单相感应电机的调速装置和调速方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电器技术领域，尤其涉及一种单相感应电机的调速装置和调速方法。
【背景技术】
[0002] 单相感应电机的定子包括主绕组和副绕组即启动绕组，转子为笼型。单相感应电 机运行主要包括电容启动式和电容运行式，电路连接图相似，如图1所示为电容启动式单 相感应电机的电路连接示意图。其中，对于电容启动式单相感应电机来说：单相感应电机 M'除了启动需要靠外力之外，在正常运行之后可以通过单相脉振磁场产生同向的电磁转 矩，从而驱动单相感应电机M'转动，在启动完成之后，离心开关K断开，启动绕组ST'从电 路中切除，仅有主绕组W'形成脉振磁场，产生电磁转矩，而对于电容运行式的单相感应电机 M不包括离心开关K，启动绕组RT'在运行中也不会从电路中切断，两个绕组形成旋转磁场， 产生电磁转矩，从而驱动单相感应电机M'运行。其中，单相脉振磁场可以由两个大小相等、 方向相反的旋转磁场合成，正反向脉振磁场产生的电磁转矩如图2所不，其中，T1和T2分 别为一次正反转时正反反向形成的电磁转矩的曲线，T为T1和T2的合成转矩曲线，可以看 出只有在正反转转换时电磁转矩为零。
[0003] 可以看出，电容启动式的单相感应电机内部包括启动电容C和离心开关K，结构复 杂，故障率高。另外，电容启动式的单相感应电机的调速方法主要包括：1、调压调速：调压 调速原理简单，使用方便，但是调压调速的机械特性较软，而且由于单相感应电机的最大电 磁转矩和定子外加电压的平方成正比，低压时，单相感应电机过载能力明显降低，所以调压 调速一般仅适用于轻载调速场合。2、变极调速：变极调速效率较高，转矩特性较好，但是只 能实现有极调速，无法对转子转速进行连续调节。3、变频调速：变频调速是一种通过改变 定子绕组的供电频率来调节转子转速的调速方式。由于单相感应电机转速与定子频率成正 t匕，改变定子绕组的供电频率即可实现对转子转速的调节。
【发明内容】
[0004] 本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，针对单相 感应电机的变频调速方面，本发明的一个目的在于提出一种单相感应电机的调速装置，该 调速装置结构简单，可以实现对单相感应电机的调速。
[0005] 本发明的另一个目的在于提出一种单相感应电机的调速方法。
[0006] 为达到上述目的，本发明的一方面实施例提出一种单相感应电机的调速装置，该 调速装置包括：三相逆变器，所述三相逆变器包括三个输出端，其中，所述单相感应电机的 主绕组连接所述三个输出端中的任意两个输出端之间；可控开关，所述可控开关与所述单 相感应电机的副绕组串联，所述可控开关的一端与所述三个输出端中除去连接所述主绕组 的两个输出端后剩余的输出端相连，所述可控开关的另一端与所述副绕组的一端相连，所 述副绕组的另一端与连接所述主绕组的两个输出端中的任一输出端相连；控制器，所述控 制器根据所述单相感应电机的转速分别对所述三相逆变器和所述可控开关进行控制，以调 节所述单相感应电机的转速。
[0007] 根据本发明实施例的电容启动式单相感应电机的调速装置，通过控制器根据单相 感应电机的转速对可控开关和三相逆变器进行控制，从而实现对单相感应电机的调速控 制，不需要启动电容，结构简化。
[0008] 其中，所述三相逆变器包括：U相桥臂，所述U相桥臂包括第一IGBT(Insulated GateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管）和第二IGBT，其中，所述第一IGBT的第 一端与所述控制器连接，所述第一IGBT的第二端与预设电源的第一端连接，所述第二IGBT 的第一端与所述控制器连接，所述第二IGBT的第二端与所述预设电源的第二端连接，所述 第二IGBT的第三端与所述第一IGBT的第三端连接，所述第二IGBT与所述第一IGBT的第 三端之间具有第一输出端；V相桥臂，所述V相桥臂包括第三IGBT和第四IGBT，其中，所述 第三IGBT的第一端与所述控制器连接，所述第三IGBT的第二端与所述预设电源的第一端 连接，所述第四IGBT的第一端与所述控制器连接，所述第四IGBT的第二端与所述预设电源 的第二端连接，所述第四IGBT的第三端与所述第三IGBT的第三端连接，所述第四IGBT的 第三端与所述第三IGBT的第三端之间具有第二输出端，所述可控开关的一端与所述第一 输出端连接，所述可控开关的另一端与所述单相感应电机的副绕组的一端连接，所述副绕 组的另一端与所述第二输出端连接；W相桥臂，所述W相桥臂包括第五IGBT和第六IGBT， 其中，所述第五IGBT的第一端与所述控制器连接，所述第五IGBT的第二端与所述预设电源 的第一端连接，所述第六IGBT的第一端与所述控制器连接，所述第六IGBT的第二端与所述 预设电源的第二端连接，所述第六IGBT的第三端与所述第五IGBT的第三端连接，所述第六 IGBT的第三端与所述第五IGBT的第三端之间具有第三输出端，所述单相感应电机的主绕 组的一端与所述第二输出端连接，所述主绕组的另一端与所述第三输出端连接。
[0009] 其中，所述可控开关为继电器，所述继电器包括触点和控制线圈，所述触点的一端 与所述第一输出端连接，所述触点的另一端与所述副绕组的一端连接，所述控制线圈与所 述控制器连接。
[0010] 具体地，所述控制器还用于在所述单相感应电机的转速小于预设转速时，控制所 述可控开关接通，并输出PWM(PulseWidthModulation,脉冲宽度调制）信号控制所述三相 逆变器的IGBT的通断以使所述副绕组与所述主绕组产生旋转磁场。
[0011] 进一步地，所述控制器还用于输出两相正余弦PWM信号控制所述三相逆变器的 IGBT的通断。
[0012] 控制器输出两相正余弦PWM信号进行调制，使得电容启动式单相感应电机可以以 额定转矩启动并进行平滑调速，可以提高单相感应电机的效率和灵活性，单相感应电机的 转速可以达到市电供电相同甚至更高。
[0013] 另外，所述控制器还用于在所述单相感应电机的转速大于或等于所述预设转速 时，停止输出PWM信号至调节所述副绕组的磁场的IGBT，并控制所述可控开关断开。
[0014] 并且，所述控制器还用于输出单相SPWM(SinusoidalPulseWidthModulation, 正弦脉宽调制）信号以控制所述三相逆变器的IGBT的通断以保证所述主绕组工作。
[0015] 在转速大于预设转速时，控制器输出单相SPWM信号，保证主绕组电压波形可以满 调制度输出。
[0016] 为达到上述目的，本发明的另一方面实施例提出一种电容启动式单相感应电机的 调速方法，该调速方法包括：检测所述单相感应电机的转速；根据所述单相感应电机的转 速分别对三相逆变器和可控开关进行控制，以调节所述单相感应电机的转速；其中，所述三 相逆变器包括三个输出端，所述单相感应电机的主绕组连接所述三个输出端中的任意两个 输出端之间，所述可控开关与所述单相感应电机的副绕组串联，所述可控开关的一端与所 述三个输出端中除去连接所述主绕组的两个输出端后剩余的输出端相连，所述可控开关的 另一端与所述副绕组的一端相连，所述副绕组的另一端与连接所述主绕组的两个输出端中 的任一输出端相连。
[0017] 根据本发明实施例的电容启动式单相感应电机的调速方法，根据单相感应电机的 转速对可控开关和三相逆变器进行控制，从而实现对单相感应电机的调速控制，不需要启 动电容，方法简单。
[0018] 进一步地，在本发明的一些实施例中，三相逆变器包括IGBT，所述根据所述单相感 应电机的转速分别对三相逆变器和可控开关进行控制，以调节所述单相感应电机的转速， 具体包括：在所述单相感应电机的转速小于预设转速时，控制所述可控开关接通；以及输 出PWM信号控制所述三相逆变器的IGBT的通断以使所述副绕组与所述主绕组产生旋转磁 场。
[0019] 具体地，所述输出PWM信号控制所述三相逆变器的IGBT的通断以使所述副绕组 与所述主绕组产生旋转磁场，具体包括：输出两相正余弦PWM信号控制所述三相逆变器的 IGBT的通断以使所述副绕组与所述主绕组产生旋转磁场。
[0020] 在单相感应电机的转速小于预设转速时输出两相正余弦PWM信号进行调制，使得 电容启动式单相感应电机可以以额定转矩启动并进行平滑调速，可以提高单相感应电机的 效率和灵活性，单相感应电机的转速可以达到市电供电相同甚至更高。
[0021] 另外，上述调速方法还包括：在所述单相感应电机的转速大于或等于所述预设转 速时，停止输出PWM信号至调节所述副绕组的磁场的IGBT;以及控制所述可控开关断开。
[0022] 进一步地，在本发明的一些实施例中，上述方法还包括：输出单相SPWM信号以控 制所述三相逆变器的IGBT的通断以保证所述主绕组工作。
[0023] 在转速大于预设转速时，输出单相SPWM信号，保证主绕组电压波形可以满调制度 输出。
【附图说明】
[0024] 图1是现有技术的单相感应电机的电路示意图；
[0025] 图2是现有技术的单相感应电机的运行转矩曲线的示意图；
[0026] 图3是根据本发明一个实施例的电容启动式单相感应电机的调速装置的框图；
[0027] 图4是根据本发明的另一个实施例的三相逆