电机系统及控制方法技术方案

一种电机控制方法，包括：检测一个电机系统的运行参数，该电机系统由多个绕组、一个转子、与该转子磁耦合的一个定子和与多个绕组相连的多个功率变换器组成；采用一个控制器根据所述运行参数确定合适的极数和初始运行变量集；逐渐降低所述电机系统的工作应力，以及在降低工作应力后，配置所述多个功率变换器，从而根据合适的极数调整所述电机系统的极数。

Motor system and control method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电机系统及控制方法
本专利技术涉及一种电动机和/或发电机系统，在特定的实施例中，涉及改进先进电动机/发电机和驱动系统的设计、结构和控制的创新技术。
技术介绍
电机(电动机或发电机)是一种将电能和机械运动的能量互相转换的装置。电机分为多种不同的类型，包括：感应电机、永磁电机、开关磁阻电机、同步磁阻电机和混合式电机。本专利技术的各个实施例适用于上述不同类型的电机，无论是配置为电动机还是发电机。下面将以感应电动机为例说明本专利技术的创新之处。感应电动机由定子和转子组成。定子为固定部分，转子为旋转部分。转子可以位于定子内部、定子外部或定子旁边，例如轴向磁场电机。下面将以转子位于定子内部的感应电动机为例说明本专利技术的创新之处。电动机的转子和定子之间存在一个很小的气隙，用于产生机械间隙和机械转矩。鼠笼式感应电动机是最常用的电机。鼠笼式感应电动机的定子由多个绕组组成。所述多个绕组通常形成多个相带，以极对的形式排列。鼠笼式感应电动机的转子由转轴和鼠笼绕组组成，鼠笼由固定在磁结构(例如：层压硅钢片)上的金属条组成。金属条环绕在转轴周围。金属条的一端用一个连接环短接，另一端用另一个连接环短接。在运行过程中，通常向定子供电，从而在定子和气隙中形成第一个磁场。在定子绕组上施加交流(ac)电后，第一个磁场将立即以同步转速开始旋转。第一个磁场在转子的金属条中感应出电流。感应电流在转子中产生第二个磁场。第二个磁场(转子)与第一个磁场(定子)相互作用。根据楞次定律，在电动机模式下，转子沿与旋转的第一个磁场相同的方向旋转，产生机械转矩，带动转子旋转，而转子滞后于第一个磁场。第一个磁场和转子之间的转速差不断地在转子内部感应出电流。如果在转子上施加负载，转子将进一步滞后于第一个磁场，而转子和第一个磁场之间的时滞将产生更多转矩。也就是说，电动机的转矩大致与转子和第一个磁场之间的转速差成正比。通常，感应电动机转子的理论转速取决于电源的频率和定子线圈磁极的排列方式。如果电动机不带任何负载，转子的转速等于或约等于旋转磁场的同步转速。感应电动机的同步转速取决于电源的频率和感应电动机的极数，等于电源的频率乘以60再除以极对数。随着能效问题越来越重要，越来越多的电动机和发电机(统称为电机)与电力电子设备组合在一起用于各种变速应用中，例如：工业传动、电动汽车、柴油发电机组、伺服系统和风力发电等。这些应用普遍要求电机和发电机具有较广泛的工作转速和功率范围，而传统技术无法满足该类应用的性能和成本要求。尤其是随着可再生能源成为一个重要议题，越来越多的电机被用于驱动电动汽车。这些电机需要能在较广的转速和功率范围内高效地运行。然而，传统电机无法满足该类应用的性能和成本要求。已经有人提出动态调整电机的极数和/或相数，从而更加自由地优化电机的性能，特别是提高电机和驱动系统的效率。可以通过控制绕组中的电流，特别是可以通过改变相邻绕组之间的相位关系，来改变电机的极数和/或一个极对的相数。然而，如何控制电机并实现极数和/或相数的动态调整仍然是一个重大挑战。最好有一种高性能的电机系统，该系统具有先进的控制技术和优异的特性，例如：在各种速度和功率范围内以低成本高效运行。
技术实现思路
本专利技术的优选实施例提供一种能动态调整极数和/或相数的可重配置电机系统，通常可以解决或规避上述和其它问题，并实现了技术优势。根据一个实施例，一种方法包括：提供一台电机，由多个绕组、一个转子和与该转子磁耦合的一个定子组成；将多个功率变换器与所述多个绕组耦接，逐渐降低所述电机的磁通强度和转矩；降低所述电机的磁通强度和转矩后，控制所述多个功率变换器，动态地调整所述电机的极数；通过控制所述多个功率变换器动态地调整所述电机的极数后，逐渐增加所述电机的磁通强度和转矩。根据另一个实施例，一种系统包括：一种由多个绕组、一个转子和与该转子磁耦合的定子组成的电机，其中，多个绕组被配置为可以通过调整流经所述多个绕组的电流动态地调整电机的极数；与各绕组相连的多个功率变换器，其中，所述多个功率变换器和所述多个绕组安排成多个对称组，由多个调制器控制，所述调制器与多个交错运行的时钟同步，并且其中每个对称组的门极驱动信号与一个时钟同步，及一个控制器，所述控制器被配置为决定电机的多个运行参数，以优化系统的一组性能参数。控制所述多个功率变换器中的某个功率变换器，产生一个具有谐波分量的励磁电流。根据又一个实施例，一种方法包括：检测一个电机系统的运行参数，该电机系统由多个绕组、一个转子、与该转子磁耦合的一个定子以及与所述多个绕组相连的多个功率变换器组成；用控制器根据运行参数确定合适的极数和初始运行变量集；逐渐降低所述电机系统的工作应力；在降低工作应力后，配置所述多个功率变换器，从而根据所述合适的极数调整所述电机系统的极数。本专利技术实施例的一个优点是能动态调整极数和/或相数的可重配置电机系统。因此，可重配置电机系统能在各种工况下实现高性能。前文已相当广泛地概括了本专利技术的特征和技术优点，以便于可以更好地理解下述本专利技术的详细内容。下文将描述本专利技术的附加特征和优点，其构成本专利技术权利要求的主题。本领域技术人员应当理解，所公开的概念和具体实施例可以容易地用作修改或设计用于实现本专利技术相同目的的其他结构或过程的基础。本领域技术人员还应该认识到，此类等同构造并不脱离所附权利要求书所阐述的本专利技术的精神和范围。附图说明为了更全面地理解本专利技术及其优点，现参考以下描述及相关附图，其中：图1显示了根据本专利技术各个实施例的一种电机系统的示意图；图2显示了根据本专利技术各个实施例的图1所示的电机系统的简化截面图；图3显示了根据本专利技术各个实施例的图2所示的电机系统的连接环和多个定子绕组的示意图；图4显示了根据本专利技术各个实施例的沿图1所示直线A-A’剖切定子槽所形成的横截面图；图5显示了根据本专利技术各个实施例的一种可重配置电机系统的框图；图6显示了根据本专利技术各个实施例的适用于图5所示系统的一种功率变换器的原理图；图7显示了根据本专利技术各个实施例的另一种可重配置电机系统的框图；图8显示了根据本专利技术各个实施例的另一种可重配置电机系统的框图；图9显示了根据本专利技术各个实施例的另一种可重配置电机系统的框图；图10显示了根据本专利技术各个实施例的另一种可重配置电机系统的框图；图11显示了根据本专利技术各个实施例的一种含有多组绕组的可重配置电机系统的框图；图12显示了根据本专利技术各个实施例的另一种含有多组绕组的可重配置电机系统的框图；图13显示了根据本专利技术各个实施例的又一种含有多组绕组的可重配置电机系统的框图；图14显示了根据本专利技术各个实施例的一种含有两组绕组的可重配置电机系统的框图；图15显示了根据本专利技术各个实施例的另一种含有两组绕组的可重配置电机系统的框图；图16显示了根据本专利技术各个实施例的可重配置电机系统的控制系统的第一种实现方式；图17显示了根据本专利技术各个实施例的可重配置电机系统的控制系统的第二种实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，包括：/n提供一台电机，由多个绕组、一个转子和与所述转子磁耦合的一个定子组成；/n将多个功率变换器与所述多个绕组耦接；/n逐渐降低所述电机的磁通强度和转矩；/n降低所述电机的磁通强度和转矩后，控制所述多个功率变换器动态调整所述电机的极数，以及/n控制所述多个功率变换器动态调整所述电机的极数后，逐渐增加所述电机的磁通强度和转矩。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170830 US 62/552,0121.一种方法，包括：
提供一台电机，由多个绕组、一个转子和与所述转子磁耦合的一个定子组成；
将多个功率变换器与所述多个绕组耦接；
逐渐降低所述电机的磁通强度和转矩；
降低所述电机的磁通强度和转矩后，控制所述多个功率变换器动态调整所述电机的极数，以及
控制所述多个功率变换器动态调整所述电机的极数后，逐渐增加所述电机的磁通强度和转矩。


2.如权利要求1所述的方法，其中：
用多个调制器控制所述多个功率变换器，其中至少一个功率变换器配置为以约50％的占空比运行。


3.如权利要求2所述的方法，其中：
将所述多个功率变换器分为多组功率变换器，其中各组功率变换器中功率开关的门极驱动信号与时钟信号同步，并且所述多组功率变换器的时钟信号相互交错。


4.如权利要求1所述的方法，还包括：
动态调整所述电机的相数。


5.如权利要求1所述的方法，还包括：
控制一个功率变换器，产生一个具有谐波分量的励磁电流。


6.如权利要求1所述的方法，还包括：
控制所述多个功率变换器，调整流经所述多个绕组的电流，从而动态调整所述电机的极数。


7.如权利要求6所述的方法，还包括：
调整流经所述多个绕组的电流的相位关系，从而动态调整所述电机的极数。


8.如权利要求1所述的方法，还包括：
与所述多个功率变换器相连的多个电源，其中，所述多个功率变换器配置为在所述多个电源之间实现电荷平衡。


9.如权利要求1所述的方法，还包括：
检测所述电机的多个运行参数，以及
根据所述多个运行参数确定所述电机的极数，从而优化由所述电机和所述多个功率变换器组成的系统的性能。


10.一种系统，包括：
一台由多个绕组、一个转子和与该转子磁耦合的一个定子组成的电机，其中，所述多个绕组配置为：可以通过调节流经所述多个绕组的电流，动态调整所述电机的极数；
与相应绕组相连的多个功率变换器，其中，所述多个功率变换器和所述多个绕组安排为多个对称组，由多个调制器控制，所述调制器由多个相互交错的时钟同步，其中每个对称组中的门极驱动信号均与一个时钟同步，以及
一个控制器，配置为确定所述电机的多个运行参数，从而优化系统的一组性能参数。


11.如权利要求10所述的系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛恒春，贾学忠，
申请(专利权)人：鲲腾科技公司，
类型：发明
国别省市：美国;US