CN113114015A - 一种永磁同步电机及起动方法 - Google Patents

一种永磁同步电机及起动方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及永磁同步电机技术领域，尤其是指一种永磁同步电机及起动方法，所述永磁同步电机包括机壳以及均与机壳转动连接的第一转子和第二转子，所述第一转子设有用于驱动第二转子转动的绕组，所述第二转子设有永磁体。本发明通过使永磁同步电机呈双转子状，以使拖动转子磁极的空间旋转磁场转速易于控制，从而使得永磁同步电机无需借助高功率的变频器来起动。

Description

一种永磁同步电机及起动方法
技术领域
本发明涉及永磁同步电机技术领域，尤其是指一种永磁同步电机及起动方法。
背景技术
永磁同步电机与鼠笼异步电机相比，有效率高、功率因数高、体积小及节能等优势。可见，永磁同步电机更适应当今强调节约、绿色概念的社会。
永磁转子不需外界能量即可维持其磁场，但这也造成从外部调节、控制其磁场极为困难，因此三相永磁同步电机难以自起动。现有技术中多利用三相永磁同步电机专用的、高性能的变频器来控制定子绕组中的交流电以起动永磁转子，但与永磁同步电机电流相匹配的变频器功率较大，成本较高。如何使得永磁同步电机无需借助高功率变频器而能够自起动，成为行业内亟需解决的问题。
发明内容
本发明针对现有技术的问题提供一种能够自起动的永磁同步电机。
本发明采用如下技术方案：一种永磁同步电机，包括机壳以及均与机壳转动连接的第一转子和第二转子，所述第一转子设有用于驱动第二转子转动的绕组，所述第二转子设有永磁体，所述永磁同步电机还包括制动器，所述制动器用于制动第一转子。
作为优选，所述永磁同步电机还包括风扇，所述风扇设置于所述第二转子。
作为优选，所述永磁同步电机还包括保护罩，所述保护罩用于遮盖所述制动器。
作为优选，所述永磁同步电机还包括变频器，外部电源通过变频器向所述绕组供电。
本发明还提供一种用于上述永磁同步电机的起动方法，包括依次进行的以下步骤：步骤S1：持续向第一转子的绕组通入直流电，使得第一转子和第二转子转动一定角度后静止；步骤S2：第一转子和第二转子静止后，停止向第一转子的绕组通入直流电；步骤S3：向第一转子的绕组通入工频交流电使得第一转子与第二转子反向转动。
作为优选，在步骤S3还包括步骤S4：第二转子或第一转子的转速达到设定转速后，利用制动器制动第一转子。
作为优选，在步骤S4中，制动器的制动力矩逐渐增大。
本发明还提供另一种用于上述永磁同步电机的起动方法，包括依次进行的以下步骤：步骤S1：变频电源向第一转子的绕组通入频率值逐渐增大的变频交流电，使得第一转子和第二转子反向转动；步骤S2：当所述变频交流电的频率值达到预定频率值后，利用制动器制动第一转子；步骤S3：所述变频交流电的频率值持续增大使得第二转子的转速值增大，当第二转子的转速值达到预定转速后，所述变频交流电的频率值保持不变。
作为优选，在步骤S2中，所述预定频率值小于额定频率的频率值。
本发明还提供又一种用于上述永磁同步电机的起动方法，包括依次进行的以下步骤：步骤S1：通过变频电源向第一转子的绕组通入频率值逐渐增大的变频交流电，使得第一转子和第二转子反向转动；步骤S2：当变频电源的变频交流电的频率值与工频电源的频率值之间的差值小于一定值后，关断所述变频电源；步骤S3：利用所述工频电源向第一转子的绕组通入工频交流电，使得绕组产生与第二转子旋转方向相同的旋转磁场；步骤S4：利用制动器制动第一转子，使得第二转子的转速逐渐增加至额定转速。
作为优选，在步骤S4中，制动器的制动力矩逐渐增大。
本发明的有益效果：通过使永磁同步电机呈双转子状，以使拖动转子磁极的空间旋转磁场转速易于控制，从而使得永磁同步电机无需借助高功率的变频器来起动。
附图说明
图1为本发明的机构图示意图。
附图标记为：1、机壳；2、第一转子；21、绕组；3、第二转子；31、永磁体；4、制动器；5、风扇；6、保护罩。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。以下结合附图对本发明进行详细的描述。
图1所示，一种永磁同步电机，包括机壳1以及均与机壳1转动连接的第一转子2和第二转子3，所述第一转子2设有用于驱动第二转子3转动的绕组21，所述第二转子3设有永磁体31。
常规的永磁电机中，永磁转子的磁场难以控制，因此在起动过程中永磁转子难以稳定地跟随旋转磁场转动。同时，常规永磁电机中的定子产生的旋转磁场转速较快，相当于转子磁极所受的电磁转矩的方向瞬息万变，每经交流电的半个周期，转矩的方向就改变一次，因此转子磁极所受的平均转矩等于零，因此无法完成起动。而在上述实施例中，由于第一转子2和第二转子3均可自由转动，因此易于对拖动转子磁极的空间旋转磁场转速进行控制。
如图1所示，所述永磁同步电机还包括风扇5，所述风扇5设置于所述第二转子3，以便对永磁同步电机进行散热。
如图1所示，所述永磁同步电机还包括保护罩6，所述保护罩6用于遮盖所述制动器4，从而防止灰尘进入制动器4。
本发明还提供一种用于上述永磁同步电机的起动方法，包括依次进行的以下步骤：步骤S1：持续向第一转子2的绕组21通入直流电，使得第一转子2和第二转子3转动一定角度后静止。步骤S1能够产生一个定向磁场，使第一转子2和第二转子3转到指定位置，即第二转子3的磁极对准第一转子2的A、B、C中一相轴线位置，从而实现位置初始化。步骤S2：第一转子2、第二转子3静止后，停止向第一转子2的绕组21通入直流电。步骤S3：向第一转子2的绕组21通入工频交流电使得第一转子2与第二转子3反向转动，此时第一转子2的绕组产生旋转磁场，转速为n1，旋转磁场产生的电磁力拖动第二转子3，在反作用力的作用下，使得第一转子2和第二转子3反向转动，第一转子2转速为n2，这时电机气隙中拖动第二转子3旋转的旋转磁场转速n0＝n1-n2，直至第一转子2的转速n2接近旋转磁场转速n1时，拖动第二转子3的旋转磁场的转速n0接近于零，对于同步转速较低的永磁同步电机，在第一转子2产生的磁极与第二转子3上的永磁体31磁极相互作用下，第二转子3与气隙中的旋转磁场被相互拖入同步，此时制动第一转子2，使第一转子转速n2逐渐减小至零，则拖动第二转子3旋转的旋转磁场转速n0逐渐增大至永磁同步电机同步转速n1，从而实现起动。气隙磁场拖动第二转子3转速从小逐渐增大，因此上述实施例中的永磁同步电机起动电流和冲击力矩较小。这种永磁同步电机通过位置初始化后，直接通入工频电源起动运行，完成起动后第二转子3转速较低，能够适用于一些需要低转速的场合，使得使用者无需额外配置起动装置。在起动过程中，由于第一转子2的转动惯量较小，因此当永磁同步电机直接联接的负载过重时，首先转动的是第一转子2，所以上述实施例中的永磁同步电机在负载情况下也可进行位置初始化。第一转子2达到设定的转速时，制动第一转子2逐渐减速，使得第二转子3逐渐加速，因此电机起动电流小、起动过程平稳、转矩脉动小。
为了提高第二转子3的转速，可进一步进行步骤S4：第二转子3或第一转子2的转速达到设定转速后，利用制动器4制动第一转子2。根据电机原理，在双转子电机中气隙磁场的转速n0等于第一转子2产生的旋转磁场的转速n1与第一转子2的机械转速n2的代数和，即n0＝n1-n2。而第二转子3的转速取决于气隙磁场的转速。因此降低第一转子2的转速能够提高第二转子3的转速。
进一步地，在步骤S4中，制动器4的制动力矩逐渐增大，从而保证第一转子2平稳降速，防止气隙磁场的转速突变，使得第二转子3逐渐提升转速至电机同步转速。
为了保证第二转子3与气隙中的旋转磁场被相互拖入同步，永磁同步电机的额定转速不能太高，适用于需要低转速的场合。
在一些需要对永磁同步电机进行调速的实施例中，可采用以下起动方法进行起动：包括依次进行的以下步骤：步骤S1：变频电源向第一转子的绕组通入频率值逐渐增大的变频交流电，使得第一转子和第二转子反向转动；步骤S2：当所述变频交流电的频率值达到预定频率值后，利用制动器制动第一转子；步骤S3：所述变频交流电的频率值持续增大使得第二转子的转速值增大，当第二转子的转速值达到预定转速后，所述变频交流电的频率值保持不变。在上述实施例中，先使第一转子被拖动到一定转速，再通过制动第一转子而使得第二转子重新加速，永磁同步电机不需要变频器直接工作在太低的频率段来起动与负载相联的第二转子，不需要过大的电压提升来提高起动转矩，永磁同步电机起动过程中转矩脉动小、起动电流小，可实现永磁同步电机的起动、调速，使得永磁同步电机的起动性能得到改善。优选地，在步骤S2中，所述预定频率值小于额定频率的频率值。
在一些需要永磁电机在工频电源下运行的实施例中，可采用以下起动方法进行起动：包括依次进行的以下步骤：步骤S1：变频电源向第一转子的绕组通入频率值逐渐增大的变频交流电，使得第一转子和第二转子反向转动；步骤S2：当变频电源的变频交流电的频率值与工频电源的频率值之间的差值小于一定值后，关断所述变频电源；步骤S3：利用所述工频电源向第一转子的绕组通入工频交流电，使得绕组产生与第二转子旋转方向相同的旋转磁场，此旋转磁场继续拖动第一转子2和第二转子3旋转；步骤S4：利用制动器制动第一转子，使得第二转子的转速逐渐增加至额定转速。优选地，在步骤S4中，制动器的制动力矩逐渐增大。变频电源实际上为带有变频器的电源。变频器只是在起动时拖动第一转子2、第二转子3加速，当第二转子3与所拖动负载相联时，由于第一转子2转动惯量较小，主要是第一转子2转动，因此只需要能拖动第一转子转动的小容量的普通变频器即可完成永磁电机起动。变频器只在起动过程中使用，当永磁同步电机切换为采用工频电源供电后，变频器不再参与工作，永磁电机运行时用的是工频电源。在以上起动方式中，永磁电机起动电流小、转矩脉动小。按工频电源来设计的永磁同步电机运行中不产生谐波。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明以较佳实施例公开如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当利用上述揭示的技术内容作出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种永磁同步电机，其特征在于：包括机壳以及均与机壳转动连接的第一转子和第二转子，所述第一转子设有用于驱动第二转子转动的绕组，所述第二转子设有永磁体；所述永磁同步电机还包括制动器，所述制动器用于制动第一转子。
2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机，其特征在于：所述永磁同步电机还包括风扇，所述风扇设置于所述第二转子。
3.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机，其特征在于：所述永磁同步电机还包括保护罩，所述保护罩用于遮盖所述制动器。
4.一种用于权利要求1所述的永磁同步电机的起动方法，其特征在于：包括依次进行的以下步骤：
步骤S1：持续向第一转子的绕组通入直流电，使得第一转子和第二转子转动一定角度后静止；
步骤S2：第一转子和第二转子静止后，停止向第一转子的绕组通入直流电；
步骤S3：向第一转子的绕组通入工频交流电使得第一转子与第二转子反向转动。
5.根据权利要求4所述的起动方法，其特征在于：在步骤S3还包括步骤S4：第一转子或第二转子的转速达到设定转速后，利用制动器制动第一转子。
6.根据权利要求5所述的起动方法，其特征在于：在步骤S4中，制动器的制动力矩逐渐增大。
7.一种用于权利要求1所述的永磁同步电机的起动方法，其特征在于：包括依次进行的以下步骤：步骤S1：变频电源向第一转子的绕组通入频率值逐渐增大的变频交流电，使得第一转子和第二转子反向转动；
步骤S2：当所述变频交流电的频率值达到预定频率值后，利用制动器制动第一转子；
步骤S3：所述变频交流电的频率值持续增大使得第二转子的转速值增大，当第二转子的转速值达到预定转速后，所述变频交流电的频率值保持不变。
8.根据权利要求7所述的永磁同步电机的起动方法，其特征在于：在步骤S2中，所述预定频率值小于额定频率的频率值。
9.一种用于权利要求1所述的永磁同步电机的起动方法，其特征在于：包括依次进行的以下步骤：步骤S1：通过变频电源向第一转子的绕组通入频率值逐渐增大的变频交流电，使得第一转子和第二转子反向转动；
步骤S2：当变频电源的变频交流电的频率值与工频电源的频率值之间的差值小于一定值后，关断所述变频电源；
步骤S3：利用所述工频电源向第一转子的绕组通入工频交流电，使得绕组产生与第二转子旋转方向相同的旋转磁场，所述旋转磁场拖动第一转子和第二转子旋转；
步骤S4：利用制动器制动第一转子，使得第二转子的转速逐渐增加至额定转速。
10.一种用于权利要求9所述的永磁同步电机的起动方法，其特征在于：在步骤S4中，制动器的制动力矩逐渐增大。
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