CN111030404B - 电机及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种电机，电机包括至少两个转子和定子；所述定子上设置有与每个转子相配合的定子绕组；每个所述转子的转动惯量不同，至少两个的所述转子可切换工作。根据本申请的电机，在绕组切换电路后进行高频运行，机械时间常数仍然大于电磁时间常数，无需在电机驱动过程中加入反电动势补偿，使得电路结构简单。

Description

电机及其控制方法
电机及其控制方法
技术领域
本申请属于电机技术领域，具体涉及一种电机及其控制方法。
背景技术
目前，变频压缩机具有节能、高效、冷量调节范围广的优势，成为现当代制冷压缩机发展的一个大方向。压缩机电机作为压缩机变频化的核心部件，但是传统的压缩机电机在设计、生产一般只采用一种绕组形式。电机只采用一套工作绕组工作时可以在一定的工作范围内保持电机的高效运行，随着压缩机运行频率的升高，电机控制会进入弱磁状态，从而导致电机效率受损，而现有技术中通过解决电机绕组切换过程中冲击电流、如何平滑切换绕组以及双绕组电机，以此来实现电机扩速和提升低频能效的问题。
但是，当电机反电势系数发生变化后，电机机械时间常数与电磁时间常数发生变化，从而导致驱动困难等问题的解决方式。在实际工作中，若电磁时间常数小于或接近机械时间常数时，会导致电机驱动困难、在控制上将需要加入反电势补偿等技术从而导致驱动电路过于复杂，成本过高等问题的出现。
因此，如何提供一种在绕组切换电路后进行高频运行，机械时间常数仍然大于电磁时间常数的问题电机成为本领域技术人员急需解决的问题。
发明内容
因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种电机，在绕组切换电路后进行高频运行，机械时间常数仍然大于电磁时间常数。
为了解决上述问题，本申请提供一种电机，包括至少两个转子和定子；定子上设置有与每个转子相配合的定子绕组；每个所述转子的转动惯量不同；至少两个的转子可切换工作。
优选地，电机包括沿径向由外而内依次布置的外转子、定子以及内转子；定子上设置有第一套绕组和第二套绕组；第一套绕组与外转子相对应，第二套绕组与内转子相对应。
优选地，外转子的反电势常数为φ1；内转子的反电势常数为φ2；其中φ1≧1.42φ2。
优选地，外转子工作时，q轴电感为L1；内转子工作时，q轴电感为L2；L1=L2；和/或，KT=Ke*9/314；其中Ke为电机反电势系数，KT为电机转矩常数。
优选地，内转子为内置式转子；和/或，外转子为表贴式转子。
优选地，电机的控制器母线电压阀值为V1，电压利用系数为a，电机的电压有效值为V2；其中V2≤aV1/1.414。
优选地，在运行中，加载在电机的端电压为U，电机实际运行转速为n；电机运行负载为M；绕组的电阻为R；；U≤0.95V2。
优选地，外转子的电机机械时间常数为Tm1，＞；其中R1为第二套绕组的电阻；R2为外转子的内半径，r3为外转子的外半径；m2为外转子的质量；和/或，内转子的电机机械时间常数为Tm2，＞；其中R2为第二套绕组的电阻；R1为内转子半径；m1为内转子的质量。
一种电机的控制方法，电机为上述的电机；控制方法包括：
获取电机的运行频率；
根据电机的运行频率，切换电机中运行的定子绕组，使电机的运行频率与相对应的转子相匹配。
优选地，电机在中低频运行时，电机切换为外转子运行，同时定子绕组切换为第一套绕组工作；电机在高频运行时，电机切换为内转子运行，同时定子绕组切换为第二套绕组工作。
本申请提供的电机，在绕组切换电路后进行高频运行，机械时间常数仍然大于电磁时间常数，解决了机械时间常数小于电磁时间常数时，电流环在动态过程中不能有效抑制反电动势的扰动，电流的动态响应会变差，进而需要加入反电势补偿导致电路变复杂的问题。
附图说明
图1为本申请实施例电机的结构示意图；
图2为本申请实施例电机的结构示意图；
图3为本申请实施例电机的结构示意图。
附图标记表示为：
1、外转子；11、第一套绕组；2、定子；21、第二套绕组；3、内转子。
具体实施方式
结合参见图1-3所示，根据本申请的实施例，一种电机，包括至少两个转子和定子；定子上设置有与每个转子相配合的定子绕组；每个转子的转动惯量不同；并且至少两个的转子可切换工作；至少两个的转子可切换工作，同时切换至与其相配合的定子绕组，在绕组切换电路后进行高频运行，机械时间常数仍然大于电磁时间常数，可以解决电机仅在一套电机绕组工作的时候，提高低频电机效率高频无法运行，提高电机运行频率低频效率受损的问题，解决了机械时间常数小于电磁时间常数时，电流环在动态过程中不能有效抑制反电动势的扰动，电流的动态响应会变差，进而需要加入反电势补偿导致电路变复杂的问题。
进一步地，电机包括沿径向由外而内依次布置的外转子1、定子2以及内转子3；定子2上设置有第一套绕组11和第二套绕组21；第一套绕组11与外转子1相对应，第二套绕组21与内转子3相对应。
进一步地，外转子1的反电势常数为φ1；内转子3的反电势常数为φ2；其中φ1≧1.42φ2，电机绕组在进行切换时，可通过控制电路中的开关管或者变频器中的继电器实现绕组的切换，因此所述不同电机绕组具备不同的反电势；电机在中低频运行时电机选择在外转子运行，并选择在反电势常数φ1下运行，实现电机低速大扭矩输出，电机在高频运行时电机选择在线反电势常数φ2下，并选择在内转子运行，实现电机高频扩速，并通过电机在不同反电势运行时选择不同的转动惯量，使得Tm＞Te关系式在整个电机运行区间内得以实现。因机械时间常数为，电磁时间常数为，其中：Ke为电机反电势系数，KT为电机转矩常；所述KT=Ke*9/314。所述电机。
进一步地，外转子1工作时，q轴电感为L1；内转子3工作时，q轴电感为L2；L1=L2；和/或，KT=Ke*9/314；其中Ke为电机反电势系数，KT为电机转矩常数；外转子1的电磁时间常数为Te1；内转子3的电磁时间常数为Te2；其中Te1＜Te2，电机为外转子1运行时，q轴电感为L2；其中L1=L2，电机为内转子运行时，电感为L1；电磁时间常数；电机为外转子运行时，电感为L2；使得L1=L2；但由于外转子工作时，电机绕组跨距较长，必然使得电阻R1＞R2；则有外转子运行时电磁时间常数为Te1；电机为内转子运行时电磁时间常数为Te2；并使得Te1＜Te2。
进一步地，电机极对数为P，P≥1。
进一步地，内转子3为内置式转子；和/或，外转子1为表贴式转子。
进一步地，电机的控制器母线电压阀值为V1，电压利用系数为a，电机的电压有效值为V2；其中V2≤aV1/1.414。
在运行中，加载在电机的端电压为U，电机实际运行转速为n；电机运行负载为M；绕组的电阻为R；；U≤0.95V2，使得电机在低速大扭矩区以及高频恒功率扩速均能保持较高的电机效率。
进一步地，外转子1的电机机械时间常数为Tm1，＞；其中R1为第二套绕组21的电阻；R2为外转子1的内半径，r3为外转子1的外半径；m2为外转子1的质量；和/或，内转子3的电机机械时间常数为Tm2，＞；其中R2为第二套绕组21的电阻；R1为内转子3半径；m1为内转子3的质量，电机中低频运行与高频运行阀值为第一阀值S1，所述电机高频运行上限频率为第二阀值S2；所述电机第二阀值S2≥1.5S1；可以认为电机进入高频运行状态。。
一种电机的控制方法，电机为上述电机；控制方法包括：
获取电机的运行频率；
根据电机的运行频率，切换电机中运行的定子绕组，使电机的运行频率与相对应的转子相匹配。
进一步地，电机在中低频运行时，电机切换为外转子1运行，同时定子绕组切换为第一套绕组11工作；电机在高频运行时，电机切换为内转子3运行，同时定子绕组切换为第二套绕组21工作。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种电机，其特征在于，包括定子和至少两个转子；所述定子上设置有与每个转子相配合的定子绕组；每个所述转子的转动惯量不同；并且至少两个的所述转子可切换工作，同时切换至与其相配合的定子绕组；所述电机包括沿径向由外而内依次布置的外转子(1)、定子(2)以及内转子(3)；所述定子(2)上设置有第一套绕组(11)和第二套绕组(21)；
所述外转子(1)的电机机械时间常数为Tm1，
Figure FDA0003370317190000011
其中R1为第二套绕组(21)的电阻；R2为所述外转子(1)的内半径，r3为所述外转子(1)的外半径；m2为所述外转子(1)的质量；所述外转子(1)工作时，q轴电感为L1；所述内转子(3)工作时，q轴电感为L2；Ke为电机反电势系数；
和/或，所述内转子(3)的电机机械时间常数为Tm2，
Figure FDA0003370317190000012
其中R2为第二套绕组(21)的电阻；R1为所述内转子(3)半径；m1为内转子(3)的质量。
2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述第一套绕组(11)与所述外转子(1)相对应，所述第二套绕组(21)与所述内转子(3)相对应。
3.根据权利要求2所述的电机，其特征在于，所述外转子(1)的反电势常数为φ1；所述内转子(3)的反电势常数为φ2；其中φ1≧1.42φ2。
4.根据权利要求2所述的电机，其特征在于，L1＝L2；和/或，KT＝Ke*9/314；其中，KT为电机转矩常数。
5.根据权利要求2所述的电机，其特征在于，所述内转子(3)为内置式转子；和/或，所述外转子(1)为表贴式转子。
6.根据权利要求2所述的电机，其特征在于，所述电机的控制器母线电压阀值为V1，电压利用系数为a，所述电机的电压有效值为V2；其中V2≤aV1/1.414。
7.根据权利要求6所述的电机，其特征在于，在运行中，加载在所述电机的端电压为U，电机实际运行转速为n；电机运行负载为M；绕组的电阻为R；
Figure FDA0003370317190000021
U≤0.95V2。
8.一种电机的控制方法，所述电机为如权利要求1-7中任一项所述的电机，其特征在于，所述控制方法包括：
获取电机的运行频率；
根据电机的运行频率，切换所述电机中运行的定子绕组，使所述电机的运行频率与相对应的转子相匹配。
9.根据权利要求8所述的电机的控制方法，其特征在于，所述电机在中低频运行时，电机切换为外转子(1)运行，同时定子绕组切换为第一套绕组(11)工作；所述电机在高频运行时，电机切换为内转子(3)运行，同时定子绕组切换为第二套绕组(21)工作。
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