[發明專利]用于感應電動機的動態功率控制的方法和裝置

有效

• 申請號: 201580072803.0
• 申請日: 2015-11-24
• 公開（公告）號: CN107112935B
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發明（設計）人: L·F·瓦倫蒂;J·C·戴利;T·J·瓦倫蒂
• 申請（專利權）人: V斯克威爾有限公司
• 主分類號: H02P25/18
• 分類號: H02P25/18;G05F1/70
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 陳松濤;王英

公開了一種包括導電繞組、開關設備、轉子和控制器的示例性電動機。開關設備被配置為通過AC源選擇性地使處于第一狀態的導電繞組的第一部分和處于第二狀態的導電繞組的第二部分通電。導電繞組生成在第一狀態下具有第一強度和在第二狀態下具有第二強度的磁場。轉子與磁場磁性地交互，以使得扭矩被施加在轉子上。所施加的扭矩的量與磁場的強度有關。該控制器被配置為：(i)確定指示電動機的負載狀況的度量；以及(ii)基于所確定的度量，使開關設備在第一狀態與第二狀態的之間切換一次或多次。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2015年11月3日提交的美國專利申請No.14/931,368和于2015年1月9日提交的美國臨時專利申請No.621/101,753的優先權，這些申請的內容通過引用整體并入本文。

技術領域

本公開內容總體上涉及感應電動機，并且更具體地涉及調節由電動機消耗并從電動機輸出的功率以節省能量的系統和方法。

背景技術

除非本文另行指出，否則在該章節中描述的材料不是本申請中權利要求的現有技術，并且不被認為是包含在該章節中的現有技術。

感應電動機經由在軸上產生扭矩的電磁交互將電能轉換為機械能。交流(AC)電動機可以包括圍繞磁極化轉子的定子。定子可以包括其上纏繞有導電繞組的結構。定子和繞組被配置為使得當AC電流流過繞組時在定子內產生旋轉磁場。轉子可以包括一個或多個永磁體，或者可以被配置為經由與定子磁場(例如，經由轉子中的導電線圈和/或鐵磁材料)的感應交互而被磁化。當將AC源施加到繞組時，定子磁場可以使轉子相對于定子旋轉。轉子可以耦合到軸，其轉移施加到轉子的扭矩，然后可以使用機械能來對負載執行工作。可以使用電動機執行工作的速率(即，電動機的輸出功率)與磁性施加到轉子的扭矩有關。扭矩與定子繞組賦予轉子的磁場強度成比例。并且磁場的強度與通過繞組的電流和繞組中的線匝數成比例。繞組中的線匝數量是繞組幾何形狀的特征，并且電流取決于所使用的電線的電阻率、繞組的電感和AC源的電壓。

例如，在壓縮機、風扇和各種其它家用電器和電子設備中使用的典型AC感應電動機被設計為在最大預期負載狀況下運行，并且即使在被提供有低于標稱期望的AC驅動電壓時也這么做。提供AC驅動電壓的公差有助于確保在提供小于標稱期望值的線電壓時電動機的可靠運行。例如，電動機可以被設計成在被提供有約105VAC而不是120VAC的線電壓時驅動最大預期負載。

為了在AC驅動電壓中提供這樣的公差，電動機設計者首先確定提供目標輸出功率水平所需的磁場強度。然后，電動機設計人員選擇具有導電繞組的定子，其將傳導足夠量的電流以提供必要的磁場強度。如上所述，磁場強度與通過定子繞組的電流成比例，該電流本身與AC驅動電壓成比例。因此，為了考慮電壓公差，導電繞組由具有足以傳導所需量的電流(例如，足以提供必要的磁場強度的量)的電阻率的電線形成，同時用降低的AC電壓驅動，而不是標稱期望電壓。因此，典型的電動機的繞組過大，以便在標稱的AC電壓下運行，并且通常傳導比實際需要的更多的電流，這浪費了能量。例如，當供應標稱期望的AC驅動電壓時，定子繞組可以使用比所需的更低規格電線以生成期望的磁場強度。

AC電動機的效率可以通過所消耗的電功率(例如，從AC源供應到電動機的電壓和電流的乘積)與傳送到負載的實際功率的比值來表示，以執行工作。消耗功率與輸出功率的伏安的比值被稱為電動機功率因數。對于典型的電動機，功率因數根據所消耗的功率而變化，但也根據驅動負載而變化。在大多數情況下，電動機在最大負載狀況下以其最大的功率因數運行，因為消耗功率的相對較小的一部分作為渦電流或電阻加熱而被耗散。相比之下，當電動機不在最大負載下時，電動機消耗相對更多的多余能量。多余能量作為熱量(例如，由于定子結構中的渦電流或線圈中的電阻加熱)被耗散。本質上，當僅部分地加載電動機時，僅僅浪費了不用于執行工作的多余能量。