一种混合励磁电机的电流协调控制方法技术

本发明专利技术提供了一种混合励磁电机的电流协调控制方法，包括如下步骤：步骤一、获取混合励磁电机的机械转速和输出机械功率及电机参数；步骤二、通过计算得出该机械转速和该输出机械功率下电机的电枢电流、内功率因素角、励磁电流；步骤三、通过比较得到电机效率最高时的电枢电流、内功率因素角、励磁电流。本发明专利技术一种混合励磁电机的电流协调控制方法，对混合励磁电机采用电流协调控制策略，使电机的电磁损耗与电枢电流、内功率因素角、励磁电流成函数关系，根据输入的电机的机械转速和输出机械功率和电机的其他参数，求解电枢电流、内功率因素角、励磁电流，使得电机的电磁损耗达到最小，实现电机的最优控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电机驱动与控制
，具体涉及混合励磁电机的控制方法。
技术介绍
长期以来，国内外学者研究较多的永磁电机大都采用转子永磁型，这是因为传统 的交流同步电机都将建立气隙主磁场的励磁绕组安装在转子极上。而在转子永磁电机中， 利用永磁材料代替励磁绕组，减小了铜耗，电动机体积和重量大为减小，结构简单、维护方 便、运行可靠，在功率密度、转矩惯性和效率方面都超过了传统的直流电机和异步电机，是 高效节能电机的重要发展方向，近几十年来受到广泛重视。但这种电机由于将永磁体放置 在转子上，为克服高速运行时的离心力，需要对转子采取特别的辅助措施，如安装由不锈钢 或非金属纤维材料制成的固定装置等，导致其结构复杂，制造成本提高。同时永磁体位于转 子，冷却条件差，散热困难，而温升可能会最终导致永磁体发生不可逆退磁、限制电机出力、 减小功率密度等，制约了电机性能的进一步提高。 针对转子永磁电机的缺点，自然就会联想到定子永磁型的结构。早在上世纪50年 代，美国学者Rauch和Johnson就开始研究永磁体置于定子的新型永磁电机。但由于当时 的永磁体材料性能较差，磁能级很低，导致满足一定输出电压需求的电机本体需要设计的 很大，不能满足实际应用的需要，所以早期并未引起足够的重视，然而，该电机却为后来出 现的其他定子永磁电机奠定了理论基础。 随着以钕铁硼（NdFeB)为代表的新型永磁稀土材料的出现和功率电子学、计算 机、控制理论的发展，从上世纪90年代开始陆续出现三种新型结构的定子永磁型无刷电机 及其控制系统，分别为： 1. 1992年由美国学者T.A.Lipo教授提出的双凸极永磁电机（Double-Salient PermanentMagnetMotor)； 2· 1996年由罗马尼亚学者I.Boldea提出的磁通反向电机（Flux Reversal Machine)； 3. 1997年由法国学者E.Hoang提出的磁通切换型永磁电机（Flux-Switching PermanentMagnetMachine)〇 法国学者E. Hoang在1997年的EPE会议上，首先提出了三相12/10结构的永磁式 磁通切换电机，定子为"U"形导磁铁心，中间嵌入切向交替充磁的永磁体。其后东南大学程 明教授领导的课题组提出了两相8/6结构的永磁式磁通切换型电机，英国Leicester大学 和Sheffield大学分别对单相8/4结构与4/2结构的永磁式磁通切换型电机进行了研究。永 磁式磁通切换型电机不存在励磁损耗，转子上没有永磁体和绕组，因此结构简单、效率高， 工作可靠。由于采用永磁体励磁方式无法直接改变磁场强度，作为发电机时存在电压调整 率较大和故障灭磁困难，作为电动机时难以实现弱磁升速，恒功率运行范围窄。 为了综合永磁励磁与电励磁磁通切换型电机的优点，法国学者E.Hoang于07年 推出了混合励磁磁通切换型电机。与其提出的永磁式磁通切换型电机相比，在永磁体端 部增加了励磁绕组，通过控制励磁电流的大小和方向调节气隙磁密，对永磁磁场起到增磁 或去磁的作用。混合励磁磁通切换电机具有以下优点：结构简单、效率高，工作可靠，调 压方便且调压范围宽，故障保护简单。然而，该结构需要额外增加定子外径，导致电机的 功率密度有所降低。2008年东南大学花为副教授提出了新型结构的混合励磁磁通切换 (Hybrid-excitationflux-switching,HEFS电机）电机，并成功申请国家自然科学基金项 目。 虽然混合励磁磁通切换电机的种类发展日新月异，但是却没有适用于该类电机的 通用控制方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供了一种混合励磁电机的电流协 调控制方法，对于混合励磁磁通切换电机，提出适用于该类电机的通用控制方法。 为了解决上述技术问题，本专利技术提供了如下的技术方案： ，包括如下步骤： 步骤一、获取混合励磁电机的机械转速和输出机械功率及电机参数； 步骤二、通过计算得出该机械转速和该输出机械功率下电机的电枢电流、内功率 因素角、励磁电流； 步骤三、通过比较得到电机效率最高时的电枢电流、内功率因素角、励磁电流。 进一步地，所述混合励磁电机的电流协调控制方法基于空间矢量。 进一步地，所述永磁电机为任意相结构的包含有永磁体作为励磁源的电机。 进一步地，所述永磁电机为纯永磁电机。 进一步地，所述永磁电机为混合励磁电机。 进一步地，所述混合励磁电机为混合励磁磁通切换电机。 进一步地，所述混合励磁磁通切换电机为任意结构的混合励磁磁通切换电机。 进一步地，所述混合励磁磁通切换电机为转子永磁型混合励磁磁通切换电机。 进一步地，所述混合励磁磁通切换电机为定子永磁型混合励磁磁通切换电机。 进一步的，所述混合励磁磁通切换电机采用电流协调控制。 本专利技术，可使电机的效率达到最高，提高 能源的利用率，节约能源成本，使用安全可靠。对混合励磁电机采用电流协调控制策略，使 电机的电磁损耗与电枢电流、内功率因素角、励磁电流成函数关系，根据输入的电机的机械 转速和输出机械功率和电机的其他参数，求解电枢电流、内功率因素角、励磁电流，使得电 机的电磁损耗达到最小，实现电机的最优控制。【附图说明】 附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实 施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中： 图1是本专利技术混合励磁电机的通用控制方法程序流程图； 图2是本专利技术计算磁通调整率α使常工作点运行时的效率最高的方法程序流程 图； 图3是本专利技术混合励磁电机的直轴等效电路图； 图4是本专利技术混合励磁电机的交轴等效电路图； 图5是本专利技术混合励磁电机的相量图； 图6是本专利技术混合励磁电机的励磁支路电路图； 图7是本专利技术混合励磁电机在a= 1时的（Ω,，T*，η)三维曲线图； 图8是本专利技术混合励磁电机在a= 1时的（Ω,，?；，kf)三维曲线图； 图9是本专利技术混合励磁电机在α= 〇. 5时的（Ω,，T*，η)三维曲线图； 图10是本专利技术混合励磁电机在α= 〇. 5时的（Ω,，?；，kf)三维曲线图。 符号代表的缩写词： U 电枢绕组端电压 En 永磁磁链形成的空载电动势 Ef 励磁磁链形成的空载电动势 Ea 电枢反应电势 Ead 电枢反应电势的直轴分量 Eaq 电枢反应电势的直轴分量 I 电枢绕组电流 Id 电枢绕组电流的直轴分量 Iq 电枢绕组电流的交轴分量 Iod 有效电流的直轴分量 Ioq 有效电流的交轴分量 IFed 铁耗电流的直轴分量 IFeq 铁耗电流的交轴分量 ra 电枢绕组电阻 rFe 铁耗电阻 Ld 直轴电感 Lq 交轴电感 p 凸极系数 X。电枢绕组漏抗 xd 直轴同步电抗 xq 交轴同步电抗 Maf 励磁绕组和电枢绕组之间的互感 ΦΡΜ 每相绕组永磁磁通 Φβχε 每相绕组总磁通 Φ_χ 每相绕组总磁通的最大值 Uf 励磁绕组电压 If 励磁绕组电流 ωβ 电角频率 rf 励磁绕组电阻 α 磁通调整率β 电枢和励磁供电功率等级比 kf 调磁系数P 电机极对数 Ωn 额定机械转速 Pi 输入功率 pnec机械损耗 pFe铁耗 pCu铜耗 ρΔ附加损耗 ρΕ电磁损耗 Ρ2输出功率Ψ 内功率因数角 η 效率【具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合励磁电机的电流协调控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、获取混合励磁电机的机械转速和输出机械功率及电机参数；步骤二、通过计算得出该机械转速和该输出机械功率下电机的电枢电流、内功率因素角、励磁电流；步骤三、通过比较得到电机效率最高时的电枢电流、内功率因素角、励磁电流。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：花为，孙风，王鹏，韩文鑫，
申请(专利权)人：江苏风达为新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32