CN112968634B - 一种同步电机励磁系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及励磁系统，更具体的说是一种同步电机励磁系统，包括控制器和励磁机，所述励磁机和同步电机同轴连接，控制器调节输入励磁机的三相电压，励磁机包括励磁机定子铁芯、励磁机转子铁芯、励磁机定子绕组和励磁机转子绕组，励磁机定子铁芯上设置有励磁机定子绕组，励磁机转子铁芯上设置有励磁机转子绕组，励磁机转子铁芯和同步电机通过轴同轴连接，励磁机定子绕组和励磁机转子绕组之间设置有气隙，可以通过向励磁机通入三相电或直流电，通过控制器能够灵活控制励磁电压的频率与幅值，能够最大程度上与同步电机转子进行适配，使同步电机在全速度范围内都能够实现励磁，在低速段保证同步电机的扭矩输出，并在高速段实现同步电机转子弱磁控制。

Description

一种同步电机励磁系统
技术领域
本发明涉及励磁系统，更具体的说是一种同步电机励磁系统。
背景技术
同步电机具有高效率、磁场可调等优点，在新能源汽车领域有巨大的应用前景，但是需要碳刷部件，降低的电机的可靠性。传统的电机无刷励磁系统的励磁电压随转速变化，在电机转速变化的情况下无法维持稳定的励磁。
传统的同步电机无刷励磁系统的结构近似一台直流电机，在励磁系统定子设有固定的线圈，用来产生磁场，励磁系统的转子线圈在旋转时切割这个磁场的磁力线，会在转子输出端口产生交流感应电压，经过整流器变成直流电，给同步电机励磁绕供电。一般来说，励磁系统的定子电流是固定的，定子产生的磁场也是固定的。因此，励磁电压随电机转速升高而升高，因此这种结构只能用于发电机等转速相对固定，工况较为简单的领域。而在电机速度较低的工作区域，由于电机转速不足，励磁电压下降，电机不能充分励磁，导致电机输出扭矩不足。而在高转速区域，励磁电压又过高，导致电机过励磁，损耗升高。
发明内容
本发明的目的是提供一种同步电机励磁系统，提出一个励磁磁场可调节的无刷励磁系统，保证同步电机的全速度范围内都能获得理想的励磁磁场。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种同步电机励磁系统，包括控制器和励磁机，所述励磁机和同步电机同轴连接，控制器调节输入励磁机的三相电压。
作为本技术方案的进一步优化，本发明一种同步电机励磁系统，所述励磁机包括励磁机定子铁芯、励磁机转子铁芯、励磁机定子绕组和励磁机转子绕组，励磁机定子铁芯上设置有励磁机定子绕组，励磁机转子铁芯上设置有励磁机转子绕组，励磁机转子铁芯和同步电机通过轴同轴连接，励磁机定子绕组和励磁机转子绕组之间设置有气隙。
作为本技术方案的进一步优化，本发明一种同步电机励磁系统，所述励磁机定子绕组为对称的三相励磁绕组，三相电压通入励磁机定子绕组。
作为本技术方案的进一步优化，本发明一种同步电机励磁系统，所述励磁机转子绕组为对称的三相励磁绕组。
作为本技术方案的进一步优化，本发明一种同步电机励磁系统，所述控制器采用三相半桥结构，通过PWM控制算法输出幅值、频率可调节的三相电压。
作为本技术方案的进一步优化，本发明一种同步电机励磁系统，所述同步电机励磁系统还包括整流器，励磁机转子绕组的输出端和整流器连接，整流器和同步电机连接。
本发明一种同步电机励磁系统的有益效果为：
本发明一种同步电机励磁系统，可以通过向励磁机通入三相电或直流电，通过控制器能够灵活控制励磁电压的频率与幅值，能够最大程度上与同步电机转子进行适配，使同步电机在全速度范围内都能够实现励磁，在低速段保证同步电机的扭矩输出，并在高速段实现同步电机转子弱磁控制。
附图说明
下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步详细的说明。
图1是本发明的同步电机励磁系统示意图；
图2是本发明的励磁机结构示意图；
图3是本发明的同步电机停转时励磁机工作状态示意图；
图4是本发明的同步电机低速运行时励磁机工作状态示意图；
图5是本发明的同步电机高速运行时励磁机工作状态示意图；
图6是本发明的同步电机励磁系统整体示意图。
图中：励磁机定子铁芯1；励磁机转子铁芯2；励磁机定子绕组3；励磁机转子绕组4；同步电机转子铁芯5；同步电机励磁绕组6；同步电机定子绕组7；同步电机定子铁芯8；整流器支撑板9；整流器10；轴11；轴承12；机壳13。
具体实施方式
具体实施方式一：
下面结合图1至6说明本实施方式，一种同步电机励磁系统，包括控制器和励磁机，所述励磁机和同步电机同轴连接，控制器调节输入励磁机的三相电压；可以通过向励磁机通入三相电或直流电，通过控制器能够灵活控制励磁电压的频率与幅值，能够最大程度上与同步电机转子进行适配，使同步电机在全速度范围内都能够实现励磁，在低速段保证同步电机的扭矩输出，并在高速段实现同步电机转子弱磁控制。
具体实施方式二：
下面结合图1至6说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述励磁机包括励磁机定子铁芯1、励磁机转子铁芯2、励磁机定子绕组3和励磁机转子绕组4，励磁机定子铁芯1上设置有励磁机定子绕组3，励磁机转子铁芯2上设置有励磁机转子绕组4，励磁机转子铁芯2和同步电机通过轴11同轴连接，励磁机定子绕组3和励磁机转子绕组4之间设置有气隙。
具体实施方式三：
下面结合图1至6说明本实施方式，本实施方式对实施方式二作进一步说明，所述励磁机定子绕组3为对称的三相励磁绕组，三相电压通入励磁机定子绕组3。
具体实施方式四：
下面结合图1至6说明本实施方式，本实施方式对实施方式三作进一步说明，所述励磁机转子绕组4为对称的三相励磁绕组。
具体实施方式五：
下面结合图1至6说明本实施方式，本实施方式对实施方式四作进一步说明，所述控制器采用三相半桥结构，通过PWM控制算法输出幅值、频率可调节的三相电压。
具体实施方式六：
下面结合图1至6说明本实施方式，本实施方式对实施方式五作进一步说明，所述同步电机励磁系统还包括整流器10，励磁机转子绕组4的输出端和整流器10连接，整流器10和同步电机连接。
本发明的一种同步电机励磁系统，其工作原理为：
本发明的核心目标是实现对同步电机励磁电流的控制。结合下面这个公式
Ur＝NB(ωr-ωs)；
如图3所示，当同步电机停转时，控制器向励磁机的励磁机定子铁芯1通入三相电压，在励磁机的气隙中产生旋转的磁场，旋转磁场使励磁机转子铁芯2产生感应电压，并通过三相整流器整流，向同步电机转子励磁绕绕组供电。此时，同步电机转子励磁绕组的能量完全由励磁机提供，励磁机滑差s＝1。
如图4所示，当同步电机低速运行时，励磁控制器同样向励磁机定子铁芯1通入三相电压。为了在此状态下实现励磁，励磁机定子铁芯1产生的磁场旋转频率与励磁机转子铁芯2的磁场频率应保持一个较大的速度差。此时，励磁机定子绕组3产生的磁场方向应与同步电机转子旋转方向相反，这在能获得最大的感应电动势的同时，励磁机定子绕组3的工作频率较低，有助于减小损耗。此时，同步电机转子励磁绕组的能量有两个，一世既由励磁机提供的能量，同时，励磁机转子铁芯2将电机的动能转化为电能，为同步电机励磁绕组供电，此时励磁机滑差s>1；当同步电机在中低转速时，希望同步电机的转子励磁电流较大，这就需要产生一个较大的励磁机转子绕组4输出电压Ur。由于此时励磁机转子铁芯2转速ωr较小，可以让励磁机定子铁芯1磁场对向旋转，即ωs<0，来增加励磁机转子绕组4的输出电压。
如图5所示，当同步电机处于高速状态时，向励磁机定子绕组3两相绕组中通入直流电，另一套绕组不工作。此时，励磁机定子绕组3产生一个固定的磁场。由于励磁机转子铁芯2本身速度较高，励磁机转子铁芯2已经能获得足够的感应电压，可通过调节励磁机定子铁芯1电流的幅值控制同步电机的励磁电流。在同步电机高速段，当同步电机需要进行弱磁控制时，只需减小励磁机定子铁芯1电流幅值即可实现弱磁控制。励磁机转子铁芯2将同步电机转子动能变为电能为同步电机励磁绕组供电，励磁机定子铁芯1只负责提供磁场，不再为励磁绕组供电，此时励磁机滑差s＝∞；而当同步电机转速较高时，为了避免同步电机的反电势过高，实际上希望减小励磁电流，此时应该适当减小Ur。此时已经很高，最好让ωs＝0，并减小励磁机的励磁电流，减小B值来减小Ur，这种方法操作比较简单，损耗也最小。
当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种同步电机励磁系统，包括控制器和励磁机，其特征在于：所述励磁机和同步电机同轴连接，控制器调节输入励磁机的三相电压；
所述励磁机包括励磁机定子铁芯(1)、励磁机转子铁芯(2)、励磁机定子绕组(3)和励磁机转子绕组(4)，励磁机定子铁芯(1)上设置有励磁机定子绕组(3)，励磁机转子铁芯(2)上设置有励磁机转子绕组(4)，励磁机转子铁芯(2)和同步电机通过轴(11)同轴连接，励磁机定子绕组(3)和励磁机转子绕组(4)之间设置有气隙；
所述励磁机定子绕组(3)为对称的三相励磁绕组，三相电压通入励磁机定子绕组(3)；
所述励磁机转子绕组(4)为对称的三相励磁绕组；
通过向励磁机通入三相电或直流电，控制器控制励磁电压的频率与幅值，在低速段保证同步电机的扭矩输出，并在高速段实现同步电机转子弱磁控制；
当同步电机停转时，控制器向励磁机的励磁机定子铁芯(1)通入三相电压；
当同步电机低速运行时，励磁控制器同样向励磁机定子铁芯(1)通入三相电压；
当同步电机处于高速状态时，向励磁机定子绕组(3)两相绕组中通入直流电，另一套绕组不工作。
2.根据权利要求1所述的一种同步电机励磁系统，其特征在于：所述控制器采用三相半桥结构，通过PWM控制算法输出幅值、频率可调节的三相电压。
3.根据权利要求1至2任一项所述的一种同步电机励磁系统，其特征在于：所述同步电机励磁系统还包括整流器(10)，励磁机转子绕组(4)的输出端和整流器(10)连接，整流器(10)和同步电机连接。
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