CN101505135B - 一种内置混合式转子可控磁通永磁同步电机驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内置混合式转子可控磁通永磁同步电机驱动装置，它包括控制器和内置混合式转子可控磁通永磁同步电机，它还包括与所述的电机输出轴相连的用于输出所述的电机转子永磁磁场空间绝对位置信号的位置传感器，所述的位置传感器通过多芯电缆与所述的控制器连接，本发明驱动装置专门用于控制内置混合式转子结构可控磁通永磁同步电机，实现了内置混合式转子可控磁通永磁同步电机宽范围高性能调速，并且定子铜耗小、使用安全。

Description

一种内置混合式转子可控磁通永磁同步电机驱动装置

技术领域

本发明涉及电气传动技术领域，尤其涉及一种内置混合式转子可控磁通永磁同步电机驱动装置，实现内置混合式转子可控磁通永磁同步电机低能耗、宽范围、高性能调速。

背景技术

传统永磁同步电机在较宽的范围内调速时，大多采用矢量控制策略。在弱磁调速区，通过控制直轴电流电枢反应产生的去磁磁动势来达到削弱气隙合成磁场的目的。但是，由于直轴上存在磁导率接近空气的永磁体，直轴磁路有较大的磁阻，造成直轴电感较小，限制了弱磁升速能力。在定子总电流受限情况下，交轴电流会随着直轴电流的增加而应该减小，使得电磁转矩减小很多。弱磁调速时，由于一直施加直轴电流，定子电流较大，产生的定子铜耗也较大；特别是一旦弱磁失败，高速旋转的永磁磁场将在定子绕组内感应出非常高的电动势，有可能造成逆变器功率开关器件以及为系统各个控制部分提供工作电源的开关电源损坏。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的不足，提供一种能够实现永磁同步电机宽范围高性能调速、定子铜耗小的一种内置混合式转子可控磁通永磁同步电机驱动装置。

本发明的一种内置混合式转子可控磁通永磁同步电机驱动装置，它包括控制器和内置混合式转子可控磁通永磁同步电机，它还包括与所述的电机输出轴相连的用于输出所述的电机转子永磁磁场空间绝对位置信号的位置传感器，所述的位置传感器通过多芯电缆与所述的控制器连接，所述的控制器包括：

一个三相桥式逆变器，所述的三相桥式逆变器电源输入端与直流电源相连并且其三相输出端用三根绝缘导线与所述的永磁同步电机的三相输入端相连，所述的逆变器的六只功率开关器件分别接收来自一个空间电压矢量脉宽调制模块的经过隔离放大后的空间电压矢量脉宽调制脉冲信号，在所述的逆变器的内部两相输出上分别连接有一个电流传感器，所述的每一电流传感器分别输出对应相线电流的信号；

一个电机转子永磁磁场空间绝对位置求导模块，用于接收所述的位置传感器输出的电机转子永磁磁场空间绝对位置，并对电机转子永磁磁场空间绝对位置求导数后输出电机实际转速信号；

一个转子同步旋转坐标变换模块，用于接收所述的转子空间绝对位置信号、所述的电流传感器输出的两相线电流信号，并将所述的两相线电流信号通过转子同步旋转坐标变换转换为转子同步旋转坐标系的直轴电流和交轴电流信号；

一个具有比例积分调节特性的转速调节器，用于接收外部输入的电机给定转速与电机实际转速比较后的偏差信号并输出对偏差信号进行调节所得到的交轴电流预给定信号；

一个交轴电流给定切换模块，用于接收所述的交轴电流预给定信号并接收来自逻辑判断模块的切换使能信号以使其输出的交轴电流给定信号等于所述的交轴电流预给定信号或为零；

一个逻辑判断模块，所述的逻辑判断模块用于接收所述的直、交轴电流信号、外部输入的电机转速给定信号、电机实际转速信号，并对所述的输入信号进行判断，然后向所述的交轴电流给定切换模块输出切换使能信号并向直轴电流调节器输出直轴电流给定信号；

一个具有比例积分调节特性交轴电流调节器，用于接收所述的交轴电流给定信号与交轴电流信号比较后的偏差信号并输出对偏差信号进行调节所得到的交轴电压给定信号；

一个具有比例积分调节特性直轴电流调节器，用于接收所述的直轴电流给定信号与直轴电流信号比较后的偏差信号并输出对偏差信号进行调节所得到的直轴电压给定信号；

一个转子同步旋转坐标反变换模块，用于接收所述的电机转子永磁磁场空间绝对位置信号和直、交轴电压给定信号，并将所述的直、交轴电压给定信号通过转子同步旋转坐标反变换转换为定子两相静止坐标系的两相交流电压给定信号；

一个空间电压矢量脉宽调制模块，用于接收所述的定子两相静止坐标系的两相交流电压给定信号并通过空间电压矢量脉宽调制脉冲生成方法生成空间电压矢量脉宽调制脉冲信号，并将所述的空间电压矢量脉宽调制脉冲信号经过隔离放大后输出给所述的逆变器的六只功率开关器件。

本发明驱动装置专门用于控制内置混合式转子结构可控磁通永磁同步电机，该电机充分利用钕铁硼永磁体剩磁密度和矫顽力都很高，而铝镍钴永磁体剩磁密度很高而矫顽力很低的特点，在转子内同时放置两种永磁体，科学分配两者的尺寸，使两者在磁性能上合理配合。驱动装置驱动电机正常运行时，由与电机同轴机械连接的位置传感器实时检测出转子永磁磁场空间绝对位置，控制系统采用以转子永磁磁场进行磁场定向的直轴电流id＝0矢量控制策略，通过闭环工作的控制器控制三相桥式逆变器的三相输出给电机定子三相绕组的交流电的等效合成空间矢量仅为交轴电流矢量，而仅产生交轴电枢反应磁动势，电机输出一定的电磁转矩拖动机械负载工作；需要增磁或弱磁调速时，控制器控制三相桥式逆变器的三相输出通过三相定子绕组在电机转子直轴方向上短时间内施加一幅值和方向都可以控制的直轴电流id脉冲，在此脉冲所产生的直轴电枢磁动势作用后，铝镍钴的磁化强弱及磁化方向就会改变或调整，同时，铝镍钴在磁滞回线上的工作点以及钕铁硼在退磁曲线上的工作点都会发生变化。当铝镍钴与钕铁硼磁化方向一致时，虽然铝镍钴矫顽力太低而对气隙主磁通贡献不大，但是它会起到将钕铁硼产生的磁通推向定子，而使气隙永磁磁通有所增强的作用；铝镍钴正向强磁化后，电机气隙永磁磁场最强，保障电机低速运行能够输出较大的电磁转矩。当铝镍钴与钕铁硼的磁化方向相反时，施加的反向i_d脉冲幅值不同，能够达到的反向最大的磁化强度也不同，i_d脉冲消失后，铝镍钴被反向磁化的强度随之不同，铝镍钴将钕铁硼产生的磁通在转子内旁路的数量也随之不同，从而起到将气隙永磁磁场小部分或者大部分减弱的独特作用；铝镍钴反向强磁化后，电机气隙永磁磁场最弱，电机能够运行于很高的转速。每次重新磁化后气隙永磁磁场的大小都能得到控制，而且能够保持住，它克服了传统永磁同步电机调速范围窄、定子铜耗大以及一旦弱磁失败高速旋转的永磁磁场在定子绕组中感应出很高的电动势危及逆变器功率器件安全等缺点。实现了内置混合式转子可控磁通永磁同步电机宽范围高性能调速，并且定子铜耗小、使用安全。

附图说明

图1是本发明的一种内置混合式转子可控磁通永磁同步电机驱动装置的系统构成图；

图2是图1所示的控制器控制原理框图；

图3是本发明采用的三相桥式逆变器主电路图；

图4是本发明采用的内置混合式转子可控磁通永磁同步电机的典型剖面图；

图5是控制器控制电机转子内钕铁硼和铝镍钴永磁体磁化的过程曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

如图1所示，本发明驱动装置是由控制器1、内置混合式转子结构可控磁通永磁同步电机2(可以采用ZL200410093696.3和200510013524.5发明专利中公开的电机)和位置传感器3组成，并由直流电源4供电。所述的直流电源可以是电池组，也可以由三相或单相交流电整流滤波后获得，以及通过其它各种方式获得的直流电。所述的位置传感器与电机同轴机械连接，通过多芯电缆与控制器连接，所述的控制器为位置传感器提供电源并接收位置传感器传回来的电机转子永磁磁场空间绝对位置信号。

如图3所示的本发明的控制器1包括：如图2所示的一个三相桥式逆变器，所述的三相桥式逆变器电源输入端与直流电源相连并且其三相输出端用三根绝缘导线与所述的内置混合式转子可控磁通永磁同步电机(在图3中用英文简写ICRCFPMSM标明)的三相输入端相连，所述的逆变器的六只功率开关器件分别接收来自一个空间电压矢量脉宽调制模块的经过隔离放大后的空间电压矢量脉宽调制脉冲信号，在所述的逆变器的内部两相输出分别连接有一个电流传感器(如图3中的T_a和T_b所示)，所述的每一电流传感器分别输出对应相线电流的信号；一个转子同步旋转坐标变换模块，用于接收所述的转子永磁磁场空间绝对位置信号、所述的电流传感器输出的两相线电流信号，并将所述的两相线电流信号通过转子同步旋转坐标变换转换为直轴电流和交轴电流信号；一个具有比例积分调节特性的转速调节器，用于接收电机额定转速与电机实际转速比较后的偏差信号并输出对偏差信号进行调节所得到的交轴电流预给定信号；一个交轴电流给定切换模块，用于接收所述的交轴电流预给定信号并接收来自逻辑判断模块的切换使能信号以使其输出的交轴电流给定信号等于所述的交轴电流预给定信号或为零；一个逻辑判断模块，所述的逻辑判断模块用于接收所述的直、交轴电流信号、外部输入的电机给定转速信号、所述的电机实际转速信号，然后将所述的转速额定信号与所述的电机转速给定信号相比较以输出切换使能信号给所述的交轴电流给定切换模块，并将所述的直轴电流和交轴电流信号与设定的电流值比较以查表确定并输出直轴电流给定信号，所述的逻辑判断模块执行如下步骤：(a)将所述的转速额定信号与所述的电机转速给定信号相比较以决策在进行电机转子永磁磁场强弱调整控制的时刻；(b)当所述的电机转速给定信号大于所述的转速额定信号进行电机永磁磁场强弱的调整控制时，所述的逻辑判断模块输出切换使能信号给所述的交轴电流给定切换模块，使所述的交轴电流给定切换模块输出的交轴电流给定信号为零，然后所述的逻辑判断模块将交轴电流信号绝对值与设定的最小电流值比较，当交轴电流信号绝对值小于设定的最小电流值时，所述的逻辑判断模块输出经查表获得的决定本次电机转子永磁磁场强弱调整控制所需要的直轴电流给定信号，经过10ms后，认为本次电机转子永磁磁场强弱调整已完成；(c)将直轴电流给定信号切换为零，随后将直轴电流信号绝对值与设定的最小电流值比较，当直轴电流信号绝对值小于设定的最小电流值时，结束本次电机转子永磁磁场强弱调整控制，输出经所述的切换使能信号复位，使所述的交轴电流给定切换模块输出的交轴电流给定信号重新等于所述的交轴电流预给定信号。一个具有比例积分调节特性的交轴电流调节器，用于接收所述的交轴电流信号与交轴电流给定信号比较后的偏差信号并输出对偏差信号进行调节所得到的交轴电压给定信号；一个具有比例积分调节特性的直轴电流调节器，用于接收所述的直轴电流信号与直轴电流给定信号比较后的偏差信号并输出对偏差信号进行调节所得到的直轴电压给定信号；一个转子同步旋转坐标反变换模块，用于接收所述的转子永磁磁场空间绝对位置信号，直、交轴电压给定信号，并将所述的直、交轴电压给定信号通过转子同步旋转坐标反变换转换为定子两相静止坐标系的交流电压给定信号；一个空间电压矢量脉宽调制模块，用于接收所述的两相交流电压给定信号并通过空间电压矢量脉宽调制脉冲生成方法生成空间电压矢量脉宽调制脉冲信号，并将所述的空间电压矢量脉宽调制脉冲信号经过隔离放大后输出给所述的逆变器的六只功率开关器件。

同传统永磁同步电机驱动装置一样，该驱动装置也是采用以转子永磁磁场进行磁场定向的矢量控制策略进行工作；同传统永磁同步电机驱动装置不同之处在于本发明的驱动的是内置混合式转子可控磁通永磁同步电机，以及在控制器的控制程序里增设了逻辑判断模块和交轴电流i_q切换模块。增设这两个模块的目的是，在电机运行中，逻辑判断模块能够在适当的时刻施加直轴增磁或去磁电流脉冲，为避免在施加直轴增磁或去磁的电流脉冲的过程中产生比较大的电磁转矩冲击，在起到增磁或去磁作用的直轴电流脉冲施加前后将交轴电流给定值进行必要的切换。

本发明驱动装置的具体控制原理如下：

系统供电开始，与电机同轴机械连接的位置传感器实时检测出内置混合式转子结构可控磁通永磁同步电机转子永磁磁场空间绝对位置θ信号，转子永磁磁场空间绝对位置θ信号对时间求导数就得到电机转速n信号，即n＝dθ/dt。由检测电机a和b两相线电流的电流传感器T_a和T_b实时得到电机a和b两相线电流i_a和i_b信号。由已知的电机转子永磁磁场空间绝对位置信号θ信号以及线电流i_a和i_b信号，经过转子同步旋转坐标变换，将静止定子abc三相坐标系的i_a和i_b交变电流变换成dq转子同步旋转坐标系的直轴电流和交轴电流i_d和i_q信号。这样电机转速、电流双闭环控制以及同步旋转坐标正变换和反变换所必须的转速n、直轴电流i_d、交轴电流i_q和转子永磁磁场空间绝对位置θ等信号就全部得到了。

外部输入的电机转速给定n_ref信号与负反馈的电机实际转速n信号进行比较，比较后的偏差送入具有比例积分调节特性的转速调节器ASR，转速调节器ASR输出交轴电流预给定i_qref1信号，实现速度为外环的转速闭环控制。

电机转速给定n_ref、实际转速n、直轴电流i_d和交轴电流i_q四个信号都输入到逻辑判断模块，逻辑判断模块根据这四个输入信号以及电机历史工作情况来决定施加直轴增磁或去磁的电流脉冲的时刻以及直轴电流给定i_dref信号的幅值和极性，即决定何时施加幅值和方向可控的起增磁或去磁作用的电流直轴脉冲给定i_dref信号，同时为交轴电流给定i_qref切换模块发出切换使能信号K。交轴电流给定i_qref切换模块受逻辑判断模块发出的切换使能信号K控制。正常工作时切换使能信号K＝0，交轴电流给定i_qref切换为转速调节器ASR输出的交轴电流预给定i_qref1信号，即令i_qref＝i_qref1；电机进行增磁或去磁控制时，切换使能信号K＝1，交轴电流给定i_qref信号切换为0，即令i_qref＝0，电机交轴电流i_q迅速减小，等待到交轴电流i_q绝对值小于预置的最小电流I_min后，逻辑判断模块输出经查表获得的电机进行增磁或去磁控制所需要直轴电流给定i_dref，所述表中电机进行增磁或去磁控制所需要直轴电流给定i_dref对于不同的电机是不同的，可以根据具体电机实现根据实验数据获得，并预置到所述的控制器中；经过10ms后，认为增磁或去磁控制目的已经完成，逻辑判断模块将直轴电流给定i_dref切换到0，即令i_dref＝0，电机直轴电流i_d迅速减小；等待到直轴电流i_d绝对值小于预置的最小电流I_min后，逻辑判断模块给交轴电流给定i_qref切换模块发出切换使能信号K＝0，将交轴电流给定i_qref信号重新切换到转速调节器ASR输出的交轴电流预给定i_qref1信号，即令i_qref＝i_qref1；又重新恢复到控制器以转子永磁磁场进行磁场定向的直轴电流i_d＝0矢量控制策略运行方式。

交、直轴电流给定i_qref、i_dref信号分别与负反馈实际的交、直轴电流i_q、i_d信号比较，实现电流为内环的电流闭环控制，达到电机实际电流能够快速跟踪给定电流，完成调整电机电磁转矩或调整电机转子气隙永磁磁场的目的。电流比较后的偏差分别送入具有比例积分调节特性的交、直轴电流调节器ACR1、ACR2，分别得到交、直轴电压给定U_qref、U_dref信号。由已知的电机空间绝对位置θ信号和交、直轴电压给定U_qref、U_dref信号，经过转子同步旋转坐标反变换，将dq转子同步旋转坐标系的交、直轴电压给定U_qref、U_dref信号反旋转变换成定子静止αβ两相坐标系交变的电压给定U_αref、U_βref信号。

由定子静止αβ两相坐标系交变的电压给定U_αref、U_βref信号经过典型的空间电压矢量脉宽调制SVPWM脉冲生成技术，生成控制三相桥式逆变器六只功率开关器件的空间电压矢量SVPWM控制脉冲，使得电机实际电流能够快速跟踪给定电流，完成调整电机电磁转矩或调整电机转子气隙永磁磁场的目的。

下面针对图4所示结构的内置混合式转子结构可控磁通永磁同步电机，通过控制一个内置混合式可控磁通永磁同步电机永磁气隙磁场由较强→较弱→更弱→较弱→很强的改变过程，阐述内置混合式转子可控磁通永磁同步电机驱动装置控制电机转子内钕铁硼和铝镍钴永磁体的磁化过程，实现转子气隙永磁磁场可控，实现宽调速的过程。其中钕铁硼和铝镍钴永磁体的磁化过程如图5所示。

图4所示4极内置混合式转子结构可控磁通永磁同步电机，定子铁心8采用4极三相感应电动机定子铁心，它由硅钢片冲剪叠压而成，其上布置三相对称绕组。转子铁心9也由硅钢片冲剪叠压而成，转子冲片上冲有用于嵌入永磁体5、6的4个W形槽，每个W形槽中都分别插入铝镍钴和钕铁硼永磁体。图4中10为轴、7、11为隔磁桥。各块钕铁硼永磁体5的磁化方向如图中单箭头所示，根据它们磁化方向近似认为钕铁硼处于径向磁路位置，由于钕铁硼剩磁密度和矫顽力很高，又有足够的磁化方向厚度，工作中钕铁硼永磁体磁化方向始终不变。处于切向磁路位置的铝镍钴磁化方向如图中双箭头所示，它们可以由正反向直轴电流i_d脉冲产生的直轴电枢磁动势正反向磁化。由于铝镍钴剩磁密度较高但矫顽力很低，磁化方向厚度也有限，它们被正向强磁化后对永磁气隙磁场贡献也不大；但是，铝镍钴被反向磁化后，会将钕铁硼产生的一部分磁通在转子内部旁路，起到弱磁的作用。铝镍钴旁路钕铁硼产生的永磁磁通的多与寡，取决于铝镍钴被反向磁化的强与弱。

系统上电开始准备工作时，真正转速给定信号尚未读入，电机转速给定n_ref、转速n、直轴电流i_d和交轴电流i_q这四个逻辑判断模块的输入信号均为0，于是逻辑判断模块对转子气隙永磁磁场进行最强磁化控制，电机通入最大允许的正向直轴电流脉冲，产生的较强的直轴电枢磁动势对永磁转子进行较强的磁化，实际上是对转子中的铝镍钴进行较强的磁化。此时，钕铁硼和铝镍钴都沿各自的磁滞回线进入到第I象限，两者的磁化方向相同。起正向强磁化作用的定子直轴电枢磁动势消失后，钕铁硼和铝镍钴又都沿各自的磁滞回线由第I象限进入到第II象限，工作点分别对应于A、a点，两者的磁化方向相同，两种永磁体内部的磁密分别为B_A和B_a，为外部磁路提供的磁动势为F_a，为外磁路贡献出来较强的永磁磁通为

Φ_maA＝Φ_mNA+Φ_mAa＝B_AA_mN+B_aA_mA

式中Φ_maA——两种永磁体工作于A、a点时为外磁路贡献的永磁磁通，单位Wb；

Φ_mNA——钕铁硼永磁体工作于A点时提供的磁通，单位Wb；

Φ_mAa——铝镍钴永磁体工作于a点时提供的磁通，单位Wb；

B_A——工作于A点时钕铁硼永磁体内部的磁密，单位Wb；

B_a——工作于a点时铝镍钴永磁体内部的磁密，单位Wb；

A_mN——钕铁硼永磁体提供每极磁通的截面积，单位m²；

A_mA——钕铁硼永磁体提供每极磁通的截面积，单位m²。

显然，两种永磁体工作于A、a点时，两种永磁体为外磁路贡献出来的永磁磁通比较多，电机的气隙永磁磁场也就比较强。为电机在低速时具有很好的恒转矩特性做好准备。

当有电机转速给定n_ref时，电机按照i_d＝0矢量控制策略控制电机升速，电枢电流仅为交轴电流。若n_ref小于等于电机的额定转速n_N，即n_ref≤n_N，则电机一直升速到与n_ref对应的某一转速下平稳运行。若n_ref大于电机的额定转速n_N，即n_ref＞n_N，则电机一直升速到则电机的额定转速n_N，即n_ref＝n_N时，逻辑判断模块做出削弱转子气隙永磁磁场的控制决定，对电机施加特定幅值的反向i_d脉冲，产生的作用到永磁体两侧最大幅值为F_b的去磁磁动势。在去磁磁动势增加的过程中，钕铁硼和铝镍钴的工作点沿着各自的磁滞曲线分别由A、a点过渡到B、b点。这时，钕铁硼的工作点B仍在第II象限，而铝镍钴的工作点b则进入到第III象限，说明铝镍钴已被反向磁化。当去磁磁动势F_b消失之后，工作点又沿着各自的磁滞回线回复到C、c点，两种永磁体对外部提供的磁动势为F_c。此时，钕铁硼工作于C点，仍在第II象限，内部磁密B_c为正。铝镍钴工作于c点，在第III象限，铝镍钴与钕铁硼磁化方向相反，内部磁密B_c为负。此时，铝镍钴将钕铁硼产生的一部分永磁磁通在转子内部旁路，则两种永磁体为外磁路贡献出来的永磁磁通为

Φ_mcC＝Φ_mNC+Φ_mAc＝B_CA_mN+B_cA_mA＝B_CA_mN-|B_c|A_mA

式中Φ_mcC——两种永磁体工作于C、c点时为外磁路贡献的永磁磁通，单位Wb。

两种永磁体工作于C、c点时与工作于A、a点时相比，为外磁路贡献出来的永磁磁通明显减少，电机的气隙永磁磁场减弱，电机可以运行于较高的转速。

当希望电机运行转速更高时，再施加更大幅值的反向i_d脉冲，产生作用到永磁体两侧最大幅值为F_d的去磁磁动势。在去磁磁动势增加的过程中，钕铁硼和铝镍钴工作点沿着各自的磁滞曲线分别由C、c点过渡到D、d点。D、d还分别在第II、III象限，但是铝镍钴已被反向更强的磁化。当去磁磁动势F_d消失之后，工作点又沿着各自的磁滞回线由D、d过渡到E、e点，E、e点也仍分别还在第II、III象限，两种永磁体对外部磁路提供的磁动势为F_e。此时，钕铁硼工作于E点，在第II象限，其内部磁密B_E为正，B_E比B_C略有增加。铝镍钴的工作于e点，在第III象限，其内部磁密B_e为负，B_e的绝对值比B_c的绝对值增大许多。铝镍钴将钕铁硼产生的更大的一部分永磁磁通在转子内部旁路，两种永磁体为外磁路贡献出来的永磁磁通为

Φ_meE＝Φ_mN+Φ_mA＝B_EA_mN+B_eA_mA＝B_EA_mN-|B_e|A_mA

式中Φ_meE——两种永磁体工作于E、e点时为外磁路贡献的永磁磁通，单位Wb。

可见，两种永磁体工作于E、e点时与工作于C、c点时相比，为外磁路贡献出来的永磁磁通更小，气隙永磁磁场更弱，电机可以运行于更高的转速。

当希望电机转速降低些但还高于额定转速时，则希望电机气隙永磁磁场较强一些，以提高电机力能特性。施加幅值较小的正向i_d脉冲，产生作用到永磁体两侧最大幅值为F_F的较弱的助磁磁动势。在此较弱的助磁磁动势增加的过程中，钕铁硼沿其磁滞曲线由第II象限的E点进入第I象限过渡到F点；铝镍钴沿其磁滞曲线由第III象限的e点进入第IV象限过渡到f点。当较弱的助磁磁动势F_F消失后，钕铁硼沿其退磁曲线由第I象限的F点进入第II象限过渡到G点；铝镍钴沿其磁滞曲线由第IV象限的f点再次退回到第III象限过渡到g点。此时，钕铁硼内部磁密B_G为正，B_G比B_E略有减小。铝镍钴内部磁密B_g为负，B_g的绝对值比B_e的绝对值小了许多。只不过铝镍钴将钕铁硼产生的在转子内部旁路的那一部分永磁磁通减少，则两种永磁体为外磁路贡献出来的永磁磁通有些增强，此时为外磁路贡献出来的永磁磁通为

Φ_mgG＝Φ_mN+Φ_mA＝B_GA_mN+B_gA_mA＝B_GA_mN-|B_g|A_mA

式中Φ_mgG——两种永磁体工作于G、g点时为外磁路贡献的永磁磁通，单位Wb。

当再希望电机转速低于额定转速运行时，则希望电机气隙永磁磁场很强，以提高电机恒转矩工作能力。施加很强的正向i_d脉冲，产生作用到永磁体两侧最大幅值为F_H的很强的助磁磁动势，在此很强的助磁磁动势增加的过程中，钕铁硼和铝镍钴各自的磁滞曲线分别由G、g点过渡到H、h点。钕铁硼沿其磁化曲线由第II象限进入第I象限；铝镍钴沿其磁滞曲线由第III象限穿过第IV象限进入第I象限。当很强的助磁磁动势F_h消失后，钕铁硼和铝镍钴的工作点从H、h点过渡到I、i点，又都从第I象限进入到第II象限。两种永磁体内部的磁密分别为B_I和B_i，两者为外部磁路提供的磁动势为F_i，两者一起为外磁路贡献出来的永磁磁通为

Φ_miI＝Φ_mN+Φ_mA＝B_IA_mN+B_iA_mA

式中Φ_miI——两种永磁体工作于I、i点时为外磁路贡献的永磁磁通，单位Wb。

显然，钕铁硼和铝镍钴工作于I、i点时，它们为外磁路贡献出来的永磁磁通最多，电机的气隙永磁磁场也就最强。因为铝镍钴不能被饱和磁化，如果重新磁化前的工作点不同，在有限的最强的定子直轴磁动势助磁磁化后，最后工作点与以前强磁化后的工作点一般不会重合，但非常接近，即通常I、i与A、a点是不重合的，却是非常接近的。电机转速低于额定转速时，总是希望永磁体的工作于I、i或A、a点那样的工作点上，气隙永磁磁场较强，电机有较高的恒转矩工作能力。

Claims (1)

1.一种内置混合式转子可控磁通永磁同步电机驱动装置，它包括控制器和内置混合式转子可控磁通永磁同步电机，其特征在于，它还包括与所述的电机的输出轴相连的用于输出电机转子永磁磁场空间绝对位置的位置传感器，所述的位置传感器通过多芯电缆与所述的控制器连接，所述的控制器包括：

一个三相桥式逆变器，所述的三相桥式逆变器电源输入端与直流电源相连并且其三相输出端用三根绝缘导线与所述的永磁同步电机的三相输入端相连，所述的逆变器的六只功率开关器件分别接收来自一个空间电压矢量脉宽调制模块的经过隔离放大后的空间电压矢量脉宽调制脉冲信号，在所述的逆变器的内部两相输出上分别连接有一个电流传感器，所述的每一电流传感器分别输出对应相线电流的信号；

一个电机转子永磁磁场空间绝对位置求导模块，用于接收所述的位置传感器输出的电机转子永磁磁场空间绝对位置，并对电机转子永磁磁场空间绝对位置求导数后输出电机实际转速信号；

一个转子同步旋转坐标变换模块，用于接收转子空间绝对位置信号、所述的电流传感器输出的两相线电流信号，并将所述的两相线电流信号通过转子同步旋转坐标变换转换为转子同步旋转坐标系的直轴电流和交轴电流信号；

一个具有比例积分调节特性的转速调节器，用于接收外部输入的电机给定转速与电机实际转速比较后的偏差信号并输出对偏差信号进行调节所得到的交轴电流预给定信号；

一个交轴电流给定切换模块，用于接收所述的交轴电流预给定信号并接收来自逻辑判断模块的切换使能信号以使其输出的交轴电流给定信号等于所述的交轴电流预给定信号或为零；

一个逻辑判断模块，所述的逻辑判断模块用于接收所述的直、交轴电流信号、外部输入的电机转速给定信号、电机实际转速信号，并对输入信号进行判断，然后向所述的交轴电流给定切换模块输出切换使能信号并向直轴电流调节器输出直轴电流给定信号；

一个具有比例积分调节特性交轴电流调节器，用于接收所述的交轴电流给定信号与交轴电流信号比较后的偏差信号并输出对偏差信号进行调节所得到的交轴电压给定信号；

一个具有比例积分调节特性直轴电流调节器，用于接收所述的直轴电流给定信号与直轴电流信号比较后的偏差信号并输出对偏差信号进行调节所得到的直轴电压给定信号；

一个转子同步旋转坐标反变换模块，用于接收所述的电机转子永磁磁场空间绝对位置信号和直、交轴电压给定信号，并将所述的直、交轴电压给定信号通过转子同步旋转坐标反变换转换为定子两相静止坐标系的两相交流电压给定信号；

一个空间电压矢量脉宽调制模块，用于接收所述的定子两相静止坐标系的两相交流电压给定信号并通过空间电压矢量脉宽调制脉冲生成方法生成空间电压矢量脉宽调制脉冲信号，并将所述的空间电压矢量脉宽调制脉冲信号经过隔离放大后输出给所述的逆变器的六只功率开关器件。

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