多相高速交流电机系统技术方案

多相高速交流电机系统，属于电机领域。本发明专利技术是为了解决现有小电感电机定子电流中谐波成分大的问题。本发明专利技术所述的多相高速交流电机系统，多相高速交流电机和多相功率变换器构成多相高速电机驱动系统，通过在定子铁心外表面开槽，并在槽中嵌入线圈的非有效边，从而提高了各相绕组的漏感，使定子谐波电流得到抑制，进而减小了由谐波电流引起的各种损耗，提高了电机的效率，降低了电机的温升，延长了电机寿命；同时，本发明专利技术充分利用了六相电机双逆变器驱动的特性，消除了谐波磁场引起的脉动转矩，使转子铁心及永磁体的损耗大大减少，降低了电机的振动和噪声，提高了系统的稳定性以及系统的动、静态特性。适用于抑制定子谐波电流。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】多相高速交流电机系统，属于电机领域。本专利技术是为了解决现有小电感电机定子电流中谐波成分大的问题。本专利技术所述的多相高速交流电机系统，多相高速交流电机和多相功率变换器构成多相高速电机驱动系统，通过在定子铁心外表面开槽，并在槽中嵌入线圈的非有效边，从而提高了各相绕组的漏感，使定子谐波电流得到抑制，进而减小了由谐波电流引起的各种损耗，提高了电机的效率，降低了电机的温升，延长了电机寿命；同时，本专利技术充分利用了六相电机双逆变器驱动的特性，消除了谐波磁场引起的脉动转矩，使转子铁心及永磁体的损耗大大减少，降低了电机的振动和噪声，提高了系统的稳定性以及系统的动、静态特性。适用于抑制定子谐波电流。【专利说明】多相高速交流电机系统
本专利技术属于电机领域，尤其涉及一种交流电机系统。
技术介绍
高速电机具有转速高、功率密度大、效率高、体积小、重量轻等突出优点，越来越受到工业界的关注，已被广泛应用于高速磨床及其他加工机床、高速飞轮储能系统、高速离心式压缩机与鼓风机、微型燃气轮机高速启动发电机等系统中。由高速电机的结构特点和运行状态要求可知，高速永磁同步电机的定子绕组电感较小。理论分析与实验表明，减小绕组电感有利于提高定子电流的动态响应，但是会对电机驱动控制系统带来诸多不利影响。若采用开关频率为数kHz的三相电压型PWM逆变器直接对此类型电机进行驱动时，由于电机定子电感较小，因此难以实现对绕组电流的有效调节，将导致绕组电流发生畸变，电流中含有很大的谐波成分，从而会增加绕组铜损和铁心损耗，使定、转子温升较高，甚至会引起转子永磁体的不可逆去磁，同时还会产生较大的转矩脉动和噪声，严重影响高速电机的正常运行。为了减小定子电流中的谐波成分，进而实现较好的小电感电机控制性能，常用如下几种方法改善小电感电机定子电流波形:(I)在三相定子绕组中串联三个相同的电感，使得定子等效电感值变大，从而可以减小电流谐波。然而在绕组中串联电感会使得系统的体积、重量和成本成倍地增加，降低绕组电流的动态响应速度，同时还需要供电电源额外为其提供较高的电压。(2)通过提高PWM逆变器的开关频率，实现对定子电流快速调节的目的。但是功率管的开关频率不能无限制地增加，它还受到系统功率的限制。提高开关频率还会增加逆变电路的开关损耗，使系统效率降低、体积与重量增加。(3)通过在电机三相定子绕组和PWM逆变器之间加入三相LC滤波器，来减小绕组电流谐波(如图5所示)。与串联电感的方法相比，引入LC滤波电路能够减小系统的体积、重量，但是会增加系统成本与复杂性。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有小电感电机定子电流中谐波成分大的问题，现提供多相高速交流电机系统。本专利技术所述的多相高速交流电机系统包括两种结构。第一种结构，多相高速交流电机系统，它包括:m相高速交流电机和m/3个三相功率变换器，其中，m为电机的相数，m= 3k，k为大于I的正整数； 所述m相电机包括定子和转子；所述定子包括:m/3套三相环形绕组和环形铁心，每套三相环形绕组中相邻两相环形绕组对应相之间的相位差为δ电角度，且δ满足δ = ±180° /m;每套三相环形绕组均为星形联结，每套三相绕组的三个输出端分别与一个三相功率变换器的三个交流输入端 对应相连;m/3个三相功率变换器共直流母线，相邻两个三相功率变换器所对应相的输出电流之间相差δ电角度；所述环形铁心的内侧壁开有Z个槽，外侧壁开有y个槽，所述内侧壁和外侧壁上的槽均沿铁心周向均匀排布，每套三相环形绕组的每个矩形线圈的有效边嵌固在内侧壁的槽中，该有效边的对边嵌固在外侧壁的槽中，其中Z和y均为正整数。第二种结构，多相高速交流电机系统，它包括:m相高速交流电机和m相功率变换器，其中，m为电机的相数，m为大于或等于5的自然数；所述m相高速交流电机包括定子和转子；所述定子包括:m相环形绕组和环形铁心，相邻两相环形绕组之间的相位差为δ电角度，且S满足δ = ±360° /m;m相环形绕组的每相输出端分别与m相功率变换器的一个交流输入端 对应相连;m相功率变换器相邻相之间输出电流相差δ电角度；所述环形铁心的内侧壁开有Z个槽，外侧壁开有y个槽，所述内侧壁和外侧壁上的槽均沿铁心周向均匀排布，每套三相环形绕组的每个矩形线圈的有效边嵌固在内侧壁的槽中，该有效边的对边嵌固在外侧壁的槽中，其中Z和y均为正整数。本专利技术所述的多相高速交流电机系统，多相高速交流电机和多相功率变换器构成多相高速电机驱动系统，通过在定子铁心外表面开槽，并在槽中嵌入线圈的非有效边，从而提高了各相绕组的漏感，使定子谐波电流得到抑制，进而减小了由谐波电流引起的各种损耗，提高了电机的效率，降低了电机的温升，延长了电机寿命；同时，本专利技术充分利用了六相电机双逆变器驱动的特性，消除了 5次、7次谐波在电机内的旋转磁场，消除了谐波磁场弓I起的脉动转矩，使转子铁心及永磁体的损耗大大减少，降低了电机的振动和噪声，提高了系统的稳定性以及系统的动、静态特性。并且，由于环形绕组各个线圈端部不交叠，绝缘容易，电机的容错能力强、可靠性高。【专利附图】【附图说明】图1为TK相闻速交流电机系统的电气结构不意图；图2为环形铁心内侧壁槽数为12，外侧壁槽数为12，绕组为单层绕组的六相高速交流电机的定子铁心结构示意图；图3为环形铁心内侧壁槽数为24，外侧壁槽数为12，绕组为双层绕组的六相高速交流电机的定子铁心结构示意图；图4为环形铁心内侧壁槽数为24，外侧壁槽数为24，绕组为双层绕组的六相高速交流电机的定子铁心结构示意图；图5为具有LC输出滤波器的三相永磁同步电机驱动系统的结构示意图。【具体实施方式】【具体实施方式】一:本实施方式所述的多相高速交流电机系统,它包括:m相高速交流电机和m/3个三相功率变换器，其中，m为电机的相数，m = 3k, k为大于I的正整数；所述m相电机包括定子和转子；所述定子包括:m/3套三相环形绕组和环形铁心，每套三相环形绕组中相邻两相环形绕组对应相之间的相位差为S电角度，且δ满足δ = ±180° /m;每套三相环形绕组均为星形联结，每套三相绕组的三个输出端分别与一个三相功率变换器的三个交流输入端 对应相连；m/3个三相功率变换器共直流母线，相邻两个三相功率变换器所对应相的输出电流之间相差δ电角度；所述环形铁心的内侧壁开有Z个槽，外侧壁开有y个槽，所述内侧壁和外侧壁上的槽均沿铁心周向均匀排布，每套三相环形绕组的每个矩形线圈的有效边嵌固在内侧壁的槽中，该有效边的对边嵌固在外侧壁的槽中，其中Z和y均为正整数。在实际应用中，按照本实施方式所述的多相高速交流电机系统结构，当k = 2，即m=6时，如图1所示，六相高速交流电机系统包括一台六相高速交流电机和2个三相功率变换器，六相高速交流电机包括定子和转子，定子和转子之间为气隙。所述定子包括两套三相环形绕组和环形铁心，两套三相绕组对应相之间的空间相位差为30电角度，即Al相与A2相之间相位差为电角度30°，B1相与B2相之间相位差为电角度30° ,Cl相与C2相之间相位差为电角度30°，每套三相绕组都是星形联结；每套三相绕组的输出端都与一个三相功率变换器的交流输入端相连，两套三相功率变换器共直流母线；两套三相功率变换器对应相输出电流之间差30电角度。【具体实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】
多相高速交流电机系统，其特征在于，它包括：m相高速交流电机和m/3个三相功率变换器，其中，m为电机的相数，m＝3k，k为大于1的正整数；所述m相电机包括定子和转子；所述定子包括：m/3套三相环形绕组和环形铁心，每套三相环形绕组中相邻两相环形绕组对应相之间的相位差为δ电角度，且δ满足δ＝±180°/m；每套三相环形绕组均为星形联结，每套三相绕组的三个输出端分别与一个三相功率变换器的三个交流输入端一一对应相连；m/3个三相功率变换器共直流母线，相邻两个三相功率变换器所对应相的输出电流之间相差δ电角度；所述环形铁心的内侧壁开有Z个槽，外侧壁开有y个槽，所述内侧壁和外侧壁上的槽均沿铁心周向均匀排布，每套三相环形绕组的每个矩形线圈的有效边嵌固在内侧壁的槽中，该有效边的对边嵌固在外侧壁的槽中，其中Z和y均为正整数。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：寇宝泉，曹海川，陈宇声，尹相睿，谢逸轩，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23