[发明专利]SPIM电机驱动电路及方法

说明书

本发明提供一种SPIM电机驱动电路及方法，包括驱动器和交流单元；所述驱动器包括整流单元、直流母线、第一逆变单元和第二逆变单元，所述整流单元与所述直流母线相连，所述直流母线分别与所述第一逆变单元和所述第二逆变单元相连，所述第一逆变单元通过第一开关与所述SPIM电机的第一绕组相连；所述第二逆变单元与SPIM电机的第二绕组相连；所述交流单元包括输入交流电、第二开关和电容；所述输入交流电通过第二开关和所述电容与所述第一绕组相连，且与所述整流单元的输入端相连。本发明的SPIM电机驱动电路及方法能够实现较小的启动电流和较小的能量损耗，可以实现SPIM电机的变频和工频驱动，且在工频运行条件下仅需提供SPIM电机所需的部分能量。

技术领域

本发明涉及单相异步电机(Single Phase Induction Motor，SPIM)，特别是涉及一种SPIM 电机驱动电路及方法。

背景技术

SPIM电机是指采用单相交流电源的异步电动机。由于只需要单相交流电，故SPIM电机具有使用方便、应用广泛、结构简单、成本低廉、噪声小、对无线电系统干扰小等优点，因而常用在功率不大的家用电器和小型动力机械中，如电风扇、洗衣机、电冰箱、空调、抽油烟机、电钻、医疗器械、小型风机及家用水泵等。

现有技术中，SPIM电机通常由定子、转子、轴承、机壳、端盖等构成。由于输出功率不大，SPIM电机的转子通常采用鼠笼型转子，定子上有一套工作绕组，称为主绕组(Main，简称为M绕组)，其在电动机的气隙中，只能产生正、负交变的脉振磁场，不能产生旋转磁场，故不能产生起动转矩。为了使电动机气隙中能产生旋转磁场，定子上还需要有套辅助绕组(Aux，简称为A绕组)。由于辅助绕组产生的磁场与主绕组的磁场在电动机气隙中合成产生旋转磁场，故电动机产生起动转矩，使得转子能够自行转动起来。

现有技术中的SPIM电机的启动方式如图1所示。但该方式下，主绕组启动电流过大，为额定电流的5-10倍，导致SPIM电机发热严重，造成了能源浪费。

SPIM电机启动后即开始进入运行状态，此时电容可保持如图1所示的连接方式，也可以采用如图2所示的部分连接方式，还可以采用如图3所示的仅主绕组连接方式。但是，上述SPIM电机运行方式下，由于SPIM电机设计本身不能保证启动与运行同时满足最优工作点，且电机磁链一般为椭圆形，故会导致转矩和转速波动，能耗较大；同时无法根据负载情况来调整控制所述SPIM电机处于最优工作点，也导致能耗较大。

当SPIM电机采用电力电子器件后，其可采用如图4-6所示的多种运行方式，具有启动电流小、磁链稳定控制、转速转矩波动小、能量损耗小、转速稳定控制等优点。但是， SPIM电机的所有能量均来自于驱动器，导致驱动器需要承受全部的电机功率。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种SPIM电机驱动电路及方法，能够实现较小的启动电流和较小的能量损耗，可以实现SPIM电机变频运行；在电网工频运行方式下，仅需提供SPIM电机所需的部分能量，且能够实现驱动控制和电网控制的热切换。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种SPIM电机驱动电路，包括驱动器和交流单元；所述驱动器包括整流单元、直流母线、第一逆变单元和第二逆变单元，所述整流单元与所述直流母线相连，所述直流母线分别与所述第一逆变单元和所述第二逆变单元相连，所述第一逆变单元通过第一开关与所述SPIM电机的第一绕组相连；所述第二逆变单元与SPIM电机的第二绕组相连；所述交流单元包括输入交流电、第二开关和电容；所述输入交流电通过第二开关和所述电容与所述第一绕组相连，且与所述整流单元的输入端相连。

于本发明一实施例中，所述第一逆变单元和所述第二逆变单元采用两电平逆变器、三电平逆变器或多电平逆变器。

于本发明一实施例中，所述整流单元采用单相不控整流电路、单相PWM整流器、单相 BOOST整流电路、图腾柱结构整流电路或倍压整流电路。