CN110417306A - 电动车辆强牵引力电动机串激同步控制双特性一键驱动法 - Google Patents

Abstract

本发明在绕线式转子同步电动机的基础上，把定转子绕组工作状态和变频逆变过程相结合，使同步电动机能在定转子绕组串激条件下同步运转工作，充分激发同步电动机的定转子磁场互相作用力，并通过电流跟踪型逆变的不同控制，使同步电动机具有像直流串激电动机或并激电动机一样的机械特性，在频率转速相跟随及同步电动机功角被固定的情况下，通过转速、转矩、电势、磁势的内在联系，使转矩转速得到功率控制和一键驱动的效果。

Description

电动车辆强牵引力电动机串激同步控制双特性一键驱动法

技术领域：电动车辆用牵引同步电动机变频驱动方法

背景技术：在电动车辆驱动的研究发展中，将直流电源经逆变转变成交流电源，用交流变频驱动来代替直流驱动已是发展现实，但是交流驱动一直缺乏像直流串激电动机那样的强劲驱动力和优秀的起动性能，也不能像直流并激电动机那样通过简单的调压就可以对转矩、转速进行统一控制。在交流变频驱动中，可以采用异步电动机也可以采用同步电动机，目前采用异步电动机比较多，这是因为同步电动机存在着转子易失步抗过载能力差及通电不易同步的缺陷，但采用异步电动机仍存在过载能力较低，低速及起动性能差的问题，目前电动车辆普遍存在着爬坡能力低下的情况，而电动车辆上使用的电动机，不但爬坡、起动能力要强，而且必须能耐受频繁的起动，所以需要一款有很强牵引力的电动机。由于异步电动机转子磁场完全依靠气隙磁场传递产生，电磁力受磁路饱和的影响限制很大，不如在同步电动机基础上发展强力电动机，同步电动机定转子磁场可以独立发挥电磁力的相互作用，若做成串激形式可以产生强大的电磁力，为此需要作如下改进：

1、需要固定同步电机的功角，因为同步电动机的功角随负载转矩变动，遇到强的冲击转矩时功角有可能越过90度角，使同步电动机转子失步。

2、需要采用适当的运转方法使定转子绕组统一激磁，因为同步电动机转子是直流励磁或是永磁的，而定子是交流励磁的，不能像直流电动机那样进行串联激磁，若定转子串激运行，可以同时增加定转子磁场的分量，不易被定子磁路饱和所限制，使电磁转矩提升的空间较大。

3、需要采取统一的功率控制方法，使转矩转速得到同时调节，一键驱动，因为现有变频同步电动机的转速调节和转矩调节是不相关的，控制协调较复杂，它影响到汽车或列车的起动控制、上下坡控制及通电同步的控制问题，功率控制一键驱动便于运行中任何时刻进行通电加速。

发明内容：本发明为克服同步电动机易失步的缺陷，增强同步电动机的驱动能力，并达到仿直流串激电动机或并激电动机性能，以及转矩转速统一功率控制一键驱动的目标，同步电动机采用绕线式转子，直流电源经m相逆变方法转化为m相交流电向绕线式转子同步电动机运行供电，逆变环节采用电流跟踪型逆变控制方式，在此基础上同步电动机采用定转子正反序绕组串联激磁方法和转子信号驻波引导的特殊相位联动的逆变控制方法互相配合，使定转子磁场按转速叠加的原理自动同步运转，并采用由驱动函数幅控的电流跟踪型逆变方式，控制定转子各相绕组的电流频率相位和幅值，进而控制同步电动机运行的转速和转矩，并通过设置定转子磁场之间的空间相位差角和定转子绕组匝数来设定同步电动机的运行功角和功率因数角，该方法包括以下5个方面：

1、绕线式转子同步电动机采用定转子正反序绕组串联激磁的工作方式：

同步电动机定子和转子均采用m相对称绕组(m为1至12的任何正整数)，两者极对数相同，且定子m相绕组与转子m相绕组的对应相分别串联然后联成多相对称接法，但转子绕组的相序与定子绕组的相序方向相反(m等于1的单相电机无相序除外)，使定子m相绕组在定子上产生正向旋转的磁场，转子m相绕组在转子上产生反向旋转的磁场(m等于1的单相电机则利用其定子正向旋转磁场分量和转子反向旋转磁场分量)。

2、定转子磁场按转速叠加的原理同步运转(见图1)：

借助于特殊的相位联动逆变控制，使定子旋转磁场以转子转速的一半正向旋转，转子旋转磁场以转子转速的一半相对于转子反向旋转，而转子以两倍于定子旋转磁场的转速正向旋转，其结果使转子上的反向旋转磁场与转子转速叠加，使转子旋转磁场相对于定子的旋转方向和转速都与定子旋转磁场相对于定子的旋转方向和转速相同，从而达到在定转子绕组串激的条件下定子磁场与转子磁场的同步运转。

3、采用转子信号驻波引导的特殊相位联动的逆变控制法，具体做法包括：

(1)首先设置转子信号驻波，它是固定安装在电机转轴或其他旋转部件上的沿圆周正弦分布的信号源，转子信号驻波载体为各种可以被检测的物理量(如磁场、光影、电场、压力等)，转子信号驻波的极对数是转子磁场极对数的1/2，也是定子磁场极对数的1/2，使转子信号驻波的空间相位角与电角度比例是定子磁场或转子磁场的空间相位角与电角度比例的两倍(见图1)，这样设置的效果是：①由转子信号驻波电角度相位所引导的逆变控制产生的电流在频率上，迫使定转子磁场只能以转子信号驻波1/2转速也即转子1/2转速正反向旋转，使转子以两倍于定子旋转磁场的转速与之同向旋转，自动符合了转速叠加同步运转的需要，②由转子信号驻波电角度相位所引导的逆变控制产生的电流在相位上，使转子信号驻波的空间相位增量是定子磁场或转子磁场的空间相位增量的两倍，根据同样的空间叠加原理，使转子磁场相对于定子的空间相位增量与定子磁场相对于定子的空间相位增量相等，也就是定转子磁场之间的空间相位差始终保持不变，即保持了相位自动同步，从而使同步电动机的功角保持不变，使定转子磁场不会产生失步现象。

(2)在电动机固定部件上面对转子信号驻波测量面的适当圆周空间上，按转子信号驻波的空间电角度计量，在互相间隔360°/m电角度的m相对称相位点位置上安装m个探测器探头(见图1)，对转子信号驻波进行探测，获取转子信号驻波经过m个对称相位点产生的m个(m相)转子信号驻波幅值变化转化而来的对应的电压信号，以此作为逆变控制的初始信号。

4、采用由驱动函数幅控的电流跟踪型逆变方式，控制定转子各相串联绕组的电流的频率相位和幅值，进而控制同步电动机运行的转速和转矩，具体包括：

(1)设置用于控制各相电流幅值的各相驱动函数u_n，使它与各相探测获取的转子信号驻波幅值变化对应的电压信号u_x相乘，得到各相控制信号u_i作为电流跟踪型逆变控制的参考电流信号：经驱动函数调控输出的电流跟踪型逆变控制的参考电流信号为u_i＝u_xu_n，其中u_x是各相探测获取的波幅不变的只包含频率和相位信息的交流单位信号，其中u_n是反映控制信号波幅的驱动函数，驱动函数u_n是数值函数，驱动函数只对信号波幅进行运算，不改变信号的相位，驱动函数中包含电机转速的变量n，①若要产生直流串激电动机机械特性，则设驱动函数为u_n＝K_i/n，其中K_i是幅度调节系数，n是实时测量的转速；②若要产生直流并激电动机机械特性，则设驱动函数为其中K_i是幅度调节系数，c_e是常数，n是实时测量的转速。

(2)设置各相电流跟踪型逆变控制电路：以驱动函数输出的各相控制信号u_i作为参考电流信号，通过容差带电流控制PWM的方法，使逆变电路输出的各相电流跟随各相驱动函数输出的参考电流信号u_i变化，逆变后的各相电流输入定转子各相串联绕组，调节驱动函数的幅度调节系数K_i以调节定子和转子绕组的电流幅值，也就是调节定子磁场和转子磁场的幅值，从而控制了同步电动机的转速和转矩。

5、通过设置定转子绕组匝数和定转子磁场之间的空间相位差角来设置固定同步电动机的功角和功率因数角：

(1)首先设定定子绕组和转子绕组每相串联匝数分别为W₁和W₂，定转子绕组匝数可以考虑设置为相等。

(2)设置定子磁场与转子磁场之间的空间相位差电角度为(α+β)，其中包含α和β两个部分设置(见图2)，具体做法是：①设置在电机转轴或旋转部件上的转子信号驻波任意某波峰与空间相位距离最近的某相转子绕组中心点之间的空间相位差角为α(以转子磁场电角度计算，当转子信号驻波波峰超前该相转子绕组中心点时α为正，滞后该相转子绕组中心点时α为负)，该转子信号驻波波峰与其余各相转子绕组中心点的空间相位差自动跟随所述相设置确定而确定；②设置与所述某相转子绕组同相属的定子绕组中心点与该相探头之间的空间相位差角为β(以定子磁场电角度计算，当该相定子绕组中心点超前该相探头时β为正，滞后该相探头时β为负)，其余各相的定子绕组中心点与本相探头之间的空间相位差各不相同，因为探头按转子信号驻波电角度设置而转子信号驻波波长与定子磁场波的波长不同，所以各相的空间相位差自动跟随所述相设置确定而确定。

上述设置的α与β之和，即等于定子磁场与转子磁场之间的空间相位差角，(α+β)＞0说明定子磁场超前转子磁场，为电动运行，(α+β)＜0说明定子磁场滞后转子磁场，为制动运行。若要从电动运行转变为制动运行时，应使定子磁场从超前于转子磁场，转变为滞后于转子磁场，可以采用不受转速频率影响的电子移相电路把信号电压的时间相位进行超前移相，超前移相角为(其中为定子绕组电势与电流的夹角，为转子绕组电势与电流的夹角，见图3)，从而使定子磁场空间相位电角度从超前于转子磁场(α+β)，转变为滞后于转子磁场(α+β)，若定转子绕组匝数相等，则把从探头获得的信号电压的时间相位超前移相角，为功率因数角。

以下说明上述设置定子磁场与转子磁场之间的空间相位差角(α+β)的理由：

设转子信号驻波、定子磁场波、转子磁场波上各有一个表达幅相关系的坐标，把三个坐标的原点与任意某相的时间矢量的时间坐标的零起点重合，于是可以看到：A、在转子信号驻波坐标上，经过某相探头处的转子信号驻波的空间相位电角度与该相探头获得的幅值变化信号的时间相位角相同，因而也与受其控制的该相电流的时间相位角相同；B、在定子磁场坐标上，根据m相绕组磁势合成的原理，经过每相绕组中心点的定子磁场波的空间相位电角度与通过该相绕组的电流时间相位角相同，C、在转子磁场坐标上，同样道理，经过每相转子绕组中心点的转子磁场波的空间相位电角度与通过该相绕组的电流时间相位角相同，由于同一个电流相位决定了上述三个波的相位，所以结论是：某相探头处的转子信号驻波与该相定子绕组中心点处的定子磁场波、该相转子绕组中心点处的转子磁场波，在各自坐标上表达的空间相位电角度是相同的，于是可以通过这三个波的电角度相同点(同相位点)在空间的相互位置关系(见图2)，来确定定子磁场波和转子磁场波之间的空间相位差，即：定子磁场波超前转子磁场波的空间相位差应等于定子磁场波电角度同相位点超前转子信号驻波电角度同相位点的空间相位差加上转子信号驻波电角度同相位点超前转子磁场波电角度同相位点的空间相位差。但由于波长不同，定子磁场波与转子信号驻波，及转子磁场波与转子信号驻波，它们电角度同相位点之间的空间相位差，不同相表现出来是不同的，但是相加计算后的结果是：不同相的定子磁场波与转子磁场波的电角度同相位点之间的空间相位差是相同的。下面从任意设置的某一相出发来分析：先确定定子磁场波与转子信号驻波的电角度同相位点之间的空间相位差，因为如上说，某相定子绕组中心点的定子磁场波与该相探头处的转子信号驻波在各自坐标上的电角度相位始终是保持相等的，所以定子磁场波的电角度同相位点超前转子信号驻波的电角度同相位点的空间相位差，也就是该相定子绕组中心点超前该相探头的空间相位差β，然后确定转子信号驻波与转子磁场波之间的电角度同相位点的空间相位差，但它并不等于该相转子绕组中心点与该相探头之间的空间相位差，因为转子信号驻波同相位点通过探头传递到该相转子绕组中心点的转子磁场上，表现为反向旋转的转子磁场同相位点，而实际上转子磁场相对于定子是作正向旋转的，应该从正向旋转方向来看该相转子绕组中心点的转子磁场，在看作正向旋转的转子磁场上，和转子信号驻波的相位变化规律相同的电角度相位点，与看作反向旋转的转子磁场上，和转子信号驻波的相位变化规律相同的电角度相位点，两者恰好以波峰为中心线互相镜像对称(见图2，A′点为镜像对称点)，所以从正向旋转方向看到的转子磁场的电角度同相位点，应该在反向旋转方向看到的电角度同相位点的以波峰为中心线的镜像对称点(A′)处，正向旋转方向看的同相位点与反向旋转方向看的同相位点，两者相差的空间相位距离为反向旋转方向看的同相位点与其波峰中心线之间的空间相位距离的两倍，那就正好等于转子信号驻波的电角度同相位点与其波峰之间的空间相位距离(因为转子信号驻波的波长是转子磁场波长的两倍)。这样一来，转子信号驻波电角度同相位点超前转子磁场的电角度同相位点的空间相位差，应该等于转子信号驻波电角度同相位点超前(产生反向旋转磁场相位点的)该相转子绕组中心点的空间相位差再加上反向旋转方向看的同相位点与正向旋转方向看的同相位点之间的空间相位差，或等于加上转子信号驻波的波峰超前其本身电角度同相位点之间的空间相位差，两者相加的结果恰好等于转子信号驻波的波峰超前该相转子绕组中心点的空间相位差α(见图2)。上述说明了：定子磁场波与转子磁场波之间的空间相位差包含了两个部分：A、转子信号驻波任意某个波峰与空间相位距离最近的某相转子绕组中心点之间的空间相位差角α，B、与所述某相转子绕组同相属的定子绕组中心点与该相探头之间的空间相位差角β，(α+β)就是定子磁场与转子磁场之间的空间相位差角。

(3)根据定子磁场与转子磁场之间的空间相位差角(α+β)、定转子匝数比，确定同步电动机功角θ及功率因数角(见图3、图4)：

图3是磁势电势合成图，图中是定子磁势，是转子磁势，分别是定转子合成磁势及合成磁通，是定子感应电势，是转子感应电势，ωt是相位角变化，θ是功角，(α+β)是定子磁场与转子磁场之间的空间相位差角，及分别为定子和转子的电流与感应电势的夹角也是相应磁势与感应电势的夹角。从电机学可以证明，同步电动机功角θ为定转子合成磁势H_δ与转子磁势H₂之间的空间相位差角，但此电机定子磁势、转子磁势是由同一个激磁电流产生，即(m为相数)，从图3可知定转子合成磁势为因为由此可得功角表达式：为了求出功率因数角，需要把定子绕组电压段和串联的转子绕组电压段分开考虑，而电流是同一个电流，在图3磁势电势合成图上，由合成磁通感应出来的定子绕组感应电势滞后于90度，超前90度，也超前定子磁势为度，合成磁通感应出来的转子绕组感应电势在电气相位上也滞后于90度，但因为转子绕组相序是反旋转方向的，转子电路的相位变化是跟着相序走的，所以在磁势电势合成图上表现出来的转子绕组感应电势超前于90度，滞后于90度，也滞后于转子磁势为度，在电气相位上实际是超前转子磁势为度。图4是电势合成图，在电势合成图上相位关系是电气相位，因电流与定子磁势是同相位的，所以定子绕组感应电势相反矢量超前的角度，等于超前于的角度为度，电流与转子磁势也是同相位的，所以转子绕组感应电势相反矢量超前的角度，也等于超前于的角度为度，由此可以求出定转子串联电路总的感应电势相反矢量超前于电流的相位角忽略定转子漏阻抗压降，近似等于功率因数角。由图4可求得：

因及代入上式后得：由图3可知及由此可求出代入ε式可得：再从图4得可得功率因数角： 以上是根据定转子磁场空间相位差角及定转子绕组匝数求得功角和功率因数角的方法，如果把定转子绕组匝数设为相等结果简单多了，假如定转子绕组每相串联匝数都等于W，则H₁＝H₂，从图3可知，磁势合成图形为对称菱形，功率因数角功角功角和功率因数角的关系为：或从公式计算得出同样结果。

附图说明：图1是转速叠加同步运转原理示意图，图中以三相4极转速为例，“1”代表8极定子磁场波，以转速n顺时针旋转，“2”代表8极转子磁场波，以转速n相对于转子反时针旋转，“3”代表4极转子信号驻波，和转子本身以转速2n顺时针旋转，其中A、B、C是三相三个探测器探头，获取转子信号驻波经过探头时产生的幅值变化信号。图2是定子磁场波、转子磁场波、转子信号驻波三个波在空间的位置关系示意，H₁代表定子磁场波，以n转速正向旋转(图中向右)，H₂代表转子磁场波，相对于转子以n转速反向旋转，但图中相对于定子以n转速正向旋转(图中向右)，T代表转子信号驻波，以2n转速正向旋转(图中向右)，定子磁场波上方的A、B、C代表定子A、B、C三相绕组的各相中心点，转子磁场波下方的A、B、C代表转子A、B、C三相绕组的各相中心点，转子信号驻波上方的A探、B探、C探代表三相探测器探头，(α+β)是定子磁场与转子磁场之间的空间相位差角，图中定子绕组A相中心点与A相探头的空间相位距离为β，转子信号驻波波峰与转子绕组A相中心点的空间相位距离为α，定子绕组A相中心的定子磁场相位点与转子磁场的同相位点(处于转子绕组A相中心的转子磁场相位点以波峰为中心线的镜像对称点A′处)之间的空间相位距离为(α+β)。图3是定转子磁势合成及电势图，图中是定子磁势，是转子磁势，是定转子合成磁势，Φ_δ是定转子合成磁通，是定子绕组感应电势，是转子绕组感应电势，ωt是相位角变化，θ是功角，为定子磁势与定子绕组感应电势相反矢量的夹角，也是相应定子绕组电流与定子绕组感应电势相反矢量的夹角，为转子磁势与转子绕组感应电势相反矢量的夹角，也是相应转子绕组电流与转子绕组感应电势相反矢量的夹角。图4是定转子绕组电势合成图，图中电流为定转子串联绕组共同的电流，定子绕组感应电势相反矢量超前电流的角度为，转子绕组感应电势相反矢量超前电流的角度为，定转子绕组串联电路总的感应电势的相反矢量(近似等于定转子绕组串联电路总电压)超前于电流的相位角为，即功率因数角为ε为中间计算量。

具体实施方式：

具体实施上述发明还需作如下补充：

(1)此同步电动机输出转矩与定转子电流平方成正比：如前说，电机学可以证明，同步电动机的功角θ为定转子合成磁势H_δ与转子磁势H₂之间的空间相位差角，转矩可以表达为定转子合成磁场与转子磁场及它们之间夹角正弦的乘积：M＝K_MH_δH₂ sinθ，即

(其中K_M为常数，(α+β)已经设定，所以K_m也为常数)，所以此同步电动机输出转矩与定转子电流平方成正比。

(2)用仿直流串激电动机机械特性的驱动函数进行幅控时，根据驱动函数u_n＝K_i/n，及转矩M＝K_mI² sinθ，及被控电流I＝u_n，可得机械特性：因为运行中功角θ不变，为常数，所以一键驱动的效果是：当负载转矩M不变时，调节幅度系数K_i，转速n与K_i成正比变化，当转速不变时，调节幅度系数K_i，转矩M正比于K_i平方；当幅度调节系数K_i不变时，遇到负载转矩变化所引起的转速变化，转矩M与转速n平方成反比，所以机械特性与直流串激电动机相似。

(3)用仿直流并激电动机机械特性的驱动函数进行幅控时，根据驱动函数及转矩M＝K_mI² sinθ，及被控电流I＝u_n，可得机械特性：它是一条以为空载转速的向下倾斜的直线，斜率为是常数，所以一键驱动的效果是：当转矩M不变时，调节幅度系数K_i，转速n与K_i成正比变化；当转速n不变时，调节幅度系数k_i，转矩M与K_i成正比变化；当幅度调节系数K_i不变时，负载转矩变化所引起的转速变化与机械特性斜率有关，当斜率很小时转速变化很小，所以机械特性与直流并激电动机相似。

(4)同步电动机定转子均采用常规绕组结构，定子绕组和转子绕组极对数相同，定子绕组采用正向旋转相序的m相对称绕组(m为1至12的任何正整数)，转子绕组采用反向旋转相序的m相对称绕组，转子m相绕组通过m对电刷滑环与定子m相绕组的对应相分别串联然后联成对称m相接法，单相电机可采用抓极式磁路结构而省略滑环电刷，把定子绕组每相匝数与转子绕组每相匝数设为相等，可使计算简单化。

(5)在电动机旋转部件上安装的极对数为转子磁场极对数一半的转子信号驻波装置，可以安装在电机外面转轴上，以避免电机内高温对探测的影响，对于连续性正弦分布波的转子信号驻波可以采用磁通量随正弦波幅值变化的磁性物体被霍尔探测器探测，或采用光通量随正弦波幅值变化的发光器被光电接受器接收。

(6)在电动机固定部件上面对转子信号驻波测量面的适当圆周空间上安装的m个探测器探头，采用适当的有信号屏蔽措施的探测传感器，使探测获得的转子信号驻波m相幅值变化信号转化成对应的信号电压不受干扰。

(7)从电动运行转变为制动运行时需要进行移相，因为转速变化会引起频率改变，用电子电路移相时，移相值必须是不受频率改变影响的，所以要采用不受转速频率影响的电子移相电路，把各相获得的信号电压的时间相位进行超前移相，有多种办法可以做到这一点，若不用电子移相电路，也可以采用探测器探头空间相位移相的方法，使各相探测器探头相对于定子本相绕组中心点同步移相为滞后相同的空间相位角，用机械或机电方式控制，空间相位移相角与信号时间相位移相角相同。

(8)这里采用容差带电流控制PWM的方法来设置电流跟踪型逆变控制电路，容差带电流控制PWM的方法不会产生对电机运行危害很大的中低次谐波，使逆变过程的谐波含量相比电压脉宽调制PWM方式少得多，但是需采用较好的控制策略，以防止开关频率过高所引起的开关损耗增大，另一方面，逆变过程中逆变电路的直流电压源若保持电压不变，交流电压会自动随着转速、转矩(也就是输出交流电流的幅度)的变化而变化，直流电压源的电压可以根据交流电压的变化也作适当变化，以防止电流幅度变小时开关频率过高，但直流电压源的电压应始终大于交流电压的峰值，交流电压与感应电势接近相等，可以根据转速、定转子绕组匝数、磁通量(与输出交流电流的幅度相关)等参数计算出。

Claims (10)

1.直流电源经m相逆变方法转化为m相交流电向绕线式转子同步电动机运行供电，逆变环节采用电流跟踪型逆变控制方式，其特征为：同步电动机采用定转子正反序绕组串联激磁方法和转子信号驻波引导的特殊相位联动的逆变控制方法互相配合，使定转子磁场按转速叠加的原理自动同步运转，并采用由驱动函数幅控的电流跟踪型逆变方式，来控制定转子各相绕组的电流的频率相位和幅值，进而来控制同步电动机运行的转速和转矩，并通过设置定转子磁场之间的空间相位差角和定转子绕组匝数来设定同步电动机的运行功角和功率因数角。

2.权利要求1所述的同步电动机采用定转子正反序绕组串联激磁方法和转子信号驻波引导的特殊相位联动的逆变控制方法互相配合，使定转子磁场按转速叠加的原理自动同步运转，其特征为：同步电动机定子和转子均采用m相对称绕组(m为1至12的任何正整数)，两者极对数相同，且定子m相绕组与转子m相绕组的对应相分别串联然后联成多相对称接法，但转子绕组的相序与定子绕组的相序方向相反(m等于1的单相电机无相序除外)，使定子m相绕组在定子上产生正向旋转的磁场，转子m相绕组在转子上产生反向旋转的磁场(m等于1的单相电机则利用其定子正向旋转磁场分量和转子反向旋转磁场分量)。

3.权利要求1所述的同步电动机采用定转子正反序绕组串联激磁方法和转子信号驻波引导的特殊相位联动的逆变控制方法互相配合，使定转子磁场按转速叠加的原理自动同步运转，其特征为：借助于特殊的相位联动逆变控制，使定子旋转磁场以转子转速的一半正向旋转，转子旋转磁场以转子转速的一半相对于转子反向旋转，而转子以两倍于定子旋转磁场的转速与之同向旋转，其结果转子上的反向旋转磁场转速与转子转速叠加，使转子旋转磁场相对于定子的旋转方向和转速都与定子旋转磁场相对于定子的旋转方向和转速相同，从而达到在定转子绕组串激的条件下定子磁场与转子磁场的同步运转。

4.权利要求1所述的同步电动机采用定转子正反序绕组串联激磁方法和转子信号驻波引导的特殊相位联动的逆变控制方法互相配合，使定转子磁场按转速叠加的原理自动同步运转，其特征为：采用转子信号驻波引导的特殊相位联动逆变控制法，具体包括两个做法(1)在电动机转轴或其他旋转部件上安装极对数为定子磁场或转子磁场极对数1/2的沿圆周正弦分布的转子信号驻波装置，使转子信号驻波的空间相位角与电角度比例是定子磁场或转子磁场的空间相位角与电角度比例的两倍，转子信号驻波的载体为各种可以被检测的物理量，(2)在电动机固定部件上面对转子信号驻波测量面的适当圆周空间上，按转子信号驻波的空间电角度计量，在互相间隔360°/m电角度的m相对称相位点位置上安装m个探测器探头，对转子信号驻波进行探测，获取转子信号驻波经过m个对称相位点产生的m个(m相)转子信号驻波幅值变化转化而来的对应的电压信号，以此作为逆变控制的初始信号。

5.权利要求4所述的(1)在电动机转轴或其他旋转部件上安装极对数为定子磁场或转子磁场极对数1/2的沿圆周正弦分布的转子信号驻波装置，使转子信号驻波的空间相位角与电角度比例是定子磁场或转子磁场的空间相位角与电角度比例的两倍，转子信号驻波的载体为各种可以被检测的物理量，其特征为：①由转子信号驻波电角度相位所引导的逆变控制产生的电流在频率上，迫使定转子磁场只能以转子信号驻波1/2转速也即转子1/2转速正反向旋转，使转子以两倍于定子旋转磁场的转速与之同向旋转，自动符合了转速叠加同步运转的需要，②由转子信号驻波电角度相位所引导的逆变控制产生的电流在相位上，使转子信号驻波的空间相位增量是定子磁场或转子磁场的空间相位增量的两倍，从而因空间叠加原理，使转子磁场相对于定子的空间相位增量与定子磁场相对于定子的空间相位增量相等，使定转子磁场之间的空间相位差始终保持不变即相位自动同步，也使同步电动机的功角保持不变，使定转子磁场不会产生失步现象。

6.权利要求1所述的采用由驱动函数幅控的电流跟踪型逆变方式，来控制定转子各相绕组的电流的频率相位和幅值，进而来控制同步电动机运行的转速和转矩，其特征为：(1)设置用于控制各相电流幅值的各相驱动函数u_n，使它与各相探测获取的转子信号驻波幅值变化对应的电压信号u_x相乘，得到各相控制信号u_i作为电流跟踪型逆变控制的参考电流信号，(2)设置各相电流跟踪型逆变控制电路，以驱动函数输出的各相控制信号u_i作为参考电流信号，通过容差带电流控制PWM的方法，使逆变电路输出的各相电流跟随各相驱动函数输出的参考电流信号u_i变化，逆变后的各相电流输入定转子各相串联绕组，调节驱动函数的幅度调节系数K_i以调节定子和转子绕组的电流幅值，也即调节定子磁场和转子磁场的幅值，从而控制了同步电动机的转速和转矩。

7.权利要求6所述的(1)设置用于控制各相电流幅值的各相驱动函数u_n，与各相探测获取的转子信号驻波幅值变化对应的电压信号u_x相乘，得到各相控制信号u_i作为电流跟踪型逆变控制的参考电流信号，其特征为：电流跟踪型逆变控制的参考电流信号为u_i＝u_xu_n，其中u_x是各相探测获取的波幅不变的只包含频率和相位信息的交流单位信号，其中驱动函数u_n是数值函数，只对信号波幅进行运算，不改变信号的相位，驱动函数u_n中包含电机转速的变量n。

8.权利要求6所述的(1)设置用于控制各相电流幅值的各相驱动函数u_n，与各相探测获取的转子信号驻波幅值变化对应的电压信号u_x相乘，得到各相控制信号u_i作为电流跟踪型逆变控制的参考电流信号，其特征为：若要产生直流串激电动机机械特性，设置驱动函数为u_n＝K_i/n，其中K_i是幅度调节系数，n是实时测量的转速，若要产生直流并激电动机机械特性，设置驱动函数为其中K_i是幅度调节系数，c_e是常数，n是实时测量的转速。

9.权利要求1所述的通过设置定转子磁场之间的空间相位差角和定转子绕组匝数来设定同步电动机的运行功角和功率因数角，其特征为：设置定子磁场与转子磁场之间的空间相位差电角度为(α+β)，其中包含α和β两个部分设置，具体做法是(1)设置在电机转轴或旋转部件上的转子信号驻波任意某波峰与空间相位距离最近的某相转子绕组中心点之间的空间相位差角为α(以转子磁场电角度计算，当该转子信号驻波波峰超前该相转子绕组中心点时α为正，滞后该相转子绕组中心点时α为负)，该转子信号驻波波峰与其余各相转子绕组中心点的空间相位差自动跟随所述相设置确定而确定，(2)设置与所述某相转子绕组同相属的定子绕组中心点与该相探头之间的空间相位差角为β(以定子磁场电角度计算，当该相定子绕组中心点超前该相探头时β为正，滞后该相探头时β为负)，其余各相的定子绕组中心点与本相探头之间的空间相位差各不相同，自动跟随所述相设置确定而确定。

10.权利要求1所述的通过设置定转子磁场之间的空间相位差角和定转子绕组匝数来设定同步电动机的运行功角和功率因数角，其特征为：根据定转子磁场空间相位差角(α+β)及定转子绕组每相串联匝数W₁和W₂，功角θ的计算方法是功角功率因数角的计算方法是，根据功角计算结果计算出功率因数角