一种多相永磁纯方波电机控制系统技术方案

一种多相永磁纯方波电机控制系统，涉及一种永磁电机控制系统，包括六相永磁方波电机及控制器和驱动装置；电机包括电机轴，转子组件、定子组件、后端盖、前端盖、位置传感器、壳体；永磁纯方波电机定子绕组采用六相绕组，两组三相绕组U、V、W与R、S、T各自独立，其对应绕组在空间相差30

【技术实现步骤摘要】
一种多相永磁纯方波电机控制系统
本专利技术涉及一种永磁电机控制系统，特别是涉及一种多相永磁纯方波电机控制系统。
技术介绍
三相永磁方波电机的理想工作条件是：相反电势平顶宽度不小于1200E(电角度)，相电流是600E方波。绕组相带是600E，由于永磁体极弧宽度不可能达到1800E,再加上枢间漏磁，——磁密的平顶部分，在空间的宽度充其量是1570E，对于每极每项槽数q=1的定子来说，为了克服齿槽转矩，定子铁芯或转子磁极需沿轴向扭斜一个磁矩，对于数十千瓦以上的电机，每极每项槽数q=2，虽然仍只需沿轴向扭斜一个磁矩，但由于绕组的分布效应，与q=1，扭斜1个磁矩的效果相同，即相反电势平顶部分宽度仅有上述的1570E-600E=970E。充其量1080E见图3；由于相反电势平顶宽度（970E）距理想的1200相差甚大，因而电机在工作当中将产生较大的转矩脉动，并产生噪声；因为电磁转矩（Te）与两相相电流（IΦ），相反电势EΦ和电机角速度(Ω)有如下关系：；因此在同一角速度，同样相电流情况下，由于EΦ只有970E范围内是理论值，其余230E的反电势小于EΦ，这样就会形成IΦ不变，绕组铜耗不变，而转矩（功率）降低，电机的效率也降低。在控制方法上，目前无刷直流电动机所采用的控制策略，多是通过改变加在电机两相间的输入电压来改变电机转速的，而改变等效输入电压则是要改变占空比。使相电流平均值跟踪指令电流，达到改变或维持电磁转矩的目的。但由于大功率的方波电机，其定子绕组的电感一般都比较小，导致电机运行时电流的变化率较大，这就对相电流的控制带来了一定的难度，从而对控制器的要求比较高。同时，电机定子中电感和换相得存在，使得电流不能达到理想的矩形波。见图4；三相方波电机是工作在两相通电60°电角度换向一次的的状态，每次换相都会产生换相转矩脉动，这种脉动也会产生噪声。三相方波电机每经过360°电角度会产生六次转矩脉动。同样功率的电机，改成六相后，脉动次数增加到12次，但脉冲的幅值却减了一半，这对系统运行的平稳性和噪声减小却大有好处。方波电机工作在六相状态时电机的转矩大，输出功率随转速的升高而升高，到达额定转速时在随转速的升高电机逐渐工作在三相状态，此时电机转速较高。为了适应这种方波电机的工作状态，本专利技术提出如下多相永磁纯方波电机与控制系统的专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种多相永磁纯方波电机控制系统，该专利技术能使电机相反电势平顶宽度超过120°以上；相电流波形达到理论纯方波；同时让多相纯方波电机工作在多相运行状态也能使其工作在三相运行状态；在多相运行状态，能使电机输出较大转矩，工作在三相运行状态可高速运行，解决方波电机既要低速大扭矩，又能高速运行运行兼顾的问题。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种多相永磁纯方波电机与控制系统，所述系统包括六相永磁纯方波电机及控制器和驱动装置；电机包括电机轴，转子组件、定子组件、后端盖、前端盖、位置传感器、壳体；其特征在于，所述永磁方波电机定子绕组采用六相绕组，两组三相绕组U、V、W与R、S、T各自独立，其对应绕组在空间相差300E；六相永磁纯方波电机的绕组星形连接，转子磁钢表贴式粘接；磁钢外表面贴一层紫铜箔，紫铜箔外部再紧绕一层不锈钢钢丝，固定；其驱动装置包括变流模块、六相切换模块；控制器通过检测电机转子位置及电机绕组电流，以此为变流模块提供PWM信号，以及根据检测电机转子的速度，进而生成开关控制信号以驱动三、六相切换模块；变流模块包括一直流电源和两逆变器，逆变器由两个逆变器并接构成，每个逆变器均采用三相全桥式逆变电路，其中每一个桥臂上有两个功率开关管串联组成并且每个功率开关管都反并联一个二极管；每个逆变器的直流侧均与直流电源连接，交流侧均与各自对应的三相定子绕组相连接；其三、六相切换模块包括两个并接的逆变器，以及连接在两并接逆变器之间的直流接触器；每一个逆变器均对应一套相应的电机定子绕组。所述的一种多相永磁纯方波电机控制系统，所述控制器根据以下控制策略生成开关信号驱动三、六相切换模块，电机以六相绕组工作，电机转子转速经加速达到额定转速，直流接触器接收到控制器发出的开关信号保持断开状态，电机由六相运行切换到三相运行状态。所述的一种多相永磁纯方波电机控制系统，所述电机以三相绕组工作，电机转子转速经减速达到额定转速，直流接触器接收到控制器发出信号后闭合，电机由三相运行状态切换到六相运行状态。所述的一种多相永磁纯方波电机控制系统，所述控制器通过检测外部信号后控制器进行内部处理而生成控制信号，由于六相方波电机控制系统包括直流母线、逆变器、控制器、位置传感器；其中，控制器采用一种针对六相方波电机的控制策略，即给定电流跟踪控制；根据外部电路检测到的电流给定信号与检测到电机绕组反馈电流信号作比较产生开关信号，并与控制器经检测位置传感器信号产生的PWM信号共同做用到逆变器上，最终生成方波电流作用到电机每相绕组。所述的一种多相永磁纯方波电机控制系统，所述控制器为六相，或3*n相，n=1.2.3.4。本专利技术的优点与效果是：1、该专利技术能使电机相反电势平顶宽度超过120°以上；在相同条件下能提高电机输出转矩，提高电机输出功率密度。2、该专利技术相电流波形达到理论纯方波；这样可以使电机输出的电磁转矩更加平稳，降低转矩脉动和噪声，提高电机的工作效率；电压利用率高，相对于传统波形控制策略更加省电。3.本专利技术在方波电机控制系统基础上，增加一组逆变器及一个直流接触器，控制系统能让六相方波电机工作在六相运行状态也能使其工作在三相运行状态；在六相运行状态后，能使电机输出较大转矩，由六相运行状态切换到三相运行状态后能够使电机运行到较大转速，因此本专利技术解决了目前方波电机不能兼顾既要低速大扭矩，又要高速运行的问题。4、本专利技术在电机转子磁钢外表面贴一层紫铜箔，紫铜箔外部再紧绕一层不锈钢钢丝固定。很好的解决了电机在运转时磁钢散热问题。避免磁钢由于过热退磁。附图说明图1本专利技术六相永磁纯方波电机结构图；图2本专利技术控制系统的拓扑结构示意图；图3常规永磁方波电机相反电势平顶宽度波形图（对比技术）；图4常规永磁方波电机相电流波形图（对比技术）；图5本专利技术六相永磁纯方波电机绕组空间分布图；图6本专利技术给定点电流跟踪控制法相电流波形图；图7本专利技术六相永磁纯方波电机转子结构图；图8本专利技术所采用的给定电流跟踪控制法中T1和T6导通时电机定子中电流流通路径示意图图9本专利技术所采用的给定电流跟踪控制法中T1导通、T6关断时电机定子中电流流通路径示意图；图10本专利技术中电机以六相运行状态工作时的结构示意图；图11为方波电机在本专利技术中以六相运行状态工作时绕组中相电流波形示意图；图12为方波电机在本专利技术中由六相运行状态切换到三相运行状态后组中相电流波形示意图；图13本专利技术中电机以三相运行状态工作时的结构示意图；图14六相永磁纯方波电机相反电势平顶宽度波形图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术进行详细说明。本专利技术为多相永磁纯方波电机控制系统。六相永磁纯方波电机定子绕组采用六相绕组，两组三相绕组U、V、W与R、S、T各自独立，其对应绕组在空间相差300E，绕组空间分布见图5。将相带宽减到300E，EΦ的平顶宽度就从970E加大到1270E。最大能大于1300E，满足了本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多相永磁纯方波电机控制系统，其特征在于，所述控制系统包括六相永磁纯方波电机及控制器和驱动装置；控制系统电机包括电机轴，转子组件、定子组件、后端盖、前端盖、位置传感器、壳体；永磁纯方波电机定子绕组采用六相绕组，两组三相绕组U、V、W与R、S、T各自独立，其对应绕组在空间相差30

【技术特征摘要】
1.一种多相永磁纯方波电机控制系统，其特征在于，所述控制系统包括六相永磁纯方波电机及控制器和驱动装置；控制系统电机包括电机轴，转子组件、定子组件、后端盖、前端盖、位置传感器、壳体；永磁纯方波电机定子绕组采用六相绕组，两组三相绕组U、V、W与R、S、T各自独立，其对应绕组在空间相差300E；六相永磁纯方波电机的绕组星形连接，转子磁钢表贴式粘接；磁钢外表面贴一层紫铜箔，紫铜箔外部再紧绕一层不锈钢钢丝，固定；其驱动装置包括变流模块、六相切换模块；控制器通过检测电机转子位置及电机绕组电流，以此为变流模块提供PWM信号，以及根据检测电机转子的速度，进而生成开关控制信号以驱动三、六相切换模块；变流模块包括一直流电源和两逆变器，逆变器由两个逆变器并接构成，每个逆变器均采用三相全桥式逆变电路，其中每一个桥臂上有两个功率开关管串联组成并且每个功率开关管都反并联一个二极管；每个逆变器的直流侧均与直流电源连接，交流侧均与各自对应的三相定子绕组相连接；其三、六相切换模块包括两个并接的逆变器，以及连接在两并接逆变器之间的直流接触器；每一个逆变器均对应一套相应的电机定子绕组。2.根据权利要求1所述的一种多相永磁纯方波电机控制系统，其特征在于，电机相反电势平顶宽度...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴俊民，边春元，鲍志民，牛磊，
申请(专利权)人：沈阳永磁电机制造有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21