[發明專利]一種繞組動態變換調速永磁同步電機及其控制方法

有效

• 申請號: 201810052023.5
• 申請日: 2018-01-19
• 公開（公告）號: CN108258868B
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 曲榮海;藺夢軒;李大偉;孔武斌;裴同豪
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02K21/00
• 分類號: H02K21/00;H02K11/33;H02K3/28;H02P6/08;H02P25/18
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 廖盈春;李智

本發明公開了一種繞組動態變換調速永磁同步電機及其控制方法，通過連接的開關改變繞組連接減小反電勢，其中三相雙三相變換是通過把雙三相電機的繞組在低速時串聯起來，形成一個三相繞組，在高速時把兩套繞組分別接兩個逆變器。通過三相雙三相變換可把電機設置成兩個額定點，三相連接時為“低速”額定點，普通調速電機當轉速逐漸增加時弱磁電流逐漸增加，導致電機性能下降，本發明提出的電機在轉速超過“低速”額定點轉速的2倍時采用雙三相連接，此時反電勢降低為原來的1/2，從而可以有效降低弱磁電流，提高電機效率，擴大電機運行范圍。

技術領域

本發明屬于永磁同步電機領域，更具體地，涉及一種繞組動態變換調速永磁同步電機及其控制方法。

背景技術

我國稀土資源豐富，稀土礦的儲量為世界其他各國綜合的4倍左右，稀土礦石和稀土永磁的產量都位居世界前列。同時，我國的稀土材料研究和稀土永磁電機的科研水平都達到了國際先進水平。因此，充分發揮稀土資源的優勢，大力研究和推廣應用以稀土永磁電機為代表的各種永磁電機對我國有重要理論意義和實用價值。永磁電機和傳統電機相比，結構簡單，運行可靠；體積小，質量輕；損耗小，效率高；應用十分廣泛，幾乎遍及航空航天、國防、工農業生產和日常生活的各個領域。在調速范圍較寬的應用中如電動汽車電機、飛機起動發電機、電主軸機床電機等，要求電機能夠在額定轉速以上運行，而當電機達到某一轉速時逆變器的輸出電壓達到了最大，這時要繼續提高電機轉速就需要減小電機氣隙磁通，也就是需要弱磁運行，保持電壓不變，控制磁通的減弱，以達到控制同步電機在基速以上運行的目的。然而在弱磁區間，隨著轉速的上升，效率逐漸減小；同時轉速增大，反電勢相應增大，為保持電壓不變，弱磁電流也相應增大，使得電流甚至超過額定點電流，從而導致很大的溫升。此外，電機的調速區間還受到逆變器的制約，想要增大調速區間往往需要增大逆變器的容量。這一系列因素導致在弱磁區間電機的性能大大降低，因此提高永磁電機在高速區間的效率有重要意義。

如圖1、圖2以及圖3所示為現有的一種多額定工作點稀土永磁電機控制方案，在該技術方案中，通過改變并聯支路數的方法降低高速區間反電勢，從而達到“不弱磁”的目的。如圖1、圖2以及圖3所示繞組連接方式，電機分為低速、中速、高速額定點。第一額定工作點繞組接線端1、2、3為外接三相引出線接線端，接線端1為A相，接線端2為B相，接線端3為C相，接線端4、5、6并接為星形中點，第二額定工作點繞組接線方法為：接線端1、8相并為A相，接線端2、10相并為B相，接線端3、12相并為C相，接線端7、4、9、5、11、6相并為星形中點，第三額定工作點繞組接線方法為：接線端1、8、14、16相并為A相，接線端2、10、18、20相并為B相，接線端24、22、12、3相并為C相，接線端13、15、7、4、17、19、9、5、21、23、11、6相并為星形中點。第一額定點的并聯支路數為1，第二額定點的并聯支路數為2，第三額定點的并聯支路數為4。同一轉速下三種不同連接方式對應的反電勢分別是E，E/2，E/4，因此在“低速”，區間采用第一額定點連接方式，“中速”區間采用第二額定點連接方式，“高速”區間采用第三連接點連接方式可以有效降低反電勢，從而達到“不弱磁”的目的。

然而，上述技術方案存在如下問題：額定工作點的個數受極槽配合的限制，幾個額定轉速跨度大；繞組連接復雜；所需開關多，可靠性低。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種繞組動態變換調速永磁同步電機及其控制方法，由此解決現有多額定工作點稀土永磁電機控制方式在降低弱磁電流，提高電機效率時存在的額定工作點的個數受極槽配合的限制，幾個額定轉速跨度大；繞組連接復雜；所需開關多，可靠性低的技術問題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種繞組動態變換調速永磁同步電機，包括：位于定子槽中的第一三相繞組和第二三相繞組，所述第一三相繞組包括A1相繞組、B1相繞組與C1相繞組，所述第二三相繞組包括A2相繞組、B2相繞組以及C2相繞組；

其中，所述A1相繞組的第一端、所述B1相繞組的第一端以及所述C1相繞組的第一端分別與第一三相逆變器相連；