[发明专利]交流异步电动机调制调速、起动方法及装置

说明书

本发明涉及一种用于各种交流异步电动机尤其是三相异步电动机的调速、起动方法及装置。更具体地涉及一种采用脉冲宽度调制，或脉冲频率调制，或脉冲复合调制方式，对交流电源工频电压进行调制，实现交流异步电动机调速、起动的方法及装置。

众所周知，交流异步电动机特别是鼠笼电动机，以其结构简单、价格便宜、维护量小，在生产中得到广泛应用。目前一般采用变极调速、调压调速和变频调速等调速方法，但它们分别存在着：有级调速、调速范围窄、技术复杂设备昂贵等缺点。现在已出现了一种采用调制交流电源工频电压的交流电动机调制调速方法及装置，例如由中国专利90212265.7中所公开的。但这是一种仅用于单相交流电动机调速的的装置，它不适用于工业生产中广泛应用的三相交流异步电动机，因为三相交流电各相之间存在着相位差及相序，这一特点给三相交流异步电动机的调制调速带来困难，会使三相交流异步电动机产生缺相运转及瞬间制动现象，而无法正常运转和调速。本发明目的在于克服上述技术缺陷，提出一种适用于三相交流异步电动机对其交流电源工频电压进行调制的交流电动机调速方法及装置，并能实现无瞬间缺相及换流缺相的正常运行。本方法和装置同时适用于交流电动机的起动。

本发明提出的调速（包括起动）方法及装置，调速范围很宽，调速平滑，调速性能好;而且调速系统简单，无须改变电动机的内部结构及联结方式，安装、使用方便。本发明适用于各种交流异步电动机，特别是鼠笼电动机的调速及起动，具有较高的性能价格比和实用价值。

本发明的交流电动机调制调速、起动方法是这样的：在交流电动机与交流工频电源之间串接调制器，调制器以分别串接于每相线中的反并联可控硅或双向可控硅（SCR）作为对交流电源工频电压进行调制（斩波）的功率元件。在调制器中三相交流电至少要有两相串接反并联可控硅或双向可控硅，也可以将可控硅与整流二极管反并联串接在每相中。调速信号即速度给定信号控制产生一个或一组用于调制的脉宽或（和）频率可调的调制脉冲，调制脉冲通过可控硅驱动器产生的触发脉冲用于同时触发并控制调制器各相线的可控硅导通与截止。即调制脉冲为高电平时可控硅被触发导通，使交流电源工频电压加到电动机上，当调制脉冲为低电平时可控硅得不到触发而截止，交流电源工频电压加不到电动机上。从而调制（斩波）交流电源施加到电动机上的工频电压，使交流电动机处于一种有电、停电交替的间歇电动工作状态。其间歇频率取决于调制脉冲的频率，每一间歇周期内的供电时间取决于调制脉冲的脉宽。调制器导通供电时间对间歇周期的比率称为导通率。

处于间歇电动工作状态的电动机，在可控硅截止定子电压为零的瞬间，定子电流、电磁转矩都为零，电动机处于自由停车状态;在可控硅导通定子电压为电源电压的瞬间，定子电流除包含励磁电流、负载电流外，还包含动态加速电流，电动机电磁转矩除克服负载转矩外，还存在加速转矩，用以补偿自由停车瞬间的速降。由于电动机和传动机械存在惯性，这时电动机平衡在某一转速稳定运行。速度给定信号越大，则调制脉冲的脉宽越宽或频率越高，可控硅导通率也越大，通过可控硅施加到电动机上的平均电压及电动机输出的平均功率越大，电动机转速也就越高;反之，速度给定信号越小，可控硅导通率也越小，则电动机转速就越低。当速度给定信号为最大值时，调制脉冲变为全导通的电压信号，使可控硅保持全导通，电动机定子一直保持施加工频电源电压，电动机为额定转速。

本发明调速方法用于交流电动机起动，由于只降低平均电压和平均电流，而不降低瞬时电压和瞬时转矩，从而满足了电动机的起动要求。在起动时，只要使速度给定信号由零开始以某一积分斜率缓慢增大，调制器导通率也缓慢增大，即可使电动机的转速从零按一定的斜率缓慢增大，实现了电动机的起动。速度给定信号变化斜率越大，起动时的平均电流也越大，起动越快;反之，速度给定信号变化斜率越小，起动时的平均电流也越小，起动则越慢。