CN113162508A - 混合励磁电机的控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电机技术领域，具体涉及混合励磁电机的控制系统及其控制方法。混合励磁电机的控制方法包括以下步骤：计算混合励磁电机的转速；根据混合励磁电机的转速大于等于第一预设转速且小于等于第二预设转速，判断混合励磁电机处于低速区并控制励磁绕组的电流减小；获取混合励磁电机的磁场强度；根据混合励磁电机的转速和磁场强度，控制电枢绕组的电流；其中，第二预设转速大于第一预设转速。根据本发明实施方式的混合励磁电机的控制方法，首先计算混合励磁电机的转速，根据混合励磁电机的转速处于低速区，控制励磁绕组的电流减小，进而控制混合励磁电机的磁场减小，以减少混合励磁电机的铁损的消耗。

Description

混合励磁电机的控制系统及其控制方法

技术领域

本发明属于电机技术领域，具体涉及混合励磁电机的控制系统及其控制方法。

背景技术

冷却水泵电机是电子水泵的关键部件，主要用于带动泵头龚总以使冷却液能够在冷却水箱、散热件、散热器等零部件之间流动，进而带动冷部件的多余热量，保证零部件的可靠性。

现有的冷却水泵电机通常为混合励磁电机，混合励磁电机包括励磁绕组和永磁体两部分。混合励磁电机传统的控制方法为根据扭矩需求(如图1所示)控制电机磁场的大小，该方法存在如下问题：混合励磁电机处于低速状态时，铜损消耗较小，但铁损消耗较大，混合励磁电机处于高速状态时，铁损消耗较小，但铜损消耗较大。因此，混合励磁电机传统的控制方法使混合励磁电机在高速区和低速区的铁损和铜损消耗之和较大，降低了混合励磁电机的工作效率。

发明内容

本发明的目的是至少解决现有用于冷却水泵的电机工作效率低的问题。该目的是通过以下技术方案实现的：

本发明第一方面提出了一种混合励磁电机的控制方法，混合励磁电机的控制方法包括以下步骤：

计算混合励磁电机的转速；

根据混合励磁电机的转速大于等于第一预设转速且小于等于第二预设转速，判断混合励磁电机处于低速区并控制励磁绕组的电流减小；

获取所述励磁绕组的电流减小后混合励磁电机的磁场强度；

根据混合励磁电机的转速和磁场强度，控制电枢绕组的电流；

其中，第二预设转速大于第一预设转速。

根据本发明实施方式的混合励磁电机的控制方法，首先计算混合励磁电机的转速，根据混合励磁电机的转速处于低速区，控制励磁绕组的电流减小，进而控制混合励磁电机的磁场减小，以减少混合励磁电机的铁损的消耗，再根据混合励磁电机的转速和磁场强度，增大电枢绕组的电流，以使混合励磁电机在该转速下的输出转矩保持不变，保证混合励磁电机的正常工作。

另外，根据本发明实施方式的混合励磁电机的控制方法，还可以具有如下的技术特征：

在本发明的一些实施方式中，所述获取所述励磁绕组的电流减小后所述混合励磁电机的磁场强度前，还包括以下步骤：

根据混合励磁电机的转速大于等于第三预设转速，判断混合励磁电机处于高速区并控制励磁绕组的电流增大；

其中，第三预设转速大于第二预设转速。

在本发明的一些实施方式中，所述根据混合励磁电机的转速大于等于第一预设转速且小于等于第二预设转速，判断混合励磁电机处于低速区并控制励磁绕组的电流减小和/或所述根据混合励磁电机的转速大于等于第三预设转速，判断混合励磁电机处于高速区并控制励磁绕组的电流增大，包括以下步骤：

查询预先标定的混合励磁电机的转速与励磁绕组的电流的map表，得到励磁绕组的电流。

在本发明的一些实施方式中，所述混合励磁电机的转速与励磁绕组的电流的map表的标定方法，具体包括以下步骤：

在混合励磁电机的一个转速下，控制励磁绕组的电流变化不同的值，并计算混合励磁电机的铁损和铜损之和；

查找混合励磁电机铁损和铜损之和最小时的励磁绕组的电流值；

在混合励磁电机的不同转速下，循环查找混合励磁电机铁损和铜损之和最小时的励磁绕组的电流值；

将混合励磁电机的转速与查找到的混合励磁电机铁损和铜损之和最小时的励磁绕组的电流记录到控制单元中。

在本发明的一些实施方式中，所述根据混合励磁电机的转速和磁场强度，控制电枢绕组的电流，具体包括以下步骤：

获取励磁绕组电流变化前混合励磁电机的前磁场强度；

计算磁场强度与前磁场强度的磁场强度差值；

根据励磁强度差值小于零，控制电枢绕组的电流增大；

根据励磁强度差值大于零，控制电枢绕组的电流减小。

在本发明的一些实施方式中，所述根据混合励磁电机的转速和磁场强度，控制电枢绕组的电流，具体包括以下步骤：

查询预先标定的混合励磁电机的转速与电枢绕组的电流的map表，得到电枢绕组的电流。

在本发明的一些实施方式中，所述混合励磁电机的转速与电枢绕组的电流的map表的标定方法，具体包括以下步骤：

在混合励磁电机的不同转速下，获取混合励磁电机的转矩；

根据混合励磁电机的同一转速下转矩不变，控制混合励磁电机的磁场强度增大、电枢绕组的电流减小，或者控制磁电机的磁场强度减小、电枢绕组的电流增大；

记录混合励磁电机的磁场强度和电枢绕组的电流并录入到控制单元中。

在本发明的一些实施方式中，所述根据混合励磁电机的转速，控制励磁绕组的电流，具体包括以下步骤：

根据混合励磁电机的转速小于所述第一预设转速，控制励磁绕组的电流为零。

在本发明的一些实施方式中，所述根据混合励磁电机的转速，控制励磁绕组的电流，具体包括以下步骤：

根据混合励磁电机的转速大于所述第二预设转速且小于所述第三预设转速，控制励磁绕组的电流保持不变。

本发明第二方面提供了一种混合励磁电机的控制系统，所述混合励磁电机的控制系统用于执行上述实施方式所述的混合励磁电机的控制方法，混合励磁电机的控制系统包括：

计算单元，所述计算单元用于计算混合励磁电机的转速；

获取单元，所述获取单元用于获取混合励磁电机的磁场强度；

控制单元，所述控制单元用于根据混合励磁电机的转速，控制励磁绕组的电流，根据混合励磁电机的转速和磁场强度，控制电枢绕组的电流。

根据本发明实施方式的混合励磁电机的控制系统，首先计算混合励磁电机的转速，根据混合励磁电机的转速处于低速区，控制励磁绕组的电流减小，进而控制混合励磁电机的磁场减小，以减少混合励磁电机的铁损的消耗，再根据混合励磁电机的转速和磁场强度，增大电枢绕组的电流，以使混合励磁电机在该转速下的输出转矩保持不变，保证混合励磁电机的正常工作。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施方式的混合励磁电机的转速与需求扭矩图。

图2为本发明实施方式的混合励磁电机的控制方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与第二区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于第二元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符响应地进行解释。

如图2所示，本发明第一方面提出了一种混合励磁电机的控制方法，混合励磁电机的控制方法包括以下步骤：

S20：计算混合励磁电机的转速；

S40：根据混合励磁电机的转速大于等于第一预设转速且小于等于第二预设转速，判断混合励磁电机处于低速区并控制励磁绕组的电流减小；

S60：获取所述励磁绕组的电流减小后混合励磁电机的磁场强度；

S80：根据混合励磁电机的转速和磁场强度，控制电枢绕组的电流；

其中，第二预设转速大于第一预设转速。

根据本发明实施方式的混合励磁电机的控制方法，首先计算混合励磁电机的转速，根据混合励磁电机的转速处于低速区，控制励磁绕组的电流减小，进而控制混合励磁电机的磁场减小，以减少混合励磁电机的铁损的消耗，再根据混合励磁电机的转速和励磁绕组的电流减小后的混合励磁电机的磁场强度，增大电枢绕组的电流，以使混合励磁电机在该转速下的输出转矩保持不变，保证混合励磁电机的正常工作。

在本发明的一些实施方式中，S60前，还包括以下步骤：

S50：根据混合励磁电机的转速大于等于第三预设转速，判断混合励磁电机处于高速区并控制励磁绕组的电流增大；

其中，第三预设转速大于第二预设转速。

当混合励磁电机处于高速区时，铜损消耗较大，铁损消耗较少，控制磁力绕组的电流增大，使混合励磁电机的磁场增大，从而增加铁损的消耗，但由于此时铁损相对较小，增加磁场使铁损的消耗量增加较少，此时，减小电枢绕组的电流，电枢绕组的电流与铜损正相关，从而减小铜损，由于此时铜损较大，减小一点电枢绕组的电流即可使减少大量的铜损，铁损的增加量远远小于铜损的增加来那个，因此，通过减小电枢绕组的可以大大减小混合励磁电机的损耗，提高工作效率。同时，增大励磁绕组的电流可以使混合励磁电机的磁场增大，从而使混合励磁电机在该转速下的输出转矩保持不变，保证混合励磁电机的正常工作。

本实施方式中，第一预设转速、第二预设转速和第三预设转速均为试验所得经验值，在此不做具体数值的限制。每个电机的额定转速不同，电机的低速区和高速区的区间不固定，因此，使用者可以根据每个电机的不同额定转速经过试验得到第一预设转速、第二预设转速和第三预设转速，从而划分出低速区和高速区。

在本发明的一些实施方式中，所述S40和/或S50，包括以下步骤：

查询预先标定的混合励磁电机的转速与励磁绕组的电流的map表，得到励磁绕组的电流。

查询混合励磁电机的转速与励磁绕组的电流的map表，并根据map表得到励磁绕组的电流，从而使混合励磁电机在低速区或高速区的工作效率提高。

在本发明的一些实施方式中，所述混合励磁电机的转速与励磁绕组的电流的map表的标定方法，具体包括以下步骤：

在混合励磁电机的一个转速下，控制励磁绕组的电流变化不同的值，并计算混合励磁电机的铁损和铜损之和；

查找混合励磁电机铁损和铜损之和最小时的励磁绕组的电流值；

在混合励磁电机的不同转速下，循环查找混合励磁电机铁损和铜损之和最小时的励磁绕组的电流值；

将混合励磁电机的转速与查找到的混合励磁电机铁损和铜损之和最小时的励磁绕组的电流记录到控制单元中。

在混合励磁电机的某一转速不变的情况下，控制励磁绕组的电流变化不同值，并计算混合励磁电机的铁损和铜损的消耗值。当励磁绕组的电流到达某一值时，混合励磁电机的铁损和铜损的消耗值最小，即励磁绕组的电流在该值时，混合励磁电机的工作效率最高。在混合励磁电机不同的转速下，获取混合励磁电机的工作效率最高的励磁绕组电流值，将励磁绕组的该电流值和与其对应的该转速记录下来，并输入到控制单元中。

在本发明的一些实施方式中，S80具体包括以下步骤：

获取励磁绕组电流变化前混合励磁电机的前磁场强度；

计算磁场强度与前磁场强度的磁场强度差值；

根据励磁强度差值小于零，控制电枢绕组的电流增大；

根据励磁强度差值大于零，控制电枢绕组的电流减小。

当混合励磁电机处于低速区时，控制励磁电流减小使混合励磁电机的磁场减小，从而使混合励磁电机的转矩减小，此时励磁强度差值小于零，控制电枢绕组的电流增大，能够混合励磁电机的输出转矩增大，使混合励磁电机的输出转矩向额定转矩靠近，以减少因励磁绕组的电流变化造成的输出转矩的影响。

当混合励磁电机处于高速区时，控制励磁电流增大使混合励磁电机的磁场增大，从而使混合励磁电机的转矩增大，此时励磁强度差值大于零，控制电枢绕组的电流减小，能够使混合励磁电机的输出转矩减小，使混合励磁电机的输出转矩向额定转矩靠近，以减少因励磁绕组的电流变化造成的输出转矩的影响。

在本发明的一些实施方式中，S80具体包括以下步骤：

查询预先标定的混合励磁电机的转速与电枢绕组的电流的map表，得到电枢绕组的电流。

当调节励磁绕组的电流之后，混合励磁电机的磁场发生变化，此时，可以获取混合励磁电机的磁场强度和电枢绕组的电流的map表，通过该map表控制电枢绕组的电流，以平衡混合励磁电机的输出转矩，同时平衡混合励磁电机的整体损耗。

在本发明的一些实施方式中，所述混合励磁电机的转速与电枢绕组的电流的map表的标定方法，具体包括以下步骤：

在混合励磁电机的不同转速下，获取混合励磁电机的转矩；

根据混合励磁电机的同一转速下转矩不变，控制混合励磁电机的磁场强度增大、电枢绕组的电流减小，或者控制磁电机的磁场强度减小、电枢绕组的电流增大；

记录混合励磁电机的磁场强度和电枢绕组的电流并录入到控制单元中。

首先在混合励磁电机的不同转速下，获取不同的转矩。为了保持该速度下输出转矩保持不变，控制混合励磁电机的磁场和电枢绕组的电流，从而形成混合励磁电机的磁场和电枢绕组的电流的map表。当混合励磁电机的磁场发生变化后，通过混合励磁电机的磁场和电枢绕组的电流的map可以调整电枢绕组的电流，进而控制混合励磁电机的输出转矩。另外，控制电枢绕组的电流还可以平衡铜损和铁损的比例，例如：根据混合励磁电机处于低速区，控制电枢绕组的电流增大，增大铜损的消耗，根据混合励磁电机处于高速区，控制电枢绕组的电流减小，以减小铜损的消耗。

在本发明的一些实施方式中，S20具体包括以下步骤：

S21：获取混合励磁电机的反电势；

S22：获取混合励磁电机的转子位置；

S23：根据混合励磁电机的反电势和混合励磁电机的转子位置计算混合励磁电机的转速。

根据混合励磁电机的反电势和转子位置可以计算混合励磁电机的转速。

在本发明的一些实施方式中，S40后具体包括以下步骤：

根据混合励磁电机的转速小于所述第一预设转速，控制励磁绕组的电流为零。

当混合励磁电机的转速小于第一预设转速时，仅永磁体工作，即仅有电枢绕组工作即可满足混合励磁电机的转矩输出，此时，混合励磁电机没有铁损，工作效率较高，因此，无需控制磁力绕组通电流即可。

在本发明的一些实施方式中，S40后具体包括以下步骤：

根据混合励磁电机的转速大于所述第二预设转速且小于所述第三预设转速，控制励磁绕组的电流保持不变。

当混合励磁电机的转速大于所述第二预设转速且小于所述第三预设转速时，混合励磁电机处于中速区，此时混合励磁电机的铁损和铜损均较小，混合励磁电机工作效率较高，因此，使励磁绕组的电流保持不变即可。

本发明第二方面提供了一种混合励磁电机的控制系统，所述混合励磁电机的控制系统用于执行上述实施方式所述的混合励磁电机的控制方法，混合励磁电机的控制系统包括：

计算单元，所述计算单元用于计算混合励磁电机的转速；

获取单元，所述获取单元用于获取混合励磁电机的磁场强度；

控制单元，所述控制单元用于根据混合励磁电机的转速，控制励磁绕组的电流，根据混合励磁电机的转速和磁场强度，控制电枢绕组的电流。

根据本发明实施方式的混合励磁电机的控制系统，首先计算混合励磁电机的转速，根据混合励磁电机的转速处于低速区，控制励磁绕组的电流减小，进而控制混合励磁电机的磁场减小，以减少混合励磁电机的铁损的消耗，再根据混合励磁电机的转速和磁场强度，增大电枢绕组的电流，以使混合励磁电机在该转速下的输出转矩保持不变，保证混合励磁电机的正常工作；根据混合励磁电机的转速处于高速区，控制磁力绕组的电流增大，以控制混合励磁电机的磁场增大，增加铁损的消耗，同时减小电枢绕组的电流，以减小铜损，同时使混合励磁电机在该转速下的输出转矩保持不变，保证混合励磁电机的正常工作，从而减小混合励磁电机在低速区的铁损消耗和高速区的铜损消耗，进而提高混合励磁电机在低速区和高速区的工作效率。

另外，可以用作水泵电机的永磁电机的转速与需求扭矩的对应关系图与混合励磁电机的速与需求扭矩的对应关系图相同，如如1所示。可以用作水泵电机的永磁电机同样存在如下问题：永磁电机处于低速状态时，铜损消耗较小，但铁损消耗较大，永磁电机处于高速状态时，铁损消耗较小，但铜损消耗较大。通过上述用于水泵的混合励磁电机的控制方法或控制系统同样能解决永磁电机的上述问题。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种混合励磁电机的控制方法，其特征在于，混合励磁电机的控制方法包括以下步骤：

计算混合励磁电机的转速；

根据所述混合励磁电机的转速大于等于第一预设转速且小于等于第二预设转速，判断所述混合励磁电机处于低速区并控制所述励磁绕组的电流减小；

获取所述励磁绕组的电流减小后所述混合励磁电机的磁场强度；

根据所述混合励磁电机的转速和磁场强度，控制电枢绕组的电流；

其中，所述第二预设转速大于所述第一预设转速。

2.根据权利要求1所述的混合励磁电机的控制方法，其特征在于，所述获取所述励磁绕组的电流减小后所述混合励磁电机的磁场强度前，还包括以下步骤：

根据所述混合励磁电机的转速大于等于第三预设转速，判断所述混合励磁电机处于高速区并控制所述励磁绕组的电流增大；

其中，所述第三预设转速大于所述第二预设转速。

3.根据权利要求2所述的混合励磁电机的控制方法，其特征在于，所述根据混合励磁电机的转速大于等于第一预设转速且小于等于第二预设转速，判断混合励磁电机处于低速区并控制励磁绕组的电流减小和/或所述根据混合励磁电机的转速大于等于第三预设转速，判断混合励磁电机处于高速区并控制所述励磁绕组的电流增大，包括以下步骤：

查询预先标定的混合励磁电机的转速与励磁绕组的电流的map表，得到所述励磁绕组的电流。

4.根据权利要求3所述的混合励磁电机的控制方法，其特征在于，所述混合励磁电机的转速与励磁绕组的电流的map表的标定方法，具体包括以下步骤：

在所述混合励磁电机的一个转速下，控制所述励磁绕组的电流变化不同的值，并计算所述混合励磁电机的铁损和铜损之和；

查找所述混合励磁电机铁损和铜损之和最小时的所述励磁绕组的电流值；

在所述混合励磁电机的不同转速下，循环查找所述混合励磁电机的铁损和铜损之和最小时的所述励磁绕组的电流值；

将所述混合励磁电机的转速与查找到的所述混合励磁电机的铁损和铜损之和最小时的所述励磁绕组的电流值记录到控制单元中。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的混合励磁电机的控制方法，其特征在于，所述根据混合励磁电机的转速和磁场强度，控制电枢绕组的电流，具体包括以下步骤：

获取所述励磁绕组电流变化前混合励磁电机的前磁场强度；

计算所述磁场强度与所述前磁场强度的磁场强度差值；

根据所述励磁强度差值小于零，控制所述电枢绕组的电流增大；

根据所述励磁强度差值大于零，控制所述电枢绕组的电流减小。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的混合励磁电机的控制方法，其特征在于，所述根据混合励磁电机的转速和磁场强度，控制电枢绕组的电流，具体包括以下步骤：

查询预先标定的混合励磁电机的转速与电枢绕组的电流的map表，得到所述电枢绕组的电流。

7.根据权利要求6所述的混合励磁电机的控制方法，其特征在于，所述混合励磁电机的转速与电枢绕组的电流的map表的标定方法，具体包括以下步骤：

在所述混合励磁电机的不同转速下，获取所述混合励磁电机的转矩；

根据所述混合励磁电机的同一转速下转矩不变，控制所述混合励磁电机的磁场强度增大且控制所述电枢绕组的电流减小，或者控制所述混合励磁电机的磁场强度减小且控制所述电枢绕组的电流增大；

记录所述混合励磁电机的磁场强度和所述电枢绕组的电流并录入到控制单元中。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的混合励磁电机的控制方法，其特征在于，所述根据混合励磁电机的转速，控制励磁绕组的电流，具体包括以下步骤：

根据所述混合励磁电机的转速小于所述第一预设转速，控制所述励磁绕组的电流为零。

9.根据权利要求2至4中任一项所述的混合励磁电机的控制方法，其特征在于，所述根据混合励磁电机的转速，控制励磁绕组的电流，具体包括以下步骤：

根据所述混合励磁电机的转速大于所述第二预设转速且小于所述第三预设转速，控制所述励磁绕组的电流保持不变。

10.一种混合励磁电机的控制系统，其特征在于，所述混合励磁电机的控制系统用于实施权利要求1所述的励磁混合电机的控制方法，所述混合励磁电机的控制系统包括：

计算单元，所述计算单元用于计算混合励磁电机的转速；

获取单元，所述获取单元用于获取混合励磁电机的磁场强度；

控制单元，所述控制单元用于根据所述混合励磁电机的转速大于等于第一预设转速且小于等于第二预设转速，判断所述混合励磁电机处于低速区并控制所述励磁绕组的电流减小，所述控制单元用于根据混合励磁电机的转速和磁场强度，控制电枢绕组的电流。

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