[發明專利]一種多相永磁純方波電機控制系統

在審

• 申請號: 201710251459.2
• 申請日: 2017-04-18
• 公開（公告）號: CN106936361A
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發明（設計）人: 樸俊民;邊春元;鮑志民;牛磊
• 申請（專利權）人: 沈陽永磁電機制造有限公司
• 主分類號: H02P25/22
• 分類號: H02P25/22;H02K1/27
• 代理公司: 沈陽技聯專利代理有限公司21205
• 代理人: 張志剛

技術領域

本發明涉及一種永磁電機控制系統，特別是涉及一種多相永磁純方波電機控制系統。

背景技術

三相永磁方波電機的理想工作條件是：相反電勢平頂寬度不小于120⁰E(電角度)，相電流是60⁰E方波。繞組相帶是60⁰E，由于永磁體極弧寬度不可能達到180⁰E,再加上樞間漏磁，——磁密的平頂部分，在空間的寬度充其量是157⁰E，對于每極每項槽數q=1的定子來說，為了克服齒槽轉矩，定子鐵芯或轉子磁極需沿軸向扭斜一個磁矩，對于數十千瓦以上的電機，每極每項槽數q=2，雖然仍只需沿軸向扭斜一個磁矩，但由于繞組的分布效應，與q=1，扭斜1個磁矩的效果相同，即相反電勢平頂部分寬度僅有上述的157⁰E-60⁰E=97⁰E。充其量108⁰E見圖3；由于相反電勢平頂寬度（97⁰E）距理想的120⁰相差甚大，因而電機在工作當中將產生較大的轉矩脈動，并產生噪聲；因為電磁轉矩（T_e）與兩相相電流（I_Φ），相反電勢E_Φ和電機角速度(Ω)有如下關系：

；

因此在同一角速度，同樣相電流情況下，由于E_Φ只有97⁰E范圍內是理論值，其余23⁰E的反電勢小于E_Φ，這樣就會形成I_Φ不變，繞組銅耗不變，而轉矩（功率）降低，電機的效率也降低。

在控制方法上，目前無刷直流電動機所采用的控制策略，多是通過改變加在電機兩相間的輸入電壓來改變電機轉速的，而改變等效輸入電壓則是要改變占空比。使相電流平均值跟蹤指令電流，達到改變或維持電磁轉矩的目的。但由于大功率的方波電機，其定子繞組的電感一般都比較小，導致電機運行時電流的變化率較大，這就對相電流的控制帶來了一定的難度，從而對控制器的要求比較高。同時，電機定子中電感和換相得存在，使得電流不能達到理想的矩形波。見圖4；三相方波電機是工作在兩相通電60°電角度換向一次的的狀態，每次換相都會產生換相轉矩脈動，這種脈動也會產生噪聲。三相方波電機每經過360°電角度會產生六次轉矩脈動。同樣功率的電機，改成六相后，脈動次數增加到12次，但脈沖的幅值卻減了一半，這對系統運行的平穩性和噪聲減小卻大有好處。方波電機工作在六相狀態時電機的轉矩大，輸出功率隨轉速的升高而升高，到達額定轉速時在隨轉速的升高電機逐漸工作在三相狀態，此時電機轉速較高。為了適應這種方波電機的工作狀態，本發明提出如下多相永磁純方波電機與控制系統的發明。

發明內容

本發明的目的在于提供一種多相永磁純方波電機控制系統，該發明能使電機相反電勢平頂寬度超過120°以上；相電流波形達到理論純方波；同時讓多相純方波電機工作在多相運行狀態也能使其工作在三相運行狀態；在多相運行狀態，能使電機輸出較大轉矩，工作在三相運行狀態可高速運行，解決方波電機既要低速大扭矩，又能高速運行運行兼顧的問題。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種多相永磁純方波電機與控制系統，所述系統包括六相永磁純方波電機及控制器和驅動裝置；電機包括電機軸，轉子組件、定子組件、后端蓋、前端蓋、位置傳感器、殼體；其特征在于，所述永磁方波電機定子繞組采用六相繞組，兩組三相繞組U、V、W與R、S、T各自獨立，其對應繞組在空間相差30⁰E；六相永磁純方波電機的繞組星形連接，轉子磁鋼表貼式粘接；磁鋼外表面貼一層紫銅箔，紫銅箔外部再緊繞一層不銹鋼鋼絲，固定；其驅動裝置包括變流模塊、六相切換模塊；控制器通過檢測電機轉子位置及電機繞組電流，以此為變流模塊提供PWM信號，以及根據檢測電機轉子的速度，進而生成開關控制信號以驅動三、六相切換模塊；變流模塊包括一直流電源和兩逆變器，逆變器由兩個逆變器并接構成，每個逆變器均采用三相全橋式逆變電路，其中每一個橋臂上有兩個功率開關管串聯組成并且每個功率開關管都反并聯一個二極管；每個逆變器的直流側均與直流電源連接，交流側均與各自對應的三相定子繞組相連接；其三、六相切換模塊包括兩個并接的逆變器，以及連接在兩并接逆變器之間的直流接觸器；每一個逆變器均對應一套相應的電機定子繞組。