[發明專利]SPIM電機驅動電路及方法

在審

• 申請號: 202110625151.6
• 申請日: 2021-06-04
• 公開（公告）號: CN113315448A
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 劉占軍;馬少才
• 申請（專利權）人: 上海儒競智控技術有限公司
• 主分類號: H02P25/04
• 分類號: H02P25/04;H02P25/16;H02P1/42;H02P27/00;H02P27/06;H02P21/34
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 徐秋平

本發明提供一種SPIM電機驅動電路及方法，包括驅動器和交流單元；所述驅動器包括整流單元、直流母線、第一逆變單元和第二逆變單元，所述整流單元與所述直流母線相連，所述直流母線分別與所述第一逆變單元和所述第二逆變單元相連，所述第一逆變單元通過第一開關與所述SPIM電機的第一繞組相連；所述第二逆變單元與SPIM電機的第二繞組相連；所述交流單元包括輸入交流電、第二開關和電容；所述輸入交流電通過第二開關和所述電容與所述第一繞組相連，且與所述整流單元的輸入端相連。本發明的SPIM電機驅動電路及方法能夠實現較小的啟動電流和較小的能量損耗，可以實現SPIM電機的變頻和工頻驅動，且在工頻運行條件下僅需提供SPIM電機所需的部分能量。

技術領域

本發明涉及單相異步電機(Single Phase Induction Motor，SPIM)，特別是涉及一種SPIM 電機驅動電路及方法。

背景技術

SPIM電機是指采用單相交流電源的異步電動機。由于只需要單相交流電，故SPIM電機具有使用方便、應用廣泛、結構簡單、成本低廉、噪聲小、對無線電系統干擾小等優點，因而常用在功率不大的家用電器和小型動力機械中，如電風扇、洗衣機、電冰箱、空調、抽油煙機、電鉆、醫療器械、小型風機及家用水泵等。

現有技術中，SPIM電機通常由定子、轉子、軸承、機殼、端蓋等構成。由于輸出功率不大，SPIM電機的轉子通常采用鼠籠型轉子，定子上有一套工作繞組，稱為主繞組(Main，簡稱為M繞組)，其在電動機的氣隙中，只能產生正、負交變的脈振磁場，不能產生旋轉磁場，故不能產生起動轉矩。為了使電動機氣隙中能產生旋轉磁場，定子上還需要有套輔助繞組(Aux，簡稱為A繞組)。由于輔助繞組產生的磁場與主繞組的磁場在電動機氣隙中合成產生旋轉磁場，故電動機產生起動轉矩，使得轉子能夠自行轉動起來。

現有技術中的SPIM電機的啟動方式如圖1所示。但該方式下，主繞組啟動電流過大，為額定電流的5-10倍，導致SPIM電機發熱嚴重，造成了能源浪費。

SPIM電機啟動后即開始進入運行狀態，此時電容可保持如圖1所示的連接方式，也可以采用如圖2所示的部分連接方式，還可以采用如圖3所示的僅主繞組連接方式。但是，上述SPIM電機運行方式下，由于SPIM電機設計本身不能保證啟動與運行同時滿足最優工作點，且電機磁鏈一般為橢圓形，故會導致轉矩和轉速波動，能耗較大；同時無法根據負載情況來調整控制所述SPIM電機處于最優工作點，也導致能耗較大。

當SPIM電機采用電力電子器件后，其可采用如圖4-6所示的多種運行方式，具有啟動電流小、磁鏈穩定控制、轉速轉矩波動小、能量損耗小、轉速穩定控制等優點。但是， SPIM電機的所有能量均來自于驅動器，導致驅動器需要承受全部的電機功率。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種SPIM電機驅動電路及方法，能夠實現較小的啟動電流和較小的能量損耗，可以實現SPIM電機變頻運行；在電網工頻運行方式下，僅需提供SPIM電機所需的部分能量，且能夠實現驅動控制和電網控制的熱切換。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種SPIM電機驅動電路，包括驅動器和交流單元；所述驅動器包括整流單元、直流母線、第一逆變單元和第二逆變單元，所述整流單元與所述直流母線相連，所述直流母線分別與所述第一逆變單元和所述第二逆變單元相連，所述第一逆變單元通過第一開關與所述SPIM電機的第一繞組相連；所述第二逆變單元與SPIM電機的第二繞組相連；所述交流單元包括輸入交流電、第二開關和電容；所述輸入交流電通過第二開關和所述電容與所述第一繞組相連，且與所述整流單元的輸入端相連。

于本發明一實施例中，所述第一逆變單元和所述第二逆變單元采用兩電平逆變器、三電平逆變器或多電平逆變器。

于本發明一實施例中，所述整流單元采用單相不控整流電路、單相PWM整流器、單相 BOOST整流電路、圖騰柱結構整流電路或倍壓整流電路。