[发明专利]同步电机的控制

说明书

技术领域

本发明一般涉及交流电驱动的同步电动机。

更具体地，本发明涉及控制交流电(AC)驱动的同步电动机。

背景技术

同步电动机可被定义为具有精确地成比例于AC电源频率的运转速度 的电动机，或被定义为由与电动机反电动势(EMF)同步的电流的波形驱 动的电动机。所述的后一定义包括至少一些AC供电的无刷DC电动机， 这些电动机出于效率的原因而由电子控制或其他控制锁定到AC电源。

AC驱动的同步电动机是对要求恒定速度驱动的机器供以动力的有效 且公知的方法，这是因为电动机被锁定到依赖于驱动频率的旋转速率。因 为除非电动机速度接近于同步速度，换句话说，除非同步速度很低，否则 没有单向起动转矩，所以起动这样的电动机是困难的。

一般地，这表明使用变频电源以允许以低速度起动电动机，电动机结 合另一类型的电动机以提供起动转矩(例如使用至少部分相同的绕组的感 应电动机)，或使用某种机械设备以提供初始运动并随后允许只单个方向 上的运动。后者的实例包括各种离合器以及冲击起动器(impulsestarter)， 尽管许多情况下共有的特征是难于为在任一旋转方向上将同样好地锁定 的同步电动机确定起动方向。

美国专利5859513及4716325中展示了一些解决方案，专利5859513 使用分离的起动绕组，而专利4716325使用机械反向保护。美国专利 3529221展示了具有被转换(switched)以起动电动机的绕组的罩极电动机， 提供对起动方向和转矩的有限控制。这些电动机的性能只在不严格的应用 的很窄的范围令人满意，且其构造复杂。

提供锁定到电源频率的电动机的其他方法包括使用无刷DC电动机， 所述的无刷DC电动机一般是多相逆变器驱动的机器(multi-phaseinverter drivenmachine)，其具有检测机器转子的旋转的霍尔效应传感器和使电动 机提速并将旋转锁定到电网供电的控制器。这样的电动机的驱动及控制是 昂贵的。

因此，需要用于这种问题的一种解决方案，即提供一种同步电动机， 该同步电动机起动时没有不适当的机械上或电气上的复杂性，且达到并保 持与AC电源同步的旋转速度。

本发明提供了用于此问题以及其他问题的解决方案，所述的解决方案 提供了优于现有技术的优点或将至少为公众提供有用的选择。

所有参考资料，包括在本说明书中引用的任何专利或专利申请在此通 过引用而被并入。没有承认任何参考资料等同于现有技术。对参考资料的 讨论说明这些参考资料的作者声明的内容，以及申请人保留对引用的文献 的准确性以及相关性提出质疑的权利。应清楚地理解，尽管在此参考了许 多现有技术出版物，但在新西兰或在任何其他国家中，此参考资料并不等 同于承认这些文献中的任何文献构成本领域中一般常识的部分。

公认的是，术语“包括(comprise)”，在变化的权限下，可归结为排 他的或包含的含义。对于本说明书的目的，除非另有说明，否则术语“包括” 具有包含的含义－即，该词应理解为指不只包含其直接提到的所列出的组 件，也包含其他未指定的组件或元件。在涉及方法或过程中的一个或更多 的步骤而使用术语“包括(comprised)”或“包括(comprising)”时，该基本 原理也将被使用。

在此使用的术语“电动机相位”指施加到电动机的AC电压与由电动机 产生的反电动势(EME)之间的相角。对于电动机的任一结构，此值通常 接近地等于转子位置和所施加的AC电压之间的相位关系。

发明内容

在一个示例中，本发明在于一种起动并控制交流电驱动的电动机的方 法，所述电动机包含具有磁极的转子以及定子，所述定子对每一磁极都具 有至少一个激励线圈，所述方法包括：

通过至少一个激励线圈，以与交流电电源同步的转换方式，向所述电 动机瞬变地提供交流电，以在旋转方向上起动所述电动机；

检测何时所述旋转方向错误，除去所述交流电电源并允许所述电动机 停止；

否则，通过下述步骤控制电源电流到所述线圈的连接：

检测所述激励线圈中的至少一个激励线圈在被激励时，何时可将加速 的转矩提供给所述转子；

在所述线圈将提供旋转加速度的周期的至少一部分期间，将电源电流 连接到所述线圈；

加速所述转子接近同步的旋转速度。