一种用于双绕组电机的零转矩d轴交变磁场的控制方法技术

本发明专利技术公开一种用于双绕组电机的零转矩d轴交变磁场的控制方法，控制方法基于包括定子和转子的双绕组电机实现，定子上有定子铁芯和绕设于定子铁芯上的两套绕组。控制方法具体为：1)建立同步旋转的转子两相直角坐标系横坐标轴用d表示，纵坐标轴用q表示，d‑q坐标系中横坐标轴d轴与转子磁场方向相同，垂直于转子磁场方向为q轴。2)在双绕组电机处于0转矩、0转速状态时，通过控制一套绕组的三相绕组电流，使两套绕组在转子两相直角坐标系上等效的电流iq＝0，id正负交替变化，在另一套绕组中产生感应电动势，完成两套绕组的能量传递。本发明专利技术能够实现车辆在任何工况下，两套绕组都能进行能量交换。

【技术实现步骤摘要】
一种用于双绕组电机的零转矩d轴交变磁场的控制方法
本专利技术涉及新能源车辆领域和电机控制领域，特别涉及一种用于双绕组电机的零转矩d轴交变磁场的控制方法。
技术介绍
传统内燃机车辆的普及在给人们带来方便，舒适与快捷的现代生活的同时，也给现代社会带来了越来越多的问题比如能源危机和环境污染。为了解决这一系列的由传统内燃机车辆带来的社会问题，各国都在努力发展新型低排放或零排放的新能源车辆。单一的电源系统加普通电机的结构形式，已经不能满足现在新能源车辆越来越高的使用要求，而复合电源作为一种新型的电源系统则十分适合用在新能源车辆上。为了配合复合电源使用，研究者提出了多绕组电机的理念，经过实践验证双绕组电机更能适用于多工况需求，降低制造成本，提高系统性能。双绕组电机上的两套绕组，可以有ABC绕组做正功、abc绕组做正功；ABC绕组做正功、abc绕组做负功；ABC绕组做负功、abc绕组做正功；ABC绕组做负功、abc绕组做负功上四种工作状态，但是目前，当双绕组电机处于0转矩、0转速状态时，两套绕组能够进行能量交换仍然是一个技术难题。
技术实现思路
现阶段，当双绕组电机处于转动状态或处于有转动趋势的状态时，可以实现两套绕组进行能量；但当双绕组电机处于0转矩、0转速状态时，两套绕组不能很好的进行能量交换。本专利技术解决的技术问题是在双绕组电机处于0转矩、0转速状态时，实现两套绕组之间进行能量交换。为解决以上技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种用于双绕组电机的零转矩d轴交变磁场的控制方法，本控制方法所用的装置为双绕组电机，包括定子和转子，定子包括定子铁芯和绕设于定子铁芯上的两套互相独立的绕组，两套绕组之间能够在该控制方法的控制下进行能量交换；所述的双绕组电机为外转子永磁电机、内转子永磁电机或交流感应电机中的一种；所述的两套绕组的匝数可以相同，也可以不同；所述的两套绕组在空间上可以呈任意电角度夹角布置，且均为三相绕组，三相绕组各相轴线在空间上互为120°电角度。所述的控制方法具体包括以下步骤：第一步，建立直角坐标系对于三相绕组电机，各组绕的磁轴线在空间各差120°电角度。以每相绕组的轴线作为一个坐标轴，便可以得到定子三相坐标系，即a-b-c三相坐标系，如图1所示。为了简化数学模型使模型降阶通常把三相电磁量变换成两相电磁量，即把定子三相坐标系中的电磁量变换到两相坐标系中进行运算，所以又定义了定子两相静止坐标系，即β-α坐标系。a-b-c三相坐标系的三个坐标轴分别用a、b、c表示，β-α两相坐标系的两个坐标轴分别用β、α表示，通常使α轴与a轴重合，如图2所示。在矢量变换控制系统中还定义了一个同步旋转坐标系d-q坐标系，所述的d-q坐标系为一个转子两相直角坐标系，横坐标轴用d表示，纵坐标轴用q表示，如图3。与β-α坐标系不同的是d-q坐标系是旋转的，其旋转的角速度ω为定子旋转磁场的角速度，与β-α坐标系夹角为θ。旋转坐标系中横坐标轴d轴与转子磁场方向相同，垂直于转子磁场方向为q轴。第二步，如图4，把定子的三相绕组电流iA、iB、iC经过Clake变换等效投影到定子两相静止坐标系的α、β轴上，得到iα、iβ；然后将iα、iβ经过Park变换等效投影到转子两相直角坐标系的d、q轴上，得到电流iq、id。在定子铁芯上的两套互相独立的绕组中，其中任意一套绕组产生三相绕组电流iA1、iB1、iC1，该组三相绕组电流经过Clake变换等效投影到定子两相静止坐标系的α、β轴上，得到电流iα1、iβ1，将iα、iβ经过Park变换等效投影到转子两相直角坐标系上，得到电流iq1、id1。在双绕组电机处于0转矩、0转速状态时，通过控制一套绕组的三相绕组电流iA1、iB1、iC1，使两套绕组在转子两相直角坐标系上等效的电流id正负交替变化,iq＝0，id正负交替变化的结果使该套绕组在另一套绕组中产生感应电动势，两套绕组进行能量交换，完成两套绕组的能量传递，反之亦然；iq＝0的结果使定子产生的磁场与d轴平行，在q轴上无电流矢量分量，电机转子所受电磁转矩为零，保持静止。本专利技术的有益效果为：在双绕组电机上应用所述的零转矩d轴交变磁场控制方法，当双绕组电机的定转子处于相对静止状态时，两套绕组能够进行能量交换，并使双绕组电机的定转子仍然保持相对静止状态，进而实现在车辆在任何工况下，两套绕组都能进行能量交换。特别地，如果把本专利技术应用在燃料电池车辆上，在燃料电池车辆停车，双绕组电机定转子处于相对静止状态时，可以实现所述的两套绕组进行能量交换，进而实现燃料电池向二次电池或超级电容器充电，并且使车辆仍然处于停车状态。附图说明图1是本专利技术所用定子三相坐标系的原理示意图。图2是本专利技术所用定子两相静止坐标系的原理示意图。图3是本专利技术所用同步旋转d-q坐标系的原理示意图。图4是本专利技术所用控制方法的原理示意图。图5是本专利技术用于双绕组外转子永磁电机上时的控制示意图。图6是本专利技术用于双绕组内转子永磁电机上时的控制示意图。图7是本专利技术用于双绕组交流感应电机上时的控制示意图。图中：1转子；2定子；ABC为定子上的一套绕组，A+、B+、C+分别为绕组的输入端，A-、B-、C-分别为绕组的输出端；abc为定子上的另外一套绕组，a+、b+、c+分别为绕组的输入端，a-、b-、c-分别为绕组的输出端。具体实施方式本专利技术提出的一种用于双绕组电机的零转矩交变d轴磁场变化的控制方法，可以用于外转子永磁电机(如图5)、内转子永磁电机(如图6)，交流感应电机(如图7)。特别地，当本专利技术用于双绕组外转子永磁电机上时，如图5，所述的双绕组外转子永磁电机包括定子2和转子1，所述的定子2包括定子铁芯和绕设于所述定子铁芯上的两套绕组，其中ABC为定子上的一套绕组，A+、B+、C+分别为绕组的输入端，A-、B-、C-分别为绕组的输出端；abc为定子上的另外一套绕组，a+、b+、c+分别为绕组的输入端，a-、b-、c-分别为绕组的输出端。所述的两套绕组的匝数根据为两套绕组供电的电源电压不同而不同，例如：一套绕组的匝数为5，另一套绕组的匝数为10；所述的两套绕组在空间上呈0°电角度夹角布置，均为三相绕组，三相绕组各相轴线在空间上互为120°电角度。在双绕组外转子永磁电机处于0转矩、0转速状态时，通过零转矩矢量控制技术，控制两套绕组产生的iq＝0，id正负交替变化，在另一套绕组中产生感应电动势，电压变比为5:10，电流变比为10:5，实现所述的两套绕组进行能量交换，且电机转子所受电磁转矩为零，保持静止。特别地，当本专利技术用于双绕组内转子永磁电机上时，如图6，所述的双绕组内转子永磁电机包括定子2和转子1，所述的定子2包括定子铁芯和绕设于所述定子铁芯上的两套绕组，其中ABC为定子上的一套绕组，A+、B+、C+分别为绕组的输入端，A-、B-、C-分别为绕组的输出端；abc为定子上的另外一套绕组，a+、b+、c+分别为绕组的输入端，a-、b-、c-分别为绕组的输出端。所述的两套绕组的匝数根据为两套绕组供电的电源电压不同而不同，例如：一套绕组的匝数为5，另一套绕组的匝数为5；所述的两套绕组在空间上呈30°电角度夹角布置，均为三相绕组，三相绕组各相轴线在空间上互为120°电角度。在双绕组内转子永磁电机处于0转矩、0转速状态时，通过零本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于双绕组电机的零转矩d轴交变磁场的控制方法，其特征在于，本控制方法所用的装置为包括定子和转子的双绕组电机，所述的定子包括定子铁芯和绕设于定子铁芯上的两套互相独立的绕组，所述的两套绕组的匝数相同或不同；两套绕组之间能够在该控制方法的控制下进行能量交换；所述的控制方法包括以下步骤：第一步，建立直角坐标系对于三相绕电机，以每相绕组的轴线作为一个坐标轴，得到定子三相坐标系，即a‑b‑c三相坐标系，三个坐标轴分别用a、b、c表示；将定子三相坐标系中的电磁量变换到两相坐标系中进行运算，定义定子两相静止坐标系，即β‑α坐标系，两个坐标轴分别用β、α表示，α轴与a轴重合；在矢量变换控制系统中定义一个同步旋转的转子两相直角坐标系，即d‑q坐标系，横坐标轴用d表示，纵坐标轴用q表示，横坐标轴d轴与转子磁场方向相同，垂直于转子磁场方向为q轴；所述的d‑q坐标系的旋转的角速度ω为定子旋转磁场的角速度，与β‑α坐标系夹角为θ；第二步，在定子铁芯上的两套互相独立的绕组中，其中一套绕组产生三相绕组电流iA1、iB1、iC1；三相绕组电流iA1、iB1、iC1经过Clake变换等效投影到定子两相静止坐标系的α、β轴上，得到电流iα1、iβ1；将iα、iβ经过Park变换等效投影到转子两相直角坐标系上，得到电流iq1、id1；在双绕组电机处于0转矩、0转速状态时，通过控制一套绕组的三相绕组电流iA1、iB1、iC1，使两套绕组在转子两相直角坐标系上等效的电流id正负交替变化,iq＝0，id正负交替变化的结果使该套绕组在另一套绕组中产生感应电动势，两套绕组进行能量交换，完成两套绕组的能量传递，反之亦然；iq＝0的结果使定子产生的磁场与d轴平行，在q轴上无电流矢量分量，电机转子所受电磁转矩为零，保持静止。...

【技术特征摘要】
1.一种用于双绕组电机的零转矩d轴交变磁场的控制方法，其特征在于，本控制方法所用的装置为包括定子和转子的双绕组电机，所述的定子包括定子铁芯和绕设于定子铁芯上的两套互相独立的绕组，所述的两套绕组的匝数相同或不同；两套绕组之间能够在该控制方法的控制下进行能量交换；所述的控制方法包括以下步骤：第一步，建立直角坐标系对于三相绕电机，以每相绕组的轴线作为一个坐标轴，得到定子三相坐标系，即a-b-c三相坐标系，三个坐标轴分别用a、b、c表示；将定子三相坐标系中的电磁量变换到两相坐标系中进行运算，定义定子两相静止坐标系，即β-α坐标系，两个坐标轴分别用β、α表示，α轴与a轴重合；在矢量变换控制系统中定义一个同步旋转的转子两相直角坐标系，即d-q坐标系，横坐标轴用d表示，纵坐标轴用q表示，横坐标轴d轴与转子磁场方向相同，垂直于转子磁场方向为q轴；所述的d-q坐标系的旋转的角速度ω为定子旋转磁场的角速度，与β-α坐标系夹角为θ；第二步，在定子铁芯上的两套互相独立的绕组中，其中一套绕组产生三相绕组电流iA1、iB1、iC1；三相绕组...

【专利技术属性】
技术研发人员：周雅夫，常城，王翰涛，孙宵宵，张霖，李琳辉，连静，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21