CN114189193A - 一种双绕组永磁同步电机系统的电路拓扑及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种双绕组永磁同步电机系统的电路拓扑及其控制方法，电路拓扑包括双逆变器、双绕组永磁同步电机和绕组切换开关，利用切换开关两套绕组的串/并联模式切换，当电机运行在低速工况时，两套绕组工作在串联模式，提升转矩输出能力；当电机运行在高速工况时，两套绕组工作在并联模式，拓宽调速范围；本发明实现了电机系统低速大转矩、宽速域运行；可以解决目前车辆电传动系统需要电机与变速箱匹配工作，导致系统轴向尺寸长、体积和重量大的问题。

Description

一种双绕组永磁同步电机系统的电路拓扑及其控制方法
技术领域
本发明属于电传动控制技术领域，具体地，涉及一种双绕组永磁同步电机系统的电路拓扑及其控制方法。
背景技术
车辆电传动系统要求电机系统具有低速大转矩和宽速域运行能力，为了满足需求，传统电传动系统通常采用电机加变速箱方案；该方案存在机械结构复杂、轴向尺寸大、体积和重量大等问题。
通过大幅增加动力电池和逆变器的容量、采用功率和转矩较大的电机能够满足要求，但往往会导致电机高效区间远离实际工况，并且造成电机系统的效率低、体积大、经济性差。为了适应车辆电传动系统宽高效区、轻量化、体积小等一体化发展需求，电气变速机构具有较深的应用潜力和广阔的发展前景。
发明内容
为了解决目前车辆电传动系统需要电机和变速箱配合工作，导致系统体积大、集成度低、换挡时间长的问题，提出一种双绕组永磁同步电机系统的电路拓扑及其控制方法。
本发明是通过以下方案实现的：
一种双绕组永磁同步电机系统的电路拓扑：
所述电路拓扑包括逆变器1，逆变器2，双绕组永磁同步电机和绕组切换开关SW1-SW7；
所述双绕组永磁同步电机包括第一套绕组永磁同步电机和第二套绕组永磁同步电机；电机为16极24槽，第一套绕组永磁同步电机包括A1-X1、B1-Y1、C1-Z1三相绕组，第二套绕组永磁同步电机包括A2-X2、B2-Y2、C2-Z2三相绕组，两套绕组永磁同步电机的三相绕组完全相同，绕组采用分布式排布；
所述逆变器1分别与所述第一套绕组永磁同步电机的A1、B1、C1一端相连接；第一套绕组永磁同步电机的X1一端分别与绕组切换开关SW1和SW4的一端相连接；第一套绕组永磁同步电机的Y2一端分别与绕组切换开关SW2的一端，SW4的另一端以及SW5的一端相连接；第一套绕组永磁同步电机的Z1一端分别与绕组切换开关SW5的另一端和SW3的一端相连接；
所述逆变器2分别与所述第二套绕组永磁同步电机的X2、Y2、Z2一端相连接；第二套绕组永磁同步电机的A2一端分别与绕组切换开关SW1的另一端和SW6的一端相连接；第二套绕组永磁同步电机的B2一端分别与绕组切换开关SW2的另一端，SW6的另一端以及SW7的一端相连接；第二套绕组永磁同步电机的C2一端分别与绕组切换开关SW3的另一端和SW7的另一端相连接。
进一步地，
所述逆变器1和逆变器2为两套完全相同的三相逆变器，逆变器1和逆变器2均由三组并联的IGBT桥组成；
所述逆变器1的第一IGBT桥由IGBT管VT1和VT4组成，IGBT管VT1的一端与电源正极相连接，另一端分别与IGBT管VT4的一端和第一套绕组永磁同步电机的A1一端相连接， IGBT管VT4的另一端与电源负极相连接；第二IGBT桥由IGBT管VT3和VT6组成，IGBT管 VT3的一端与电源正极相连接，另一端分别与IGBT管VT6的一端和第一套绕组永磁同步电机的B1一端相连接，IGBT管VT6的另一端与电源负极相连接；第三IGBT桥由IGBT管VT2和VT5组成，IGBT管VT5的一端与电源正极相连接，另一端分别与IGBT管VT2的一端和第一套绕组永磁同步电机的C1一端相连接，IGBT管VT2的另一端与电源负极相连接；
所述逆变器2的第四IGBT桥由IGBT管VT7和VT10组成，IGBT管VT7的一端与电源正极相连接，另一端分别与IGBT管VT10的一端和第二套绕组永磁同步电机的X2一端相连接，IGBT管VT10的另一端与电源负极相连接；第五IGBT桥由IGBT管VT9和VT12组成，IGBT管 VT9的一端与电源正极相连接，另一端分别与IGBT管VT12的一端和第二套绕组永磁同步电机的Y2一端相连接，IGBT管VT12的另一端与电源负极相连接；第六IGBT桥由IGBT管VT11和VT8组成，IGBT管VT11的一端与电源正极相连接，另一端分别与IGBT管VT8的一端和第二套绕组永磁同步电机的Z2一端相连接，IGBT管VT8的另一端与电源负极相连接。
进一步地，
所述第一套绕组永磁同步电机的三相绕组A1-X1、B1-Y1、C1-Z1空间位置相差的电角度为120°；
所述第二套绕组永磁同步电机的三相绕组A2-X2、B2-Y2、C2-Z2空间位置相差的电角度为120°；
在第一套绕组永磁同步电机和第二套绕组永磁同步电机的两套三相绕组中，A1-X1与 A2-X2空间位置相同，B1-Y1与B2-Y2空间位置相同，C1-Z1与C2-Z2空间位置相同。
进一步地，
在所述第一套绕组永磁同步电机和第二套绕组永磁同步电机的两套三相绕组中，A1-X1与A2-X2、B1-Y1与B2-Y2、C1-Z1与C2-Z2的各匝导体在空间中对应的槽电角度均相同，串联匝数相同，在周向上分布具有对称性；
两套三相绕组A1-X1与A2-X2、B1-Y1与B2-Y2、C1-Z1与C2-Z2的电阻、电感及空载反电动势系数均相同。
进一步地，
所述绕组切换开关SW1-SW7均为具有电流双向流动性的功率开关，需要电流的双向流动性且具有交流开关的作用，采用共发射极IGBT管实现对交流电流的双向控制。
进一步地，
所述绕组切换开关SW1-SW7还可选用机械式继电器功率器件、双向晶闸管功率器件或有反并联二极管的共发射级IGBT功率器件。
一种应用于电路拓扑的控制方法：
当绕组切换开关SW1、SW2、SW3断开，SW4、SW5、SW6、SW7闭合时，两套绕组处于串联状态，绕组A1-X1与A2-X2串联，B1-Y1与B2-Y2串联、C1-Z1与C2-Z2串联，构成三相开绕组结构，电路工作于绕组串联模式，由逆变器1和逆变器2供电；此时每相绕组均由一个单独的H桥控制，绕组A1-X1、A2-X2由开关管VT1、VT4、VT11和VT8构成的H桥控制；绕组B1-Y1、 B2-Y2由开关管VT3、VT6、VT9和VT12构成的H桥控制；绕组C1-Z1、C2-Z2由开关管VT5、VT2、 VT7和VT10构成的H桥控制；
当绕组切换开关SW1、SW2、SW3闭合，SW4、SW5、SW6、SW7断开时，两套绕组处于并联状态；A1-X1、B1-Y1、C1-Z1三相绕组由逆变器1供电，A2-X2、B2-Y2、C2-Z2三相绕组由逆变器2供电。
进一步地，
当两套绕组处于串联状态，电机处于开绕组状态，其各绕组电流控制方式为：
Figure BDA0003356878940000031
其中，iA1为流过绕组A1-X1的电流，iA2为流过绕组A2-X2的电流，iB1为流过绕组B1-Y1的电流，iB2为流过绕组B2-Y2的电流，iC1为流过绕组C1-Z1的电流，iC2为流过绕组C2-Z2中电流，Im为流过各绕组电流的幅值，ω为各电流的电角频率，t为时间，θ0为电流iA1、iA2的初始相位角。
进一步地，
当两套绕组处于并联状态，逆变器1输出与绕组A1、B1、C1端相连、逆变器2输出与绕组X2、Y2、Z2端相连，为使两套绕组同步控制，其各绕组电流控制方式为：
Figure BDA0003356878940000041
本发明有益效果
本发明解决了目前车辆电传动系统需要电机与变速箱匹配工作，导致系统轴向尺寸长、体积和重量大的问题；实现了电机系统低速大转矩、宽速域运行；
本发明通过一台电机实现传统三相电机加变速箱的功能，能够缩小电传动系统的轴向尺寸和体积，提高系统集成度；双绕组永磁同步电机具有两套相同的对称三相绕组，对应绕组同相位排布；利用切换开关实现两套绕组的串/并联模式切换，并能显著缩短传统系统的换挡时间；
通过双逆变器拓扑，当电机运行在低速工况时，两套绕组工作在串联模式，绕组串联模式时电机处于开绕组状态，能够显著拓宽串联模式下电机的恒转矩区，进一步改善车辆的中、低速爬坡性能，能尽可能地利用逆变器的电流输出极限，提升转矩输出能力；
当电机运行在高速工况时，两套绕组工作在并联模式，绕组并联模式时，电机的两套绕组分别由一套独立的逆变器控制，在拓宽电机调速范围的同时提高了控制的灵活度，能充分利用逆变器的电压输出极限，拓宽调速范围。
附图说明
图1为本发明的一种双绕组永磁同步电机系统的电路拓扑；其中(a)为绕组串联模式，(b)为绕组并联模式；
图2为本发明的双绕组永磁同步电机转矩-转速特性曲线；
图3为本发明的双绕组永磁同步电机两套绕组分相示意图，其中(a)为绕组A1-X1、B1-Y1、C1-Z1，(b)为绕组A2-X2、B2-Y2、C2-Z2；
图4为本发明的切换开关(共发射级IGBT)电流流向示意图，其中(a)为共发射级IGBT结构图，(b)为正向电流，(c)负向电流；
图5为本发明的双绕组永磁同步电机系统绕组串联模式实施方案电路拓扑图；
图6为本发明的双绕组永磁同步电机系统绕组并联模式实施方案电路拓扑图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
结合图1至图5；
一种双绕组永磁同步电机系统的电路拓扑：
所述电路拓扑包括逆变器1，逆变器2，双绕组永磁同步电机和绕组切换开关SW1-SW7；
所述双绕组永磁同步电机包括第一套绕组永磁同步电机和第二套绕组永磁同步电机；如图3所示，电机为16极24槽，第一套绕组永磁同步电机包括A1-X1、B1-Y1、C1-Z1三相绕组，第二套绕组永磁同步电机包括A2-X2、B2-Y2、C2-Z2三相绕组，两套绕组永磁同步电机的三相绕组完全相同，绕组采用分布式排布；每套绕组两端分别连接于电机端盖的接线盒上。
所述逆变器1分别与所述第一套绕组永磁同步电机的A1、B1、C1一端相连接；第一套绕组永磁同步电机的X1一端分别与绕组切换开关SW1和SW4的一端相连接；第一套绕组永磁同步电机的Y2一端分别与绕组切换开关SW2的一端，SW4的另一端以及SW5的一端相连接；第一套绕组永磁同步电机的Z1一端分别与绕组切换开关SW5的另一端和SW3的一端相连接；
所述逆变器2分别与所述第二套绕组永磁同步电机的X2、Y2、Z2一端相连接；第二套绕组永磁同步电机的A2一端分别与绕组切换开关SW1的另一端和SW6的一端相连接；第二套绕组永磁同步电机的B2一端分别与绕组切换开关SW2的另一端，SW6的另一端以及SW7的一端相连接；第二套绕组永磁同步电机的C2一端分别与绕组切换开关SW3的另一端和SW7的另一端相连接。
所述逆变器1和逆变器2为两套完全相同的三相逆变器，逆变器1和逆变器2均由三组并联的IGBT桥组成；如图5所示；
逆变器1的输出端分别与绕组接线端子A1、B1、C1相连；逆变器2的输出端分别与绕组接线端子X2、Y2、Z2相连，如图1所示。
所述逆变器1的第一IGBT桥由IGBT管VT1和VT4组成，IGBT管VT1的一端与电源正极相连接，另一端分别与IGBT管VT4的一端和第一套绕组永磁同步电机的A1一端相连接， IGBT管VT4的另一端与电源负极相连接；第二IGBT桥由IGBT管VT3和VT6组成，IGBT管 VT3的一端与电源正极相连接，另一端分别与IGBT管VT6的一端和第一套绕组永磁同步电机的B1一端相连接，IGBT管VT6的另一端与电源负极相连接；第三IGBT桥由IGBT管VT2和VT5组成，IGBT管VT5的一端与电源正极相连接，另一端分别与IGBT管VT2的一端和第一套绕组永磁同步电机的C1一端相连接，IGBT管VT2的另一端与电源负极相连接；
所述逆变器2的第四IGBT桥由IGBT管VT7和VT10组成，IGBT管VT7的一端与电源正极相连接，另一端分别与IGBT管VT10的一端和第二套绕组永磁同步电机的X2一端相连接，IGBT管VT10的另一端与电源负极相连接；第五IGBT桥由IGBT管VT9和VT12组成，IGBT管 VT9的一端与电源正极相连接，另一端分别与IGBT管VT12的一端和第二套绕组永磁同步电机的Y2一端相连接，IGBT管VT12的另一端与电源负极相连接；第六IGBT桥由IGBT管VT11和VT8组成，IGBT管VT11的一端与电源正极相连接，另一端分别与IGBT管VT8的一端和第二套绕组永磁同步电机的Z2一端相连接，IGBT管VT8的另一端与电源负极相连接。
所述第一套绕组永磁同步电机的三相绕组A1-X1、B1-Y1、C1-Z1空间位置相差的电角度为120°；
所述第二套绕组永磁同步电机的三相绕组A2-X2、B2-Y2、C2-Z2空间位置相差的电角度为120°；
在第一套绕组永磁同步电机和第二套绕组永磁同步电机的两套三相绕组中，A1-X1与 A2-X2空间位置相同，B1-Y1与B2-Y2空间位置相同，C1-Z1与C2-Z2空间位置相同。
在所述第一套绕组永磁同步电机和第二套绕组永磁同步电机的两套三相绕组中，A1-X1与A2-X2、B1-Y1与B2-Y2、C1-Z1与C2-Z2的各匝导体在空间中对应的槽电角度均相同，串联匝数相同，在周向上分布具有对称性；
两套三相绕组A1-X1与A2-X2、B1-Y1与B2-Y2、C1-Z1与C2-Z2的电阻、电感及空载反电动势系数均相同。
所述绕组切换开关SW1-SW7均为具有电流双向流动性的功率开关，需要电流的双向流动性且具有交流开关的作用，采用如图4(a)所示的共发射极IGBT实现对交流电流的双向控制，如图4(b)和图4(c)所示，采用共发射极IGBT管实现对交流电流的双向控制。
所述绕组切换开关SW1-SW7还可选用机械式继电器功率器件、双向晶闸管功率器件或有反并联二极管的共发射级IGBT功率器件。
当绕组切换开关SW1、SW2、SW3断开，SW4、SW5、SW6、SW7闭合时，两套绕组处于串联状态，如图5所示，绕组A1-X1与A2-X2串联，B1-Y1与B2-Y2串联、C1-Z1与C2-Z2串联，构成三相开绕组结构，电路工作于绕组串联模式，由逆变器1和逆变器2供电；此时每相绕组均由一个单独的H桥控制，绕组A1-X1、A2-X2由开关管VT1、VT4、VT11和VT8构成的H桥控制；绕组B1-Y1、B2-Y2由开关管VT3、VT6、VT9和VT12构成的H桥控制；绕组C1-Z1、C2-Z2由开关管VT5、VT2、VT7和VT10构成的H桥控制；此时电机的转矩-转速特性曲线如图2中的恒转矩区所示，该模式能够显著提高电机在恒转矩区的运行范围，进一步改善车辆的中、低速爬坡性能。
当绕组切换开关SW1、SW2、SW3闭合，SW4、SW5、SW6、SW7断开时，两套绕组处于并联状态；A1-X1、B1-Y1、C1-Z1三相绕组由逆变器1供电，A2-X2、B2-Y2、C2-Z2三相绕组由逆变器2供电。相当于两套三相电机系统(逆变器1加三相绕组A1-X1、B1-Y1、C1-Z1与逆变器 2加三相绕组A2-X2、B2-Y2、C2-Z2)并联运行，双绕组永磁同步电机系统的电路拓扑工作于绕组并联模式，如图6所示。能够使电机达到更高的转速，其转矩-转速特性曲线如图2 中的恒功率区所示。
当两套绕组处于串联状态，电机处于开绕组状态，其各绕组电流控制方式为：
Figure BDA0003356878940000071
其中，iA1为流过绕组A1-X1的电流，iA2为流过绕组A2-X2的电流，iB1为流过绕组B1-Y1的电流，iB2为流过绕组B2-Y2的电流，iC1为流过绕组C1-Z1的电流，iC2为流过绕组C2-Z2中电流，Im为流过各绕组电流的幅值，ω为各电流的电角频率，t为时间，θ0为电流iA1、iA2的初始相位角。
当两套绕组处于并联状态，逆变器1输出与绕组A1、B1、C1端相连、逆变器2输出与绕组X2、Y2、Z2端相连，为使两套绕组同步控制，其各绕组电流控制方式为：
Figure BDA0003356878940000072
以上对本发明所提出的一种双绕组永磁同步电机系统的电路拓扑及其控制方法，进行了详细介绍，对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种双绕组永磁同步电机系统的电路拓扑，其特征在于：
所述电路拓扑包括逆变器1，逆变器2，双绕组永磁同步电机和绕组切换开关SW1-SW7；
所述双绕组永磁同步电机包括第一套绕组永磁同步电机和第二套绕组永磁同步电机；电机为16极24槽，第一套绕组永磁同步电机包括A1-X1、B1-Y1、C1-Z1三相绕组，第二套绕组永磁同步电机包括A2-X2、B2-Y2、C2-Z2三相绕组，两套绕组永磁同步电机的三相绕组完全相同，绕组采用分布式排布；
所述逆变器1分别与所述第一套绕组永磁同步电机的A1、B1、C1一端相连接；第一套绕组永磁同步电机的X1一端分别与绕组切换开关SW1和SW4的一端相连接；第一套绕组永磁同步电机的Y2一端分别与绕组切换开关SW2的一端，SW4的另一端以及SW5的一端相连接；第一套绕组永磁同步电机的Z1一端分别与绕组切换开关SW5的另一端和SW3的一端相连接；
所述逆变器2分别与所述第二套绕组永磁同步电机的X2、Y2、Z2一端相连接；第二套绕组永磁同步电机的A2一端分别与绕组切换开关SW1的另一端和SW6的一端相连接；第二套绕组永磁同步电机的B2一端分别与绕组切换开关SW2的另一端，SW6的另一端以及SW7的一端相连接；第二套绕组永磁同步电机的C2一端分别与绕组切换开关SW3的另一端和SW7的另一端相连接。
2.根据权利要求1所述的电路拓扑，其特征在于：
所述逆变器1和逆变器2为两套完全相同的三相逆变器，逆变器1和逆变器2均由三组并联的IGBT桥组成；
所述逆变器1的第一IGBT桥由IGBT管VT1和VT4组成，IGBT管VT1的一端与电源正极相连接，另一端分别与IGBT管VT4的一端和第一套绕组永磁同步电机的A1一端相连接，IGBT管VT4的另一端与电源负极相连接；第二IGBT桥由IGBT管VT3和VT6组成，IGBT管VT3的一端与电源正极相连接，另一端分别与IGBT管VT6的一端和第一套绕组永磁同步电机的B1一端相连接，IGBT管VT6的另一端与电源负极相连接；第三IGBT桥由IGBT管VT2和VT5组成，IGBT管VT5的一端与电源正极相连接，另一端分别与IGBT管VT2的一端和第一套绕组永磁同步电机的C1一端相连接，IGBT管VT2的另一端与电源负极相连接；
所述逆变器2的第四IGBT桥由IGBT管VT7和VT10组成，IGBT管VT7的一端与电源正极相连接，另一端分别与IGBT管VT10的一端和第二套绕组永磁同步电机的X2一端相连接，IGBT管VT10的另一端与电源负极相连接；第五IGBT桥由IGBT管VT9和VT12组成，IGBT管VT9的一端与电源正极相连接，另一端分别与IGBT管VT12的一端和第二套绕组永磁同步电机的Y2一端相连接，IGBT管VT12的另一端与电源负极相连接；第六IGBT桥由IGBT管VT11和VT8组成，IGBT管VT11的一端与电源正极相连接，另一端分别与IGBT管VT8的一端和第二套绕组永磁同步电机的Z2一端相连接，IGBT管VT8的另一端与电源负极相连接。
3.根据权利要求1所述的电路拓扑，其特征在于：
所述第一套绕组永磁同步电机的三相绕组A1-X1、B1-Y1、C1-Z1空间位置相差的电角度为120°；
所述第二套绕组永磁同步电机的三相绕组A2-X2、B2-Y2、C2-Z2空间位置相差的电角度为120°；
在第一套绕组永磁同步电机和第二套绕组永磁同步电机的两套三相绕组中，A1-X1与A2-X2空间位置相同，B1-Y1与B2-Y2空间位置相同，C1-Z1与C2-Z2空间位置相同。
4.根据权利要求3所述的电路拓扑，其特征在于：
在所述第一套绕组永磁同步电机和第二套绕组永磁同步电机的两套三相绕组中，A1-X1与A2-X2、B1-Y1与B2-Y2、C1-Z1与C2-Z2的各匝导体在空间中对应的槽电角度均相同，串联匝数相同，在周向上分布具有对称性；
两套三相绕组A1-X1与A2-X2、B1-Y1与B2-Y2、C1-Z1与C2-Z2的电阻、电感及空载反电动势系数均相同。
5.根据权利要求1所述的电路拓扑，其特征在于：
所述绕组切换开关SW1-SW7均为具有电流双向流动性的功率开关，采用共发射极IGBT管实现对交流电流的双向控制。
6.根据权利要求5所述的电路拓扑，其特征在于：
所述绕组切换开关SW1-SW7还可选用机械式继电器功率器件、双向晶闸管功率器件或有反并联二极管的共发射级IGBT功率器件。
7.一种应用于权利要求1至6中任意一项电路拓扑的控制方法，其特征在于：
当绕组切换开关SW1、SW2、SW3断开，SW4、SW5、SW6、SW7闭合时，两套绕组处于串联状态，绕组A1-X1与A2-X2串联，B1-Y1与B2-Y2串联、C1-Z1与C2-Z2串联，构成三相开绕组结构，电路工作与绕组串联模式，由逆变器1和逆变器2供电；此时每相绕组均由一个单独的H桥控制，绕组A1-X1、A2-X2由开关管VT1、VT4、VT11和VT8构成的H桥控制；绕组B1-Y1、B2-Y2由开关管VT3、VT6、VT9和VT12构成的H桥控制；绕组C1-Z1、C2-Z2由开关管VT5、VT2、VT7和VT10构成的H桥控制；
当绕组切换开关SW1、SW2、SW3闭合，SW4、SW5、SW6、SW7断开时，两套绕组处于并联状态；A1-X1、B1-Y1、C1-Z1三相绕组由逆变器1供电，A2-X2、B2-Y2、C2-Z2三相绕组由逆变器2供电。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于：
当两套绕组处于串联状态，其各绕组电流控制方式为：
Figure FDA0003356878930000031
其中，iA1为流过绕组A1-X1的电流，iA2为流过绕组A2-X2的电流，iB1为流过绕组B1-Y1的电流，iB2为流过绕组B2-Y2的电流，iC1为流过绕组C1-Z1的电流，iC2为流过绕组C2-Z2中电流，Im为流过各绕组电流的幅值，ω为各电流的电角频率，t为时间，θ0为电流iA1、iA2的初始相位角。
9.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于：
当两套绕组处于并联状态，逆变器1输出与绕组A1、B1、C1端相连、逆变器2输出与绕组X2、Y2、Z2端相连，为使两套绕组同步控制，其各绕组电流控制方式为：
Figure FDA0003356878930000032
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115864942A (zh) * 2023-02-20 2023-03-28 四川大学 一种双三相电机与开绕组电机在线切换拓扑及其控制方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102447352A (zh) * 2010-09-20 2012-05-09 雷米技术有限公司 用于具有可切换定子绕组的电机的开关模块
CN103684196A (zh) * 2013-11-19 2014-03-26 南京航空航天大学 一种可切换绕组的永磁同步电机驱动系统
CN104167975A (zh) * 2014-08-18 2014-11-26 华中科技大学 一种基于相切换的多相永磁电机调速系统及其调速方法
CN108233819A (zh) * 2018-01-26 2018-06-29 安徽理工大学 矿用蓄电池电机车车载充电及驱动一体化电路结构
CN112701991A (zh) * 2019-10-22 2021-04-23 保时捷股份公司 用于操控电机的方法和用于车辆的驱动系统
CN113412566A (zh) * 2019-05-24 2021-09-17 华为技术有限公司 包括变压器和多电平功率变换器的集成充电和电机控制系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102447352A (zh) * 2010-09-20 2012-05-09 雷米技术有限公司 用于具有可切换定子绕组的电机的开关模块
CN103684196A (zh) * 2013-11-19 2014-03-26 南京航空航天大学 一种可切换绕组的永磁同步电机驱动系统
CN104167975A (zh) * 2014-08-18 2014-11-26 华中科技大学 一种基于相切换的多相永磁电机调速系统及其调速方法
CN108233819A (zh) * 2018-01-26 2018-06-29 安徽理工大学 矿用蓄电池电机车车载充电及驱动一体化电路结构
CN113412566A (zh) * 2019-05-24 2021-09-17 华为技术有限公司 包括变压器和多电平功率变换器的集成充电和电机控制系统
CN112701991A (zh) * 2019-10-22 2021-04-23 保时捷股份公司 用于操控电机的方法和用于车辆的驱动系统

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115864942A (zh) * 2023-02-20 2023-03-28 四川大学 一种双三相电机与开绕组电机在线切换拓扑及其控制方法

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