直流单元式电动机的起动及其方法
【专利摘要】本发明公开了直流单元式电动机的起动技术。直流单元式电动机在起动时存在着“死角”，在这个“死角”中就是施加很大的电流也不能使电动机起动，存在着烧毁电机的危险，所以必须采取措施避开“死角”，电动机才能顺利起动。同时，直流单元式电动机在运转时定子绕组必须提前换向，但在起动时定子绕组提前换向会导致起动力矩的减小甚至反转，所以在电子控制线路中必须增加切换装置以保证在起动时撒除定子绕组的提前换向功能，而在运行中又恢复该功能。
【专利说明】直流单元式电动机的起动及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及直流单元式电动机的起动技术【背景技术】
[0002]目前应用最为广泛的交流异步电动机起动时会产生4-8倍于额定电流的起动电流，给电网带来冲击，所以功率较大的交流异步电动机都不允许直接起动，必须配备专门的起动设备。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是:①如何使电动机在起动时避开“死角”。②提供方法，使电动机在起动时撒除换向的时间提前量。只有解决这两个问题，电动机才能顺利起动。
[0004]直流单元式电动机起动时，有两处“死角”，一处“死角”是转子前沿与绕组间隙中心线相重合时(此时转子的后沿与单元间隙中心线相重合)，还有一处是转子前沿与单元间隙中心线相重合(此时转子的后沿与绕组间隙中心线相重合)。当电动机的转子不处于上述的二个特殊位置时，它的绕组电流产生的磁力线是以绕组为中心的环形磁力线，它从绕组一侧的气隙穿入，又从另一侧的气隙穿出，气隙的导磁面积就是定、转子之间的导磁面积，这个面积随着转子位置的改变而变化。当转子位置位于“死角”时，总有一侧定、转子之间的导磁面积为零，此时磁路的磁阻非常大，绕组电流基本不能产生磁力线。转子上只有磁极产生的磁力线，基本没有绕组电流产生的磁力线，所以更没有磁力线的合成而产生起动力矩。
[0005]为了避免“死角”引起的起动失败，所以应该在起动时避开“死角”，这可以使用起动器来实现。起动器是由片状的永磁磁铁和凹字形的铁心组成，片状的永磁磁铁固定在转子上，凹字形铁心固定在定子上，当电动机运转结束时，凹字形铁心会把片状的永磁磁铁吸进其内部，带动转子避开“死角”这样，转子在起动时，就避开了“死角”。当然，也可以用电磁铁代替永磁磁铁产生磁力线，同时用PTC启动器去控制电磁铁的绕组。
[0006]避开“死角”的另一个方法是:把转子分成两组，使两组之间的转子前沿相差一个角度。这样，起动时即使有一组的转子处于“死角”的位置，另一组转子的位置肯定在“死角”以外，这组转子在起动时会产生起动力矩，只要这个力矩使转子移动一点距离，另一组转子就会被带出“死角”而同时产生起动力矩，电动机即可起动。
[0007]由于直流单元式电动机的定子绕组实际上是一个带铁心的线圈，在运转时通过它的是经过换向的交流电流，所以它在运转时是一个典型的感性负载。但是在起动过程中，由于转子的转速很低，通过绕组交流电流的频率也很低，所以这时它又变成典型的阻性负载。在运转中，由于绕组的电感存在，通过绕组的电流总是滞后于绕组电压，所以需要提前换向。而在起动时，由于绕组基本不存在电感，通过绕组的电流与绕组电压是同相位的，所以不需要提前换向。如果在起动时发生提前换向，提前换向的电流就会产生与起动力矩相反的力矩，使起动变得困难，甚至失败。所以在起动时必须把运转时提前换向的功能撒除，等到起动结束时，再恢复提前换向的功能。为了实现上述的技术目的，必须在转子位置传感器中设置两个光耦，一个输出的是有时间提前量的换向信号，另一个输出的是无时间提前量的换向信号，把这两个信号同时输入电子控制线路，由设置在电子控制线路中的切换装置在起动时选择无时间提前量的换向信号，同时使有时间提前量的换向信号截止；反之，在运转时选择有时间提前量的信号，同时使无时间的提前量的信号截止。这样，定子两端的电压就分别受这两个光耦信号的控制，运转时绕组电压提前换向，而起动时绕组电压取消提前换向。
[0008]直流单元式电动机的起动采用降压起动，即先在低于额定电压的电压下起动，把电流限制在一定范围内，然后逐渐升压，直至电动机达到额定的转速，这种起动方式比交流异步电动机的起动平稳得多，不会产生很大的起动电流，对电网造成冲击。同时，起动时的降压装置可以利用电动机本身的调速的降压装置，无须专门设置。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1-1是电动机处于“死角”时，定、转子的相对位置图，显示为转子前沿与单元间隙中心线相重合。
[0010]图1-2是电动机处于“死角”时，定、转子相对位置图，显示为转子前沿与定子绕组间隙中心线相重合。
[0011]图2是起动器的示意图，显示为当电动机处于“死角”位置时，起动器的片状磁铁与凹字形铁心的相对位置。
[0012]图3是当转子位置分组控制时，定、转子相对位置图，显示为当电动机处于“死角”时，一组转子进入“死角”的位置，而另一组转子肯定在“死角”位置以外。
[0013]图4是在电子控制线路中增加的切换装置的电原理图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作详细说明。
[0015]如图1-1所示，当转子2的前沿与单元间隙中心线4相重合时，电动机处于“死角”的位置；如图1-2所示，当转子2的前沿与定子绕组间隙中心线5相重合时，电动机也处于“死角”的位置。
[0016]当电动机的转子2尚未处于上述的两个“死角”位置时，绕组3中电流产生的磁力线是以绕组为中心的环形磁力线，它从绕组一侧的气隙穿入，又从绕组另一侧的气隙穿出。气隙的导磁面积就是定子I与转子之间面积。从图1-1、图1-2中可以看出，当电动机处于“死角”位置时，总有一侧定、转子之间的导磁面积为零，此时绕组电流的磁路由于磁阻非常大而基本不能产生磁力线。这样，转子上只有磁极产生的磁力线而无绕组电流产生的磁力线，更无磁力线的合成而产生起动力矩。所以，当电动机处于“死角”位置时，不论在绕组中施加何等大的电流都不能使它起动。
[0017]如图2所示，起动器由凹字形铁心I与片状磁铁2构成，凹字形铁心固定在定子上，片状磁铁固定在转子上。电动机处于“死角”位置时，凹字形铁心与片状磁铁的相对位置如图所示。处在这个位置，片状磁铁是不稳定的，因为磁力线会把它吸入凹字形铁心，使它不能在这个位置停留。这样，电动机在运转结束时，其转子就不可能停留在“死角”的位置，起动时就避开了“死角”。
[0018]图3是当转子位置分组控制时，定、转子的相对位置图，把转子分成两组，使每组转子的前沿相差一个角度，这样就是一组转子落在“死角”的位置中，另一组转子肯定在“死角”的位置以外，起动时总有一组转子会产生起动力矩，把另一组转子带出“死角”的位置，这是避开“死角”起动的另一种方法。为了实现这个目的，必须对电动机作某些改动。从图3中可以看到，定子I没有改动，它的绕组5的位置、绕组间隙中心线6，单元间隙中心线7都与原来一样，改动的是转子，中转子3改成了两层转子结构:上层转子的前沿与上转子2前沿重合，並未处于“死角”的位置，而下层转子的前沿与下转子4前沿相重合，处于“死角”的位置。起动时，中转子的上层转子与上转子产生起动力矩带动另一组转子脱离“死角”，只要转子移动一点距离，两组转子就会共同产生力矩，使电动机起动。
[0019]图4是电子控制线路中，增加的切换装置电路图。如图所示在线路中设置了两个信号输入端，一个输入起动光耦信号，另一个输入运行光耦信号。起动光耦信号没有换向的时间提前量，而运行光耦有换向的时间提前量。光耦有无换向时间提前量由它在转子位置传感器中与遮光板的相对位置决定。切换信号由Rl、R2、C组成的线路产生並在A点上输出。起动时，5V电源同时开启，电容C被充电，该线路中有电流通过，电阻Rl、R2上产生压降，于是A点处于低电平，经过时间t起动结束电动机进入运转状态时，电容C的充电过程也结束，此时该电路无电流通过、电阻Rl、R2上无压降产生，A点处于高电平。时间t由电容器C的容量和电阻R1、R2的阻值决定。起动时，A点处于低电平，与非门UBA的下面脚本也为低电平，于是它被封锁，並输出持续的高电平，使得与非门UBC的上面脚为高电平，于是UBC被打开。与此同时，切换信号经过反向器USA变为高电平，使与非门UBB的上面脚变为高电平，于是UBB被打开,输出起动的光f禹信号，由于此时与非门UBC已被打开,于是它的输出端与反向器USB的输出端就得以输出起动光耦信号去控制逆变器，而运行光耦信号被封锁。经过时间t，起动结束，运行开始时，A点变为高电平，于是与非门UBA被打开，而与非门UBB被封锁,与非门UBC被打开,输出端输出运行光f禹信号,而起动光f禹信号被封锁。这样实现了起动时撒除提前换向的功能，而运行时又恢复该功能的目的。
【权利要求】
1.一种应用于直流单元式电动机起动的技术，其特征在于利用起动器去避免电动机的转子落入“死角”位置。起动器由固定于转子的片状磁铁和固定于定子的凹字形铁心组成。
2.如权利要求1所述的直流单元式电动机的起动技术，其特征在于，把转子分成两组，使每组转子的前沿相差一个角度，以保证在起动时，总有一组转子不会落入“死角”位置。
3.如权利要1、2所述的直流单元式电动机的起动技术，其特征在于，电子控制线路增加了切换装置，在起动时撒除提前换向的功能，而运行时又恢复该功能。
【文档编号】H02P6/20GK103684144SQ201310652382
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月4日 优先权日:2013年12月4日
【发明者】咸凯民 申请人:咸凯民