永磁同步牵引电机的起动方法及相关设备技术

本发明专利技术公开了一种永磁同步牵引电机的起动方法及相关设备。该方法通过检测永磁同步牵引电机的转子处于静止状态下的转子和定子的相对位置；依据转子和定子的相对位置确定转子所在的位置区域，并查找位置区域对应的三相定子绕组导通方式，三相定子绕组导通方式用于确定永磁同步牵引电机中要导通的两相绕组及其所输入的直流电流；在预设导通时间内控制要导通的两相绕组输入所述直流电流，以使永磁同步牵引电机达到起动条件。从而保证在不受转子位置影响的情况下，使永磁同步牵引电机产生满足车辆牵引启动要求的正向电磁转矩，拖动负载开始转动和加速，后续能够平滑地进入变频调速过程，实现永磁同步牵引电机牵引负载顺利启动的目的。

【技术实现步骤摘要】
永磁同步牵引电机的起动方法及相关设备
本专利技术涉及电机
，特别是涉及一种永磁同步牵引电机的起动方法及相关 设备。
技术介绍
由于采用永磁材料的高磁能积、小尺寸及轻量化的特点，永磁同步电机具有电磁 转矩波动小、转速平稳、高效能、低功耗的特点，因此永磁同步电机可以广泛应用于电机技 术领域中的牵引系统，例如应用于车辆牵引系统中的永磁同步牵引电机。 目前用在一般驱动牵引系统中的永磁同步牵引电机的起动方法为先定位再变频 起动。但是，永磁同步牵引电机无法直接通过三相交流电同步启动，因转子惯量大，通电后 的定子磁场在气隙中旋转，静止的转子磁场无法同步跟随定子磁场旋转，定子磁场和转子 磁场的转速不同步，因此，无论施加的交流电源频率多低，在静止时，永磁同步牵引电机的 转子磁场总处于失步状态，且在静止时，永磁同步牵引电机的定子与转子的相对位置（以 下简称转子位置），可能处于任意位置。所以，在现有技术中在永磁同步牵引电机静止时，首 先需要对永磁同步牵引电机的定子与转子进行定位，然后，采用变频调速的方法异步启动 永磁同步牵引电机，否则由于初始瞬态的相电流的大小和方向的不确定性，将导致永磁同 步牵引电机的初始瞬态转矩方向的不确定，甚至会导致永磁同步牵引电机反方向转动。另 夕卜，由于永磁同步牵引电机受到齿槽转矩的影响，有些转子位置在不通电情况下也存在反 方向转矩，导致永磁同步牵引电机反向转动，然而应用于车辆牵引系统中的永磁同步牵引 电机在起动时负荷较重，不允许反方向转动，则永磁同步牵引电机不能顺利牵引负载起动。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种永磁同步牵引电机的起动方法及相关设备， 以实现永磁同步牵引电机顺利拖动负载开始转动、加速，能够平滑地进入后续的变频调速 过程的目的。 为解决上述技术问题，本专利技术提供一种永磁同步牵引电机的起动方法，包括： 检测所述永磁同步牵引电机的转子处于静止状态下的转子和定子的相对位置； 依据所述转子和定子的相对位置确定所述转子所在的位置区域，并查找所述位置 区域对应的三相定子绕组导通方式，所述三相定子绕组导通方式用于确定所述永磁同步牵 引电机中要导通的两相绕组及其所输入的直流电流； 在预设导通时间内控制所述要导通的两相绕组输入所述直流电流，以使所述永磁 同步牵引电机达到起动条件； 其中，所述起动条件包括：所述两相绕组上在所述预设导通时间内输入的直流电 流值等于所述转子产生起动所需转矩时的预设电流值I s，所述永磁同步牵引电机上产生的 电磁转矩T rai大于等于预设负载转矩Tf 优选地，所述依据所述转子和定子的相对位置确定所述转子所在的位置区域，并 查找所述位置区域对应的三相定子绕组导通方式，包括： 获取所述转子和定子的相对位置的电角度； 依据所述电角度所在的电周期范围确定所述转子位于电周期中的位置区域； 其中，由定子和转子不同相对位置所形成的所述电周期以每60度为一个位置区 域，将360度电周期平分为六个位置区域，且每一个位置区域对应一种三相定子绕组导通 方式； 依据确定的所述转子的位置区域查找对应的三相定子绕组导通方式。 优选地，所述三相定子绕组包括U相绕组、V相绕组和W相绕组，所述三相定子绕 组导通方式包括：三相定子绕组第一导通方式、三相定子绕组第二导通方式、三相定子绕组 第三导通方式、三相定子绕组第四导通方式、三相定子绕组第五导通方式和三相定子绕组 第六导通方式； 所述三相定子绕组第一导通方式为：所述V相绕组与所述W相绕组处于接通直流 电源状态，供电电流分别为：I U = 0, Iv = -Is，Iw = Is; 所述三相定子绕组第二导通方式为：所述U相绕组与所述V相绕组处于接通直流 电源状态，供电电流分别为：I U = Is，Iv = -Is，Iw = 0; 所述三相定子绕组第三导通方式为：所述U相绕组与所述W相绕组处于接通直流 电源状态，供电电流分别为：I U = Is，Iv = 0, Iw = -Is; 所述三相定子绕组第四导通方式为：所述V相绕组与所述W相绕组处于接通直流 电源状态，供电电流分别为：I U = 0, Iv = Is，Iw = -Is; 所述三相定子绕组第五导通方式为：所述U相绕组与所述V相绕组处于接通直流 电源状态，供电电流分别为：I U = -Is，Iv = Is，Iw = 0; 所述三相定子绕组第六导通方式为：所述U相绕组与所述W相绕组处于接通直流 电源状态，供电电流分别为：I U = -Is，Iv = 0, Iw = Is。 优选地，所述永磁同步牵引电机达到起动条件之后，还包括： 在所述永磁同步牵引电机拖动负载开始转动的情况下，检测起动后的转子是否到 达控制方式转换位置，其中，每一个位置区域内对应有一个所述控制方式转换位置，所述控 制方式转换位置为所在位置区域内转子的最大转矩角位置； 当所述转子转动到所述控制方式转换位置时，切换成交流供电方式向所述三相定 子绕组输入有预设初始值的三相交流电，并控制所述三相交流电的最大幅值为K*I S，其中， K为交流电的最大幅值系数取值为1. 1547。 优选地，所述当所述转子转动到所述控制方式转换位置时，切换成交流供电方式 向所述三相定子绕组输入三相交流电，包括： 判断所述转子位于静止状态下的转子和定子的相对位置是否超出所在位置区域 中的控制方式转换位置； 如果否，则当所述转子转动到此位置区域中的控制方式转换位置时，切换成交流 供电方式向所述三相定子绕组输入三相交流电； 如果是，则当所述转子转动到下一位置区域，依据所述下一位置区域对应的三相 定子绕组导通方式向所述三相定子绕组提供直流电流，直至所述转子转动到所述下一位 置区域中的控制方式转换位置时，切换成交流供电方式向所述三相定子绕组输入三相交流 电。 优选地，所述当所述转子转动到所述控制方式转换位置时，切换成交流供电方式 向所述三相定子绕组输入三相交流电，包括： 当所述转子处于静止状态下的转子和定子的相对位置未超出所在位置区域中的 控制方式转换位置时，当所述转子转动到所述控制方式转换位置时，执行所述转子的转速 的判断步骤； 当所述转子处于静止状态下的转子和定子的相对位置超出所在位置区域中的控 制方式转换位置时，继续采用当前位置区域内的三相定子绕组导通方式向所述三相定子绕 组提供直流电流，直至进入下一位置区域； 当所述转子转动到下一位置区域，依据所述下一位置区域对应的三相定子绕组导 通方式向所述三相定子绕组提供直流电流，直至所述转子转动到所述下一位置区域中的控 制方式转换位置，执行所述转子的转速的判断步骤； 所述转子的转速的判断步骤包括： 判断所述转子的转速是否达到预设转速； 若是，则切换交流供电方式向所述三相定子绕组输入三相交流电； 若否，则继续采用当前位置区域内的三相定子绕组导通方式向所述三相定子绕组 提供直流电流，继续进入下一位置区域。 本专利技术还提供了一种电机控制器，用于永磁同步牵引电机的起动，包括： 存储器，用于存储转子的位置区域及与其对应的三相定子绕组导通方式； 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种永磁同步牵引电机的起动方法，包括：检测所述永磁同步牵引电机的转子处于静止状态下的转子和定子的相对位置；依据所述转子和定子的相对位置确定所述转子所在的位置区域，并查找所述位置区域对应的三相定子绕组导通方式，所述三相定子绕组导通方式用于确定所述永磁同步牵引电机中要导通的两相绕组及其所输入的直流电流；在预设导通时间内控制所述要导通的两相绕组输入所述直流电流，以使所述永磁同步牵引电机达到起动条件；其中，所述起动条件包括：所述两相绕组上在所述预设导通时间内输入的直流电流值等于所述转子产生起动所需转矩时的预设电流值IS，所述永磁同步牵引电机上产生的电磁转矩T_em大于等于预设负载转矩T_0。

【技术特征摘要】
1. 一种永磁同步牵引电机的起动方法，包括： 检测所述永磁同步牵引电机的转子处于静止状态下的转子和定子的相对位置； 依据所述转子和定子的相对位置确定所述转子所在的位置区域，并查找所述位置区域 对应的三相定子绕组导通方式，所述三相定子绕组导通方式用于确定所述永磁同步牵引电 机中要导通的两相绕组及其所输入的直流电流； 在预设导通时间内控制所述要导通的两相绕组输入所述直流电流，以使所述永磁同步 牵引电机达到起动条件； 其中，所述起动条件包括：所述两相绕组上在所述预设导通时间内输入的直流电流值 等于所述转子产生起动所需转矩时的预设电流值Is，所述永磁同步牵引电机上产生的电磁 转矩T ?大于等于预设负载转矩Tf2. 根据权利要求1所述的起动方法，其特征在于，所述依据所述转子和定子的相对位 置确定所述转子所在的位置区域，并查找所述位置区域对应的三相定子绕组导通方式，包 括： 获取所述转子和定子的相对位置的电角度； 依据所述电角度所在的电周期范围确定所述转子位于电周期中的位置区域； 其中，由定子和转子不同相对位置所形成的所述电周期以每60度为一个位置区域，将 360度电周期平分为六个位置区域，且每一个位置区域对应一种三相定子绕组导通方式； 依据确定的所述转子的位置区域查找对应的三相定子绕组导通方式。3. 根据权利要求1或2中的任意一项所述的起动方法，其特征在于，所述三相定子绕组 包括U相绕组、V相绕组和W相绕组，所述三相定子绕组导通方式包括：三相定子绕组第一 导通方式、三相定子绕组第二导通方式、三相定子绕组第三导通方式、三相定子绕组第四导 通方式、三相定子绕组第五导通方式和三相定子绕组第六导通方式； 所述三相定子绕组第一导通方式为：所述V相绕组与所述W相绕组处于接通直流电源 状态，供电电流分别为：Iu = 〇, Iv = _IS，Iw = Is; 所述三相定子绕组第二导通方式为：所述u相绕组与所述V相绕组处于接通直流电源 状态，供电电流分别为：Iu = Is，Iv = -is，Iw = 0 ; 所述三相定子绕组第三导通方式为：所述u相绕组与所述w相绕组处于接通直流电源 状态，供电电流分别为：Iu = Is，Iv = 0, Iw = -is; 所述三相定子绕组第四导通方式为：所述V相绕组与所述w相绕组处于接通直流电源 状态，供电电流分别为：Iu = 0, Iv = Is，Iw = -is; 所述三相定子绕组第五导通方式为：所述u相绕组与所述V相绕组处于接通直流电源 状态，供电电流分别为：Iu = -is，Iv = Is，Iw = 0 ; 所述三相定子绕组第六导通方式为：所述u相绕组与所述w相绕组处于接通直流电源 状态，供电电流分别为：Iu= _IS，Iv= 0，Iw= Is。4. 根据权利要求1所述的起动方法，其特征在于，所述永磁同步牵引电机达到起动条 件之后，还包括： 在所述永磁同步牵引电机拖动负载开始转动并加速的情况下，检测起动后的转子是否 到达控制方式转换位置，其中，每一个位置区域内对应有一个所述控制方式转换位置，所述 控制方式转换位置为所在位置区域内转子的最大转矩角位置； 当所述转子转动到所述控制方式转换位置时，切换至交流供电方式向所述三相定子绕 组输入有预设初始值的三相交流电，并控制所述三相交流电的最大幅值为K*IS，其中，K为 交流电的最大幅值系数取值为1. 1547。5. 根据权利要求4所述的起动方法，其特征在于，所述当所述转子转动到所述控制方 式转换位置时，切换成交流供电方式向所述三相定子绕组输入三相交流电，包括： 判断所述转子位于静止状态下的转子和定子的相对位置是否超出所在位置区域中的 控制方式转换位置； 如果否，则当所述转子转动到此位置区域中的控制方式转换位置时，切换成交流供电 方式向所述三相定子绕组输入三相交流电； 如果是，则当所述转子转动到下一位置区域，依据所述下一位置区域对应的三相定子 绕组导通方式向所述三相定子绕组提供直流电流，直至所述转子转动到所述下一位置区域 中的控制方式转换位置时，切换成交流供电方式向所述三相定子绕组输入三相交流电。6. 根据权利要求4所述的起动方法，其特征在于，所述当所述转子转动到所述控制方 式转换位置时，切换成交流供电方式向所述三相定子绕组输入三相交流电，包括： 当所述转子处于静止状态下的转子和定子的相对位置未超出所在位置区域中的控制 方式转换位置时，当所述转子转动到所述控制方式转换位置时，执行所述转子的转速的判 断步骤； 当所述转子处于静止状态下的转子和定子的相对位置超出所在位置区域中的控制方 式转换位置时，继续采用当前位置区域内的三相定子绕组导通方式向所述三相定子绕组提 供直流电流，直至进入下一位置区域； ...

【专利技术属性】
技术研发人员：李华湘，杨金霞，胡华，井睿康，孟繁东，崔龙，胡勇峰，刘春秀，元约平，陈致初，
申请(专利权)人：南车株洲电力机车研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43