1.一種稀土同步電動機自動有載無涌流切換裝置,其特征在于,包括:三相定子繞組以及數據采集控制系統;
在永磁電機定子的每相繞組線圈,按相同比例引出多組中間抽頭以及首端抽頭、尾端抽頭;每相繞組線圈引出抽頭的導線長度、比例均相同;
在三相定子繞組線圈中,三相定子繞組的首端抽頭或尾端抽頭連接在一起形成中性點,三相繞組線圈中,每相繞組線圈按照相同比例引出的中間抽頭組成一相對應中性點具有相同空載反電勢的功率檔,功率檔包括:第一功率檔X1、Y1、Z1,第二功率檔X2、Y2、Z2,第三功率檔X3、Y3、Z3,第N功率檔Xn、Yn、Zn;
每個功率檔設有用于切換該功率檔通斷的切換開關,每個切換開關分別與數據采集控制系統連接,切換開關用于根據數據采集控制系統發出的控制信號,使三相繞組線圈同比例遞增或同比例遞減,并對應產生多檔對應空載反電勢,形成多檔功率永磁同步電動機;
數據采集控制系統包括:處理器,電壓采集模塊,空載反電勢采集模塊,以及與切換開關數量相匹配,并對應連接的多個繼電器,存儲器;
電壓采集模塊用于實時采集稀土永磁電動機在穩定運行下電源電壓Uo;
空載反電勢采集模塊用于獲取的稀土永磁電動機各功率檔對應的空載反電勢un;
繼電器與處理器連接,處理器用于實時將獲取的稀土永磁電動機穩定運行下的電源電壓Uo與獲取的稀土永磁電動機各功率檔對應的空載反電勢un進行比較,獲取與所述電源電壓Uo的值相等的空載反電勢ui對應的該稀土永磁電動機功率檔,并通過控制繼電器輸出,控制切換開關的通斷,實現自動無電流沖擊有載切換到多功率永磁同步電動機對應檔位,確保供電電源電壓和稀土永磁電機對應空載反電勢達到最佳匹配,使稀土永磁電機運行時達到并一直保持較高的功率因數;
存儲器用于儲存數據采集控制系統的各項數據信息。
2.根據權利要求1所述的稀土同步電動機自動有載無涌流切換裝置,其特征在于,
數據采集控制系統還包括:按鍵、鍵盤和顯示器;
按鍵、鍵盤和顯示器分別與處理器電連接;
按鍵用于手動控制切換開關的通斷,實現功率檔的切換。
3.根據權利要求1所述的稀土同步電動機自動有載無涌流切換裝置,其特征在于,
數據采集控制系統還包括:電流采集模塊、電能檢測模塊;
電流采集模塊用于實時采集稀土永磁電動機在穩定運行下的電流;
電能檢測模塊分別與電流采集模塊、電壓采集模塊和處理器連接,電能檢測模塊用于分別接收電流采集模塊和電壓采集模塊采集的電流和電源電壓,并根據接收的電流和電源電壓計算出稀土同步電動機的運行功率及功率因數,并將計算的運行功率及功率因數傳輸給處理器;
處理器采用atmega16單片機,處理器設有44個I/O;
切換開關采用接觸器或磁力開關。
4.根據權利要求3所述的稀土同步電動機自動有載無涌流切換裝置,其特征在于,
電壓采集模塊包括:第三電阻R3,第四電阻R4,第五電阻R5,第六電阻R6,第七電阻R7,第七電容C7;
第四電阻R4與第五電阻R5組成串聯電路,且第四電阻R4與第五電阻R5之間接地;第四電阻R4與第五電阻R5組成的串聯電路第一端,第三電阻R3的第一端,第六電阻R6的第一端接電壓采集模塊檢測正極;第四電阻R4與第五電阻R5組成的串聯電路第二端,第七電阻R7的第一端,第三電阻R3的第二端接電壓采集模塊檢測負極;第六電阻R6的第二端,第七電容C7的第一端接電壓采集模塊輸出正極,第七電阻R7的第二端,第七電容C7的第二端接電壓采集模塊輸出負極;
電能檢測模塊包括:CS5463單相電能芯片,晶振X2,第二電阻R2,第四電容C4,第五電容C5,第六電容C6;
CS5463單相電能芯片的第九腳接電壓采集模塊輸出正極,第十腳接電壓采集模塊輸出負極;第十六腳接電流采集模塊輸出正極,第十五腳接電流采集模塊輸出負極,晶振X2兩端分別與CS5463單相電能芯片的第一腳和第二十四腳連接;CS5463單相電能芯片的第三腳接通過第二電阻R2接電源,第四電容C4與第五電容C5并列,第四電容C4與第五電容C5并列的第一端接第二電阻R2和電源,第四電容C4與第五電容C5并列的第二端接地;CS5463單相電能芯片的第十一腳和第十二腳接地;
繼電器包括:第四十二電阻R42,第四十三電阻R43,第四十四電阻R44,第四十五電阻R45,第二十七電容C27,第二十八電容C28,第二二極管D2,三極管Q,動作線圈;
動作線圈的一觸點通過第四十二電阻R42接電源;動作線圈的二觸點接有轉換開關,轉換開關在動作線圈的一觸點和三觸點之間轉換;動作線圈的二觸點分別連接處理器的ADC腳以及通過第二十七電容C27接地;動作線圈的四觸點和動作線圈的五觸點之間連接有控制切換開關的控制線圈;動作線圈的五觸點,第二二極管D2負極端,第二十八電容C28第一端接電源;動作線圈的四觸點,第二二極管D2正極端,第二十八電容C28第二端,三極管Q集電極同時連接;三極管Q發射極接地,三極管Q基極通過第四十四電阻R44接處理器的RELAY2腳,通過第四十五電阻R45接地;第二二極管D2具有反向保護作用。
5.根據權利要求1所述的稀土同步電動機自動有載無涌流切換裝置,其特征在于,
數據采集控制系統還包括:空載反電勢預采集模塊、啟動電源電壓計算模塊;
空載反電勢預采集模塊和啟動電源電壓計算模塊分別與處理器連接;
電壓采集模塊還用于采集稀土同步電動機啟動前的供電電源的電壓U;
空載反電勢預采集模塊用于預先采集并存儲稀土永磁電動機各功率檔對應的空載反電勢un,其中,n表示稀土永磁電動機第n個功率檔,k表示該稀土永磁電動機的功率檔的個數;
啟動電源電壓計算模塊用于通過UL=U-△U計算啟動電源電壓,U為步驟A2中采集的電源電壓,△U為預設的稀土永磁電動機啟動時的電源電壓降,△U取1%U至10%U中任意一電壓值;
處理器還用于將所述的UL分別與采集的稀土永磁電動機空載反電勢u1……un相減,之后對相減所得的各值分別取絕對值,得出絕對值最小的值對應的稀土永磁電動機的空載反電勢uj,控制稀土永磁電動機以該空載反電勢uj對應的功率檔啟動。
6.根據權利要求1所述的稀土同步電動機自動有載無涌流切換裝置,其特征在于,
數據采集控制系統還包括:電壓采集時間間隔設置模塊;
電壓采集時間間隔設置模塊用于根據用戶的輸入指令設置電壓采集模塊采集電壓的時間間隔;
電壓采集模塊還用于在每達到一定的時間間隔后,測量稀土永磁電動機各功率檔對應的當前的空載反電勢;
處理器還用于將預先采集并存儲稀土永磁電動機各功率檔對應的空載反電勢un與當前存儲的各功率檔空載反電勢相比較,當出現至少一個功率檔的空載反電勢un與當前測量所得的相應功率檔空載反電勢不相等時,將當前測量的功率檔空載反電勢對應刷新為該功率檔的空載反電勢。
7.一種稀土同步電動機自動有載無涌流切換方法,采用如權利要求1至6的稀土同步電動機自動有載無涌流切換裝置,其特征在于,方法包括:
步驟A1、預先采集并存儲稀土永磁電動機各功率檔對應的空載反電勢un,其中,n表示稀土永磁電動機第n個功率檔,k表示該稀土永磁電動機的功率檔的個數;
步驟A2、采集稀土永磁電動機供電電源的電源電壓U;
步驟A3、通過UL=U-△U計算啟動電源電壓,U為步驟A2中采集的電源電壓,△U為預設的稀土永磁電動機啟動時的電源電壓降,△U取1%U至10%U中任意一電壓值;
步驟A4、將所述的UL分別與上述步驟A1中采集的稀土永磁電動機空載反電勢u1……un相減,之后對相減所得的各值分別取絕對值,得出絕對值最小的值對應的稀土永磁電動機的空載反電勢uj,控制稀土永磁電動機以該空載反電勢uj對應的功率檔啟動。
8.根據權利要求7所述的稀土同步電動機自動有載無涌流切換方法,其特征在于,所述的稀土同步電動機自動有載無涌流切換方法還包括稀土永磁電動機啟動后的自動有載無涌流切換方法步驟包括:
S1:永磁獲取當前存儲的稀土電動機啟動前各功率檔對應的空載反電勢un,其中,n表示稀土永磁電動機第n個功率檔,k表示該稀土永磁電動機的功率檔的個數;
S2:實時采集稀土永磁電動機穩定運行下電源電壓Uo;
S3:實時將通過步驟S2采集的稀土永磁電動機當前穩定運行下的電源電壓Uo與通過步驟S1獲取的稀土永磁電動機各功率檔對應的空載反電勢un進行比較,獲取與所述電源電壓Uo的值相等的空載反電勢ui對應的該稀土永磁電動機功率檔,控制稀土永磁電動機以該功率檔運行。
9.根據權利要求7所述的稀土同步電動機自動有載無涌流切換方法,其特征在于,在步驟A1中,所述稀土永磁電動機各功率檔對應的空載反電勢un的預先采集方法為:
將待安裝稀土永磁電動機采用反拖法設置稀土永磁電動機各功率檔的空載反電勢,用同轉速同步電機拖動被測試多功率稀土永磁電動機在同步轉速下空載運行,采集稀土永磁電動機定子繞組各功率檔的感應電勢,該感應電勢為稀土永磁電動機各功率檔的空載反電勢;
或,
采用最小電流法設置稀土永磁電動機各功率檔的空載反電勢,將待安裝稀土永磁電動機在額定電壓,額定頻率下空載運轉達到穩定,調節電動機的外端加電壓,使其空載電流最小,此時的外加端電壓為稀土永磁電動機的空載反電勢,切換各功率檔,采集各功率檔的空載反電勢。
10.根據權利要求8所述的稀土同步電動機自動有載無涌流切換方法,其特征在于,所述稀土永磁電動機啟動后的自動有載無涌流切換方法還包括步驟:
S4、稀土永磁電動機各功率檔對應空載反電勢un的刷新步驟;
該步驟S4包括:
在每達到一定的時間間隔后,測量稀土永磁電動機各功率檔對應的當前的空載反電勢;
將預先采集并存儲稀土永磁電動機各功率檔對應的空載反電勢un與當前存儲的各功率檔空載反電勢相比較,當出現至少一個功率檔的空載反電勢un與當前測量所得的相應功率檔空載反電勢不相等時,將當前測量的功率檔空載反電勢對應刷新為該功率檔的空載反電勢。