[发明专利]交流永磁同步电动机绕组调速装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种电动机调速装置，特别是一种利用控制单元驱动继电器单元控制接触器单元改变定子绕组连接方式，以实现低速大转矩宽调速的交流永磁同步电动机绕组调速装置，其调速范围为0.1rpm—6000rpm，在低速时额定转矩不小于300Nm。属于永磁同步电动机技术领域。

背景技术

现有机床主轴、轧机、造纸机，塑料薄膜生产线中的卷取机、开卷机等机械负载的特性为恒功率特性，此类机械负载要求驱动系统不但在低速时能够提供平稳大转矩，而且能满足高速运行要求，其所需调速范围很宽。永磁同步电动机与异步电动机相比，具有体积小、效率高、功率密度大和绿色节能等优点，因此，永磁同步电动机已取代部分异步电动机广泛应用于各个领域。但永磁同步电动机与异步电动机相比存在磁场不易调节，调速范围较窄的缺点。主要原因为：对永磁同步电动机磁场的调节，一般需通过调节定子电流，即用增加定子直轴去磁电流分量来维持高速运行，达到弱磁升速的目的。而永磁同步电动机的磁场主要由永磁体产生，其气隙长度一般大于同规格感应电动机的气隙长度，这导致永磁同步电动机直轴电感小，弱磁能力不足，电动机弱磁调速范围有限。目前，永磁同步电动机的调速仅利用固定的一段进行无级调速，为了满足负载宽调速的要求，主要采用两种方法：（1）永磁同步电动机通过减速机构拖动负载，以满足调速要求，而减速机构的使用，带来驱动系统体积大、效率低、噪声大、环境污染严重、定期维护工作量大等一系列问题。（2）调速永磁同步电动机的设计，是以负载所需低速时的大转矩和高速转速分别作为永磁同步电动机的额定转矩和额定转速设计，调速永磁同步电动机实际运行状态为恒转矩运行，而永磁同步电动机高速运行时所需实际转矩远远小于低速时的额定转矩，这就造成电机在高速时转矩的浪费，使得永磁同步电动机体积大，所用材料多，同时造成了控制系统容量变大。

据相关文献报导，如专利公告号为CN2273470的 “可实现弱磁控制的盘式永磁电机”，公开了一种利用对直流绕组通以直流电流在环形定子铁芯中产生的磁通，达到削弱电机主磁通的目的。电动机在弱磁状态下运行时，如果直流电流过大，将造成永磁体退磁，如果直流电流较小，则弱磁能力有限，存在永磁电机调速范围不宽的缺点。因在盘式永磁电机环形定子铁芯上不仅绕有三相绕组还绕有直流绕组，这增加了永磁电机的铜耗，且增加了定子下线的复杂程度，同时造成了定子绕组铜线的增加，浪费了材料。专利公开号为CN101051784的 “一种宽调速范围永磁磁阻式同步电机及其调速方法”， 它通过控制弱磁控制绕组中电流提高电机的控制速度范围，功率绕组和弱磁控制绕组分上下两层设置在定子铁心的槽里，依然存在调速范围不宽，铜耗大，下线工艺复杂，浪费铜线的缺点。专利公告号为CN2822007的“适于多速调节的无刷永磁直流电机定子绕组”，其目的主要是实现电动车的换挡调速，无法实现无级调速；其调速范围窄，调速比仅为1:1.2-1.6；且因其有星形和三角形两组绕组，使得下线工艺复杂，同时三角形绕组连接使得永磁电机绕组内产生环流，造成附加损耗。专利公开号为CN101207362的 “永磁电机磁路结构与矢量控制相结合的可控弱磁技术”，专利公开号为 CN101626216的 “一种基于永磁同步电机的弱磁控制系统及其控制方法”，这两个专利均公开了靠施加直轴电流来改变气隙磁场的方法，因其使得电机电流变大，电枢损耗变大，且此种方法对磁场的调节有限，弱磁调速范围窄，故没有从根本上解决永磁同步电机的宽调速问题。专利公开号为CN101783536A的“内置式永磁同步电动机自动弱磁方法”，公布了在交轴方向的磁通隔离层中设置磁通短路块，借助弹簧的自动调节作用，改变极间漏磁路径，实现自动弱磁扩速的目的。但利用弹簧调节磁通短路块的方式是不可靠的，一旦弹簧出问题，磁通短路块将失效，起不到弱磁效果的。利用加大极间漏磁的方式来扩速是不合理的，这造成了永磁体的浪费。并且此种弱磁方式只能在较小范围内弱磁调速，没有从根本上解决永磁同步电动机调速困难的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种交流永磁同步电动机绕组调速装置，从根本上解决了现有恒功率负载用永磁同步电动机存在的调速范围窄的问题，改变了传统使用固定段进行无级调速方式的缺陷，其设计合理，结构简单，不仅在低速时能够输出大转矩，而且可以满足高转速运行要求，使永磁同步电动机具有调速范围宽、效率高、体积小，功率密度高，节能，省材料等优点，同时可大大降低控制系统的容量，减少整个系统的体积和成本。