[發明專利]一種變速風機系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201210179372.6
• 申請日: 2012-05-31
• 公開（公告）號: CN103452883A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 張政;王繼忠;潘明攀;趙勇;周一橋;畢榮華
• 申請（專利權）人: 中山大洋電機股份有限公司
• 主分類號: F04D27/00
• 分類號: F04D27/00;F04D25/08
• 代理公司: 中山市漢通知識產權代理事務所(普通合伙) 44255
• 代理人: 古冠開

技術領域：

本發明涉及一種變速風機系統及其控制方法。

背景技術：

變速風機廣泛地用于美國市場上的HAVC（暖通空調），風機葉輪通過變速永磁電機來轉動，而永磁電機是由電子控制系統（即電機控制器）來驅動的。圖1是目前的變速風機系統的方框圖，包括暖通空調產品控制器、電機控制器、永磁電機和風機。輸入指令由暖通空調產品控制器給出，此控制通常是高級別產品控制板，處理整個產品的運行，輸入指令包括電機運轉模式，例如恒定的力矩模式、或恒速模式，或恒風量控制模式。

電機控制器有一個微處理器，接收輸入指令，如何運行電機，或是以力矩控制模式或是以速度控制模式，其至是其他先進的流量控制方式。電機控制器還包括硬件變頻器和其他的傳感電路。變頻器生成基于對策的PWM（脈寬調制）波形，給定子的三相繞組加電。微處理器還通過傳感電路測量電機工作電流和電壓并接收反饋信息，從而發出準確的控制指令控制電機運行。

目前的變速風機都采用磁瓦表貼式轉子，圖2是典型的風機負載應用的力矩對速度的特性曲線，當風機轉速增大時，所需要的力矩始終增加。因此，在最高轉速時，就達到最大負載力矩，圖2中在最大轉速S1處工作點W1具有最大力矩T1。對于一個表面安裝永磁體的電機來講，工作點W1是電機處于變頻器飽和的臨界點，在W1點最高轉速處傳送最大力矩，在此處供給滿電壓。

一般的電機廠在設計電機時，設計人員根據要求的額定力矩和轉速來設計電機，正如圖2的曲線的狀態，很少考慮通過優化控制策略擴展電機的最高轉速和最大力矩，而且多數都帶有位置傳感器，導致耗費材料多，產品成本偏高，能耗也高。

美國專利US6885970公開了一種永磁同步電機的凸極轉子位置估算器和方法，采用無傳感器的矢量控制方式，但沒有披露利用凸極轉子的凸極性和高磁密結合控制策略來達到提高力矩密度降低產品成本的描述。

美國專利?US7245104(B2)公開了無位置傳感器的電機控制器，采用無傳感器的矢量控制方式，主要針對電流矢量來進行控制，但沒有披露利用凸極轉子的凸極性和高磁密結合控制策略來達到提高力矩密度降低產品成本的描述。

美國專利?US6137258公開了無位置傳感器的感應電機矢量控制器，采用無傳感器的矢量控制方式，主要針對感應電機進行控制，但沒有披露利用永磁凸極轉子控制降低產品成本的描述。

美國專利?US7525269公開了無位置傳感器的3相同步電機電機矢量控制器，只公開了電流力矩控制模式?，沒有披露?利用凸極轉子的凸極性和高磁密結合控制策略來達到提高力矩密度降低產品成本的描述，也沒有披露力矩電流控制模塊和直接定子磁通矢量控制模塊根據電機運行狀況進行切換，來提高效率，降低成本。

美國專利?US7898197公開了無位置傳感器的同步電機電機矢量控制器，沒有披露?利用凸極轉子的凸極性和高磁密結合控制策略來達到提高力矩密度降低產品成本的描述，也沒有披露力矩電流控制模塊和直接定子磁通矢量控制模塊根據電機運行狀況進行切換，來提高效率，降低成本。

美國專利?US7816876公開了無位置傳感器的同步電機電機矢量控制器，沒有披露?利用凸極轉子的凸極性和高磁密結合控制策略來達到提高力矩密度降低產品成本的描述，也沒有披露力矩電流控制模塊和直接定子磁通矢量控制模塊根據電機運行狀況進行切換，來提高效率，降低成本。

美國專利?US7511448公開了無位置傳感器的同步電機電機矢量控制器，解決實時檢測參數問題，沒有披露利用凸極轉子的凸極性和高磁密結合控制策略來達到提高力矩密度降低產品成本的描述，也沒有披露力矩電流控制模塊和直接定子磁通矢量控制模塊根據電機運行狀況進行切換，來提高效率，降低成本。

發明內容：

本發明的一個目的是提供一種變速風機系統，在同樣的額定轉速和力矩下，減少電機的耗材小，成本低，控制優化且能耗小。

本發明的目的是通過以下的技術方案予以實現的。

一種變速風機系統，包括永磁電機和由永磁電機驅動的風機，所述的永磁電機包括定子組件、轉子組件和電機控制器，其特征在于：轉子組件是在轉子鐵芯內嵌入磁鋼的凸極內轉子，電機控制器采用無位置傳感器的矢量控制方式，電機控制器包括微處理器、變頻器和檢測單元，檢測單元將相電流、?相電壓及DC總線電壓?輸入到微處理器，微處理器輸出信號控制變頻器，變頻器與定子組件的繞組連接，電機的氣隙與磁鋼厚度的比值范圍為?0.03-0.065，極弧長度與磁鋼長度的比值范圍為?0.8-1.0。