕组的N个付边绕组相位相同。本实用新型所述的移相变压器体积比较大，可以不包含在系统的控制 器中,而作为系统的直属部件。移相变压器一般是只工频三相变压器，也可用相应个数的独立变压器代替，如3只单相变压器，Z只三相变压器等。本实用新型所述的高电压大功率的开关磁阻电动机装置，在控制方式 方面，同一相的Z个功率单元间功率开关的换向时间最好稍微错开，所 有功率开关的斩波控制最好均匀地错开，有助于减小装置运行时产生的电 磁干扰和噪声。本实用新型所述的高电压大功率的开关磁阻电动机装置，故障时，关 掉或断开部份功率单元，系统降额运行；电动机空载或轻载时，关掉或断 开部分功率单元，系统降压运行。本实用新型采用多个功率单元来联合驱动，但功率单元的负载是电动 机某一相绕组，通过多个功率单元直流输出的直接串联，增大加到相绕组 上的电压。电动机属高压大功率电机，出线的数目和普通电机一样。采用 上述移相供电措施后，本实用新型网侧供电电流的波形很好，理论上只存 在6Zm-l次谐波,m为正整数，有载功率因数可达0.95以上,所以无需再加 功率因数补偿及谐波仰制装置。另外，变压器付边绕组的工作独立，各功 率单元也相对独立，非常可靠。说明书附图图l:现有4相开关磁阻电动机装置主电路；图2:现有3相开关磁阻电动机装置主电路；图3:本实用新型所用普通型功率单元电路图；图4:本实用新型4相开关磁阻电动机装置实施方案(Z = 2);图5:本实用新型3相开关磁阻电动机装置实施方案(Z = 3)。
具体实施方式
实施例1图3示为本实用新型所用普通型功率单元，主要包括三相桥式整流电 路，滤波电容和单相半桥式逆变电路。图中虚线示为限压放电电路,需要时 可以设置。单相逆变电路由正桥臂和负桥臂组成，两个桥臂皆用功率开关和续流 二极管串成，以两者的连接处为输出端。正桥臂，功率开关的一端接到电 源的正端，输出端为正。负桥臂，功率开关的一端接到电源的负端，输出 端为负。在三相桥式整流电路中，所用的6个整流二极管上都并联有功率开关， 就构成回馈型功率单元，通过功率开关的关断，在电能向三相交流电源回 馈时，可以进行换向控制和斩波控制。图4示为本实用新型Z=2时4相开关磁阻电动机装置示意图，每相2 个功率单元的输出串联， 一共用了8个功率单元。串联后，功率单元UA1、 UC1的负输出端和UB1、 UD1的正输出端连接成公共点M1。电动机A、 C两相绕组上分别接功率单元UA2、 UC2的正输出端。B、 D两相绕组上 分别接功率单元UB2、 UC2的负输出端。电动机4相绕组也有一个公共连接点M， Ml与M两个连接点间可以 各自浮置，也可以连上导线。连上后，电路上绕组A、 B和绕组B、 D上 所加电压就不再互相影响。图中移相变压器T1的原边用星形接法，8个付边绕组都为带延长边的 三角形。供电给电动机同一相绕组串联的两个功率单元的付边绕组间，线 电压相位差/6电角度，如UA1、 UA2所对应的# 1和# 5。供电给UA1、 UB1、 UC1禾U UD1的付边绕组# 1、 #2、 #3禾卩#4，属于电动机不同相的四个功率单元，线电压相位可以相同。为了使网侧供 电电流的波形更好，也可以分组设置相位UA1和UC1的输出都为正极， 为一组；UB1和UD1的输出都为负极，为另一组。属于同一组的，线电 压相位相同，两组间则相位相差n/12，电角度。#5、 #6、 #7禾卩#8类对于Z大于2的情况类推，另，相数N为6等其他偶数时，电路也可 以类推。应当指出，在本实用新型斩波前加于电动机相绕组上的电源电压是三 相整流电源整流输出的Z倍。即使Z^1时，也要比图l示电路大两倍， 这有助于增加系统的功率。实施例2本实用新型所述的开关磁阻电动机装置，另一种接法适用范围更广， 相数为奇数或偶数时都可用，它的N相绕组本身是相互绝缘的，没有公共 的连接点，它们都有独立的自己的电流回路。电动机出线数为2N。以3相开关磁阻电动机为例，图5示为Z-3时，三相开关磁阻电动机 的本实用新型，共用N'Z-9个功率单元。UA1、 UA2和UA3的输出串 联后驱动A相绕组，UB1、UB2和UB3的输出串联后驱动B相绕组，UC1、 UC2和UC3的输出串联后驱动C相绕组。在图5中付边绕组采用三角形和带延长边三角形接法，#1、 #2和# 3供电给A、 B和C三相绕组，付边绕组的接法相同，线电压大小和相位 相同。#4、 #5和#6如此，#7、 #8和#9也如此。另一方面，#1、 #4和#7专门供电给电动机A相绕组的，其线电压大小仍相等，但线电 压相位相差兀/ (3Z) /9电角度，所以接法不同。#2、 #5禾口#8如此，#3、 #6禾卩#9也如此。图5所示，装置各相电路是绝缘的，因此允许绕组上有一点连接起来， 以便于监视绕组绝缘，这是与图2所示系统不同的地方。无论图4电路或图5电路方案，由于引入了移相变压器来多重化供电， 本实用新型网侧供电电流的波形相当好，谐波分量较小，功率因数可达0.95 以上，效率高，可靠。另一方面，本实用新型中各功率单元的功率开关也可多重化控制。换 向时，同一相所串功率开关稍微错开，斩波时导通比相同，但相位均匀错 开，这种多重化开断，有助于减小电动机的运行噪声和整个系统所产生的 电磁干扰。本实用新型所述的高电压大功率的开关磁阻电动机装置，故障时，关 掉或断开部份功率单元，系统降额运行；电动机空载或轻载时，关掉或断 开部分功率单元，系统降压运行。
权利要求1、一种高电压大功率的开关磁阻电动机装置，其特征是包括N相高电压大功率开关磁阻电动机、功率单元和移相变压器(T1)，相应于开关磁阻电动机的每相绕组，设置Z个功率单元输出，直接串联；所述开关磁阻电动机装置包含Z×N个功率单元，Z×N个功率单元的三相电源各由移相变压器的付边绕组供给。
2、 根据权利要求1所述的高电压大功率的开关磁阻电动机装置，其 特征在于，所述功率单元为普通型功率单元或回馈型功率单元，所述普通 型功率单元主要由熔断器、三相桥式整流电路、滤波电容和单相半桥式逆 变电路以及限压放电电路构成；所述回馈型功率单元是在普通型功率单元 的三相桥式整流电路的六个整流二极管上皆并联功率开关，无需限压放电 电路。
3、 根据权利要求1所述高电压大功率的开关磁阻电动机装置，其特 征在于，所述每相绕组的Z个功率单元输出串联，第l个功率单元的负输 出端连到第2个功率单元的正输出端，依次连接，以第l个功率单元的正 输出端和第Z个功率单元的负输出端作为总的正、负输出端，总的正负输 出端连接电动机相应的绕组。
4、 根据权利要求1所述高电压大功率的开关磁阻电动机装置，其特征 在于，对于相数为奇数，各相绕组增设一公共接点M;对于相数N为偶数， 且各相绕组具有一个公共连接点M的开关磁阻电动机，Z个功率单元输出 串联后，接成具有一个公共连接点M1的驱动电动机电路，M和M1点间浮置或连上导线，驱动电路的N个输出正端轮流输出电流，N个输入负端 轮流输入电流。
5、 根据权利要求l所述的高电压大功率的开关磁阻电动机装置，其特征在于，所述移相变压器(Tl)，原边绕组采用三角形或星形接法，付边绕组的接法选自星形、三角形、带异相边三角形、带延长边三角形中的至 少一种，原付边绕组间可靠绝缘，变比按需要选择，付边三相线输出电压大小相等，相位均匀地错开2Ti/3电角度，每个付边绕组相等的漏感。
6、 根据权利要求l所述的高电压大功率的开关磁阻电动机装置，其特 征在于，所述移相变压器(Tl)的各付边绕组，驱动电动机同一相绕组的 Z个付边绕组相位均匀的错开Ti/ (3Z)电角度；驱动电动机N相绕组的N 个付边绕组相位相同。
7、 根据权利要求l所述的高电压大功率的开关磁阻电动机装置，其特 征在于，同一相的Z个功率单元间功率开关的换向时间错开，斩波相位均 匀地错开。
8、 根据权利要求1所述的高电压大功率的开关磁阻电动机装置，其特 征在于，故障时，关掉或断开部份功率单元，系统降额运行；电动机空载 或轻载时，关掉或断开部分功率单元，系统降压运行。
专利摘要本实用新型提供一种高电压大功率的开关磁阻电动机装置，包括N相高电压大功率开关磁阻电动机、功率单元和移相变压器(T1)，相应于开关磁阻电动机的每相绕组，设置Z个功率单元输出，直接串联；所述开关磁阻电动机装置包含Z×N个功率单元，Z×N个功率单元的三相电源各由移相变压器的付边绕组供给。本实用新型所述的装置连线少，运行可靠，功率提高倍数大。
文档编号H02P6/08GK201113742SQ20072017335
公开日2008年9月10日 申请日期2007年9月26日 优先权日2007年9月26日
发明者裘锦灼, 超 高 申请人:北京中纺锐力机电有限公司