复合励磁永磁同步调速电动机制造技术

本发明专利技术公开了一种复合励磁永磁同步调速电动机，它包括复合励磁稀土永磁同步电动机和调速控制系统，复合励磁稀土永磁同步电动机包括转轴、端盖、机壳，电枢绕组，所述转轴上装有主励磁用永磁体转子和调压用辅助电励磁转子，所述稀土永磁体转子和辅助电励磁转子共用电枢绕组，产生的磁势在磁路中并联合成。本发明专利技术是一种过载能力强，在满足转矩要求下有较宽的调速范围，能够实现电机无刷励磁，且可靠性和稳定性好，能够用于对过载能力和调速范围要求较高的场合的复合励磁永磁同步调速电动机。

【技术实现步骤摘要】
复合励磁永磁同步调速电动机
本专利技术主要涉及到电动机变频调速系统领域，特指一种复合励磁永磁同步调速电动机。
技术介绍
现有技术中，以电动机为驱动的电力驱动系统(如电力驱动舰艇、电力机车等)对电动机的转矩一转速特性有一定的要求，即电动机要具有较大的过载能力和较宽的调速范围。在低速运行时要求电动机有很强的过载能力，即输出转矩较大；而在高速运行时，却需要输出转矩较小。目前，电机分为电励磁电机和永磁电机两种，前者是在电机绕组内通过以电流来产生磁场，这样的电机既需要有专门的绕组和相应的装置，又需要不断地供给能量以维持电流流动；而后者是由永磁体产生磁场，不需要外加能量就能在其周围空间建立磁场，这样既可简化电机结构，减小其体积，又可节量，因此这种永磁电机在电力驱动系统中最具有应用前景。这种稀土永磁体的励磁磁场无法调节，所以在一定程度上制约着永磁电机的推广应用，比如永磁发电机，当其负载或转速变化时，这类发电机操持恒压是比较困难的，使得其应用受到很大的限制，特别是在对供电质量要求高的领域难以推广应用。永磁同步电动机同样也存在励磁无法调节的问题，难以在对过载能力和调速范围要求较高的领域推广。有学者相继提出一些解决方案如id＝0控制、弱磁控制等，其基本思想是矢量控制，在功率不变约束条件下，通过坐标变换把电动机实际电流iU、iV、iW变换到dq坐标系的电流id、iq，并由此推导得电磁转矩公式Tem＝p[ψfiq+(Ld-Lq)idiq，式中ψf为永磁体产生的等效磁链，p为极对数，Ld、Lq是定子绕组的d、q轴电感，一般情况下Lq＞Ld。id＝0控制时电磁转矩Tem＝pψfiq，此时单位定子电流可获得最大的转矩。弱磁控制则是指同时调节id、iq来调节转矩，此时电动机的转速为Ω＝u/[p(ψf-Ldi)]，式中u为变频器输出电压，i为电动机电流，i2=id2+iq2.]]>由于永磁体磁链ψf是恒定不变的，且变频器所能输出电压和电动机电流都有一定极限，分别为ulim、ilim。综上所述，上述现有技术中的控制方法实际应用的效果并不令人满意，难以满足电力驱动系统对电动机转矩—转速特性的要求。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种-->过载能力强，在满足转矩要求下有较宽的调速范围，能够实现电机无刷励磁，且可靠性和稳定性好，能够用于对过载能力和调速范围要求较高的场合的复合励磁永磁同步调速电动机。为了解决上述技术问题，本专利技术提出的解决方案为：一种复合励磁永磁同步调速电动机，其特征在于：它包括复合励磁稀土永磁同步电动机和调速控制系统，所述复合励磁稀土永磁同步电动机包括转轴、端盖、机壳，电枢绕组，所述转轴上装有主励磁用永磁体转子和调压用辅助电励磁转子，所述稀土永磁体转子和辅助电励磁转子共用电枢绕组，产生的磁势在磁路中并联合成。所述调速控制系统包括微控制器、PWM逆变器电路、励磁调节电路、驱动电路、电压检测器、电流检测器以及位置检测器，微控制器通过驱动电路分别与PWM逆变电路和励磁调节电路相连；复合励磁永磁同步调速电动机的定子出线与PWM逆变电路相连，复合励磁永磁同步调速电动机的辅助电励磁绕组和励磁调节电路相连；用来检测复合励磁永磁同步调速电动机转子位置信息的位置检测器以及用来检测PWM逆变电路输出电流和电压信息的电压检测器和电流检测器分别与微控制器相连。所述励磁调节电路采用四象限斩波调压电路。所述辅助电励磁转子为爪极式结构，它包括爪数相等且爪数为极数的一半的前爪和后爪以及夹在前爪和后爪之间的电磁线圈，两爪之间通过非导磁材料连接，爪相互错开，沿圆形均匀分布。所述辅助电励磁转子通过导磁托架固定于端盖上。与现有技术相比，本专利技术的优点就在于：1、本专利技术的复合励磁永磁同步调速电动机采用了复合励磁的技术方案，配合相应的PWM逆变器和辅助电励磁调节电路，采用永磁电动机id＝0控制、弱磁控制等控制方法和调节辅助电励磁电流相结合，很好地解决了永磁同步电动机转矩和转速调节难的问题，实现了电机励磁无刷化，使其可靠性得以提高。2、本专利技术的复合励磁永磁同步调速电动机，系统的可靠性又大大提高，可以保证在缺相的情况下仍然稳定运行，当其中有一相或多相开路时，本系统采用下列三种措施保证其继续稳定运行。其一，直接加大励磁电流，使气隙合成磁链增大，可在一定范围内增大电磁转矩满足系统要求。其二、通过对其它正常运行相的电流幅值、相位的调整并配合电励磁调节来保证定子合成磁势不变，使磁势的幅值和相位在故障前后保持一致。在一定的负载条件下，使系统仍然有满足要求的转矩—转速特性。其三、采用基于绕组-->不对称结构的矢量控制在新的不对称绕组结构情形下实现电流、磁链和电磁力矩的解耦控制，使得正常运行的多相同步电动机在故障后依然具有良好的控制性能。特别适合用于对系统可靠性要求很高的场合。附图说明图1是本专利技术复合励磁稀土永磁同步电动机的结构框架示意图；图2是本专利技术复合励磁稀土永磁同步电动机的结构示意图；图3是辅助电励磁转子的结构示意图；图4是本专利技术中微控制器的示意图；图5是本专利技术中PWM逆变器电路的示意图；图6是本专利技术中四象限斩波调压电路的示意图；图7是本专利技术驱动电路的示意图；图8是本实施例中驱动装置所要求的转矩—转速特性示意图。图例说明1、转轴           2、端盖3、导磁托架       4、前爪5、电磁线圈       6、后爪7、隔磁板         8、电枢绕组9、永磁体         10、转子铁心11、机壳具体实施方式以下将结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。如图1和图2所示，本专利技术的复合励磁永磁同步调速电动机，它包括复合励磁稀土永磁同步电动机和调速控制系统，该复合励磁稀土永磁同步电动机包括转轴1、端盖2、机壳11，电枢绕组8，该转轴1上装有主励磁用永磁体转子和调压用辅助电励磁转子，稀土永磁体转子和辅助电励磁转子共用电枢绕组8，产生的磁势在磁路中并联合成，稀土永磁体9的转子铁心10两侧底部设有隔磁板7。参见图3所示，本专利技术的辅助电励磁转子为爪极式结构，它由爪数相等且爪数为极数的一半的前爪4和后爪6以及夹在前爪4和后爪6之间的电磁线圈5组成，两爪之间通过非导磁材料连接，爪相互错开，沿圆形均匀分布。辅助电励磁转子通过导磁托架3固定于端盖2上。参见图1所示，本专利技术中的调速控制系统包括微控制器、PWM逆变器电路、励磁调节电路、驱动电路、电压检测器、电流检测器以及位置检测器，微控制器通过驱动电路分-->别与PWM逆变电路和励磁调节电路相连；复合励磁永磁同步调速电动机的定子出线与PWM逆变电路相连，复合励磁永磁同步调速电动机的辅助电励磁绕组和励磁调节电路相连；用来检测复合励磁永磁同步调速电动机转子位置信息的位置检测器以及用来检测PWM逆变电路输出电流和电压信息的电压检测器和电流检测器分别与微控制器相连。如图4所示，本专利技术具体实施例中的微控制器采用TI公司生产的低功耗DSP芯片TMS320LF2812，该芯片共有176个引脚，其中图中给出的PWM1～PWM10为10路PWM波形高速输出端口，ADINA0～ADINA5为6路模拟信号输入端口，CAP1～CAP3用于位置检测信号输入。如图5所示的本专利技术具体实施例中的PWM逆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合励磁永磁同步调速电动机，其特征在于：它包括复合励磁稀土永磁同步电动机和调速控制系统，所述复合励磁稀土永磁同步电动机包括转轴（１）、端盖（２）、机壳（１１），电枢绕组（８），所述转轴（１）上装有主励磁用永磁体转子和调压用辅助电励磁转子，所述稀土永磁体转子和辅助电励磁转子共用电枢绕组（８），产生的磁势在磁路中并联合成。

【技术特征摘要】
1、一种复合励磁永磁同步调速电动机，其特征在于：它包括复合励磁稀土永磁同步电动机和调速控制系统，所述复合励磁稀土永磁同步电动机包括转轴(1)、端盖(2)、机壳(11)，电枢绕组(8)，所述转轴(1)上装有主励磁用永磁体转子和调压用辅助电励磁转子，所述稀土永磁体转子和辅助电励磁转子共用电枢绕组(8)，产生的磁势在磁路中并联合成。2、根据权利要求1所述的复合励磁永磁同步调速电动机，其特征在于：所述调速控制系统包括微控制器、PWM逆变器电路、励磁调节电路、驱动电路、电压检测器、电流检测器以及位置检测器，微控制器通过驱动电路分别与PWM逆变电路和励磁调节电路相连；复合励磁永磁同步调速电动机的定子出线与PWM逆变电路相连，复合励磁永磁同步调速电动机的辅助电励磁绕...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄守道，王辉，欧阳红林，罗德荣，高剑，肖慧慧，李军浩，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]