新型单相电机调速器

Posted on March 6, 2024

传统立扇调速方案

传统立扇方案主要采用抽头调速方法,通过机械调速开关改变主绕组与辅助绕组接线方式。一般抽头调速的风扇电机是基于满载工况优化设计,在电机高挡位运转时,绕组磁场接近正交的圆形,噪音和效率表现相对较好,而中低挡位时主绕组和副绕组的结构被改变,绕组合成磁场偏向椭圆,电机运行失去对称性,转矩脉动分量增加。并且中低挡位工况下,运行绕组温升更高,电机偏离了原有优化的状态,其输入功率也没有成比例下降,还经常伴随着恼人的电磁噪音。从某种意义来说,抽头调速是靠绕组间“出力抵消“,消耗能量来达到调速目的。此外,因为多抽头绕组结构复杂,实际生产中电机定子绕线需要人工配合,不利于电机标准化生产。

抽头调速

交流调压控速

实际上,电扇电机因为功率较小,因此可以对只使用变压器进行调速。事实上中间抽头的做法,就是让电机绕组与抽头形成自耦变压器。然后实际上相当于降压运行。并不需要变频就可以完成简易的调速任务。

但是,抽头法有2个缺点。其一为档位固定。制作的时候做几个抽头就只有几个档位。其二为低速运行的时候效率急剧下降。

所以,如果使用交流调压器,其实也可以对电机进行调速。

但是,交流调压器使用工频变压器就决定了,成本低不了。

传统上,直流降压使用 Buck 电路。

Buck

所需元件超少,成本非常低。

但是,只能对直流电起作用。

如果有一种对交流电直接进行 Buck 变换的电路,岂不是能大大降低交流电的降压成本?然后超低成本实现单相电机的调速功能?

交流 Buck 降压电路

ACBuck

在上图电路里, 4个 MOS 管构成了一个 H 桥。但是这个 H 桥的输入端,却是 左边右边一个火线一个零线。

传统的H桥,左半桥和右半桥,输入都是接的直流母线。 但是,这个 ACBuck 的 H 桥,左右却是接的不同的输入。一个火线一个零线。 H桥的下管源级,倒是接的“地”。

这个“地”,其实是另一处,火零经过全桥整流后的负极。

在交流的正半周, Q3、Q4 构成一个 buck 降压电路。Q1 Q2 工作在反向电压,由于其体二极管的存在,不论开关管是打开还是关闭,电流都会畅通无阻的流到零线。

在交流的负半, Q1 Q2 构成了一个 buck 降压电路。Q3 Q4 工作在反向电压。由于其体二极管的存在,不论开关管是打开还是关闭,电流都会畅通无阻的流到火线。

因此,只要使用一个带死区控制的互补 PWM 信号,就可以无视交流电的正负周期,而直接对交流电进行 Buck 降压。

每个桥臂的下管,同时还充当续流管的作用。这还是一个同步 Buck 降压电路。

只需要调节 PWM 信号的占空比,就能调节输出的电压。

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