CN108173474A - 基于改变绕组连接方式的调速永磁同步电机及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于改变绕组连接方式的调速永磁同步电机及其控制方法，通过在电机运行中绕组动态星形三角形变换，通过改变绕组连接提高直流母线所能提供电机端电压上限从而增加调速范围减小弱磁电流，在运行阶段改变绕组的星三角连接，使得绕组在低速下为星形连接，在高速下为三角形连接。在相同的直流母线电压下，所能提供的三角形连接的相电压最大值是星形连接的相电压最大值的倍，因此通过星形三角形绕组变换，电机可设两个额定点，星形连接时为“低速”额定点，当转速超过“低速”额定转速的1.7倍时切换为三角形连接。星形三角形变换能够有效增大扩速范围，同时也能在“高速”时减小弱磁电流，提高电机效率。

Description

基于改变绕组连接方式的调速永磁同步电机及其控制方法
技术领域
本发明属于永磁同步电机领域，更具体地，涉及一种基于改变绕组连接方式的调速永磁同步电机及其控制方法。
背景技术
我国稀土资源丰富，稀土矿的储量为世界其他各国综合的4倍左右，稀土矿石和稀土永磁的产量都位居世界前列。同时，我国的稀土材料研究和稀土永磁电机的科研水平都达到了国际先进水平。因此，充分发挥稀土资源的优势，大力研究和推广应用以稀土永磁电机为代表的各种永磁电机对我国有重要理论意义和实用价值。永磁电机和传统电机相比，结构简单，运行可靠；体积小，质量轻；损耗小，效率高；应用十分广泛，几乎遍及航空航天、国防、工农业生产和日常生活的各个领域。在调速范围较宽的应用中如电动汽车电机、飞机起动发电机、电主轴机床电机等，要求电机能够在额定转速以上运行，而当电机达到某一转速时逆变器的输出电压达到了最大，这时要继续提高电机转速就需要减小电机气隙磁通，也就是需要弱磁运行，保持电压不变，控制磁通的减弱，以达到控制同步电机在基速以上运行的目的。然而在弱磁区间，随着转速的上升，效率逐渐减小；同时转速增大，反电势相应增大，为保持电压不变，弱磁电流也相应增大，使得电流甚至超过额定点电流，从而导致很大的温升。此外，电机的调速区间还受到逆变器的制约，想要增大调速区间往往需要增大逆变器的容量。这一系列因素导致在弱磁区间电机的性能大大降低，因此提高永磁电机在高速区间的效率有重要意义。
如图1、图2以及图3所示为现有的一种多额定工作点稀土永磁电机控制方案，在该技术方案中，通过改变并联支路数的方法降低高速区间反电势，从而达到“不弱磁”的目的。如图1、图2以及图3所示绕组连接方式，电机分为低速、中速、高速额定点。第一额定工作点绕组接线端1、2、3为外接三相引出线接线端，接线端1为A相，接线端2为B相，接线端3为C相，接线端4、5、6并接为星形中点，第二额定工作点绕组接线方法为：接线端1、8相并为A相，接线端2、10相并为B相，接线端3、12相并为C相，接线端7、4、9、5、11、6相并为星形中点，第三额定工作点绕组接线方法为：接线端1、8、14、16相并为A相，接线端2、10、18、20相并为B相，接线端24、22、12、3相并为C相，接线端13、15、7、4、17、19、9、5、21、23、11、6相并为星形中点。第一额定点的并联支路数为1，第二额定点的并联支路数为2，第三额定点的并联支路数为4。同一转速下三种不同连接方式对应的反电势分别是E，E/2，E/4，因此在“低速”，区间采用第一额定点连接方式，“中速”区间采用第二额定点连接方式，“高速”区间采用第三连接点连接方式可以有效降低反电势，从而达到“不弱磁”的目的。
然而，上述技术方案存在如下问题：额定工作点的个数受极槽配合的限制，几个额定转速跨度大；绕组连接复杂；所需开关多，可靠性低。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于改变绕组连接方式的调速永磁同步电机及其控制方法，由此解决现有多额定工作点稀土永磁电机控制方式在降低弱磁电流，提高电机效率时存在的额定工作点的个数受极槽配合的限制，几个额定转速跨度大；绕组连接复杂；所需开关多，可靠性低的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于改变绕组连接方式的调速永磁同步电机，包括：三相绕组，所述三相绕组包括A相绕组、B相绕组与C相绕组；
其中，所述A相绕组的第一端与第一开关的第一端连接，所述A相绕组的第二端与第二开关的第二端以及第三开关的第一端连接，所述第一开关的第二端与第五开关的第二端以及所述C相绕组的第二端连接，所述第二开关的第一端与所述B相绕组的第一端连接，所述B相绕组的第二端与第四开关的第二端以及所述第三开关的第二端以及所述第五开关的第一端连接，所述第四开关的第一端与所述C相绕组的第一端连接。
优选地，各开关采用接触器或者电力电子开关。
优选地，各相绕组选择三次谐波绕组系数小于预设值的绕组。
按照本发明的另一方面，提供了一种基于上述任意一项所述的基于改变绕组连接方式的调速永磁同步电机的控制方法，包括：
在电机转速低于第一额定转速时，所述第一开关、所述第二开关以及所述第四开关断开，所述第三开关以及所述第五开关闭合，所述A相绕组、所述B相绕组以及所述C相绕组构成星形连接；
在电机转速超过第二额定转速时，所述第一开关、所述第二开关以及所述第四开关闭合，所述第三开关以及所述第五开关断开，所述A相绕组、所述B相绕组以及所述C相绕组构成三角形连接。
优选地，所述第二额定转速为所述第一额定转速的1.7倍。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明采用绕组动态星形三角形变换增加了额定点的个数，当绕组为星形连接时所对应的额定点为第一额定点，当绕组为三角形连接时所对应的额定点为第二额定点。
(2)本发明采用两个额定点切换，扩大了调速范围，提高了电机效率在低速运行时，绕组为星形连接，随着转速增加绕组反电势增加，弱磁电流逐渐增加，如果一直以绕组星形连接运行，随着转速进一步增加，绕组反电势增加，由于直流母线电压的限制，逆变器所能提供的最大电压一定，当转速升到某一值后，由于反电势过大，逆变器不能提供电机所需的电压，电机的调速范围被限制。采用星形三角形变换，转速在超过第二额定转速时，绕组连接为星形连接，此时逆变器所能提供的最大相电压为星形连接的倍，相当于提高了直流母线所能提供最大电压的上限，转速可以进一步提高。
(3)本发明采用提高直流母线所提供的电压最大值的方法，减小弱磁电流，减小铜耗，减小温升，提高效率。
(4)本发明可以在电机运行过程中实现星形三角形连接的实时动态切换。
附图说明
图1是本发明提供的一种现有多额定工作点稀土永磁电机控制的第一额定点绕组连接示意图；
图2是本发明提供的一种现有多额定工作点稀土永磁电机控制的第二额定点绕组连接示意图；
图3是本发明提供的一种现有多额定工作点稀土永磁电机控制的第三额定点绕组连接示意图；
图4是本发明提供的一种基于改变绕组连接方式的调速永磁同步电机的星形三角形变换绕组变换图；
图5是本发明提供的一种基于改变绕组连接方式的调速永磁同步电机的第一额定点绕组连接方式；
图6是本发明提供的一种基于改变绕组连接方式的调速永磁同步电机的第二额定点绕组连接方式。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
针对现有的永磁电机在弱磁后性能下降的缺陷，本发明提出了一种基于改变绕组连接方式的调速永磁同步电机及其控制方法，通过在运行中绕组动态星形三角形变换，其目的在于通过改变绕组连接提高直流母线所能提供电机端电压上限从而增加调速范围减小弱磁电流。在运行阶段改变绕组的星三角连接，使得绕组在低速下为星形连接，在高速下为三角形连接。在相同的直流母线电压下，所能提供的三角形连接的相电压最大值是星形连接的相电压最大值的倍，因此通过星形三角形绕组变换，电机可设两个额定点，星形连接时为“低速”额定点，当转速超过“低速”额定转速的1.7倍时切换为三角形连接。星形三角形变换能够有效增大扩速范围，同时也能在“高速”时减小弱磁电流，提高电机效率。
参考图4所示是本发明提供的一种基于改变绕组连接方式的调速永磁同步电机的星形三角形变换绕组变换图，其包括三相绕组，三相绕组包括A相绕组、B相绕组与C相绕组；
其中，A相绕组的第一端与第一开关S1的第一端连接，A相绕组的第二端与第二开关S2的第二端以及第三开关S3的第一端连接，第一开关S1的第二端与第五开关S5的第二端以及C相绕组的第二端连接，第二开关S2的第一端与B相绕组的第一端连接，B相绕组的第二端与第四开关S4的第二端以及第三开关S3的第二端以及第五开关S5的第一端连接，第四开关S4的第一端与C相绕组的第一端连接。
在一个可选的实施方式中，开关采用接触器或者电力电子开关。
在一个可选的实施方式中，各相绕组选择三次谐波绕组系数小于预设值的绕组。
其中，预设值可以根据实际需要进行确定，一般尽量选择三次谐波绕组系数较小的绕组。
本发明提出的星形三角形变换绕组有两个额定工作点，第一额定工作点连接如图5所示，为星形连接，第二额定点连接如图6所示，为三角形连接。当逆变器的直流母线电压一定时，所能提供的最大线电压为U，当电机以第一额定点连接方式即星形连接运行时，逆变器所能提供的最大相电压为随着转子转速增加，电机进入弱磁区域，使绕组相电压维持在转速越大弱磁电流越大，效率越低，影响电机性能；当转速大于倍的第一额定转速时绕组连接切换为三角形连接，此时逆变器所能提供的最大相电压等于逆变器所能提供的最大线电压U，由于绕组所需的电压上限提升，因此能有效减小弱磁电流，扩大运行范围。
具体地，本发明还提供了一种基于上述基于改变绕组连接方式的调速永磁同步电机的控制方法，包括：
在电机转速低于第一额定转速时，第一开关S1、第二开关S2以及第四开关S4断开，第三开关S3以及第五开关S5闭合，A相绕组、B相绕组以及C相绕组构成星形连接；
在电机转速超过第二额定转速时，第一开关S1、第二开关S2以及第四开关S4闭合，第三开关S3以及第五开关S5断开，A相绕组、B相绕组以及C相绕组构成三角形连接。
在一个可选的实施方式中，把电机的第二额定点的额定转速即“高速”额定转速设计为第一额定点的额定转速即“低速”额定转速的1.7倍，其切换方式如图4所示，当电机转速在0到“低速”额定转速之间时，通过各开关的断开闭合实现各相绕组的星形连接。当电机转速超过“高速”额定点额定转速时，通过各开关的断开闭合实现各相绕组的三角形连接。相当于提高了直流母线所提供的最大电压的上限，弱磁电流大大减小，电机效率有效提升。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于改变绕组连接方式的调速永磁同步电机，包括三相绕组，所述三相绕组包括A相绕组、B相绕组与C相绕组，其特征在于，所述A相绕组的第一端与第一开关的第一端连接，所述A相绕组的第二端与第二开关的第二端以及第三开关的第一端连接，所述第一开关的第二端与第五开关的第二端以及所述C相绕组的第二端连接，所述第二开关的第一端与所述B相绕组的第一端连接，所述B相绕组的第二端与第四开关的第二端以及所述第三开关的第二端以及所述第五开关的第一端连接，所述第四开关的第一端与所述C相绕组的第一端连接。
2.根据权利要求1所述的永磁同步电机，其特征在于，各开关采用接触器或者电力电子开关。
3.根据权利要求1或2所述的永磁同步电机，其特征在于，各相绕组选择三次谐波绕组系数小于预设值的绕组。
4.一种基于权利要求1至3任意一项所述的基于改变绕组连接方式的调速永磁同步电机的控制方法，其特征在于，包括：
在电机转速低于第一额定转速时，所述第一开关、所述第二开关以及所述第四开关断开，所述第三开关以及所述第五开关闭合，所述A相绕组、所述B相绕组以及所述C相绕组构成星形连接；
在电机转速超过第二额定转速时，所述第一开关、所述第二开关以及所述第四开关闭合，所述第三开关以及所述第五开关断开，所述A相绕组、所述B相绕组以及所述C相绕组构成三角形连接。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第二额定转速为所述第一额定转速的1.7倍。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111404429A (zh) * 2018-12-28 2020-07-10 比亚迪股份有限公司 一种车辆及其电机控制方法与装置、计算机可读存储介质
CN112104297A (zh) * 2020-09-28 2020-12-18 联合汽车电子有限公司 一种切换绕组的连接方式的方法、电机的控制电路及电机
CN112290852A (zh) * 2020-02-21 2021-01-29 北京六十六号互动科技有限公司 电机的绕组接线状态切换方法和装置以及电机控制系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150263660A1 (en) * 2014-03-13 2015-09-17 Canrig Drilling Technology Ltd. Multi-Speed Electric Motor
CN107579696A (zh) * 2017-08-31 2018-01-12 广东美芝制冷设备有限公司 带电切换方法、装置、系统、电机、压缩机及存储介质
CN107592054A (zh) * 2017-08-31 2018-01-16 广东美芝制冷设备有限公司 电机控制方法、电机控制装置及存储介质

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150263660A1 (en) * 2014-03-13 2015-09-17 Canrig Drilling Technology Ltd. Multi-Speed Electric Motor
CN107579696A (zh) * 2017-08-31 2018-01-12 广东美芝制冷设备有限公司 带电切换方法、装置、系统、电机、压缩机及存储介质
CN107592054A (zh) * 2017-08-31 2018-01-16 广东美芝制冷设备有限公司 电机控制方法、电机控制装置及存储介质

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111404429A (zh) * 2018-12-28 2020-07-10 比亚迪股份有限公司 一种车辆及其电机控制方法与装置、计算机可读存储介质
CN112290852A (zh) * 2020-02-21 2021-01-29 北京六十六号互动科技有限公司 电机的绕组接线状态切换方法和装置以及电机控制系统
CN112311295A (zh) * 2020-02-21 2021-02-02 北京六十六号互动科技有限公司 电机的绕组接线状态切换方法和装置以及电机控制系统
CN112311296A (zh) * 2020-02-21 2021-02-02 北京六十六号互动科技有限公司 电机的绕组接线状态切换方法和装置以及电机控制系统
CN112367000A (zh) * 2020-02-21 2021-02-12 北京六十六号互动科技有限公司 电机的绕组接线状态切换方法和装置以及电机控制系统
CN112511069A (zh) * 2020-02-21 2021-03-16 北京六十六号互动科技有限公司 电机的绕组接线状态切换方法和装置以及电机控制系统
CN113300656A (zh) * 2020-02-21 2021-08-24 北京六十六号互动科技有限公司 电机的绕组接线状态切换系统及电动设备
CN113300657A (zh) * 2020-02-21 2021-08-24 北京六十六号互动科技有限公司 电机的绕组接线状态切换系统、方法及电动设备
CN112367000B (zh) * 2020-02-21 2023-03-24 北京六十六号互动科技有限公司 电机的绕组接线状态切换方法和装置以及电机控制系统
CN113300656B (zh) * 2020-02-21 2023-08-18 北京六十六号互动科技有限公司 电机的绕组接线状态切换系统及电动设备
CN113300657B (zh) * 2020-02-21 2023-08-18 北京六十六号互动科技有限公司 电机的绕组接线状态切换系统、方法及电动设备
CN112104297A (zh) * 2020-09-28 2020-12-18 联合汽车电子有限公司 一种切换绕组的连接方式的方法、电机的控制电路及电机

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