一种高效直流驱动永磁转子电机的设计方法与流程

1.本发明涉及电机设计技术领域，具体为一种高效直流驱动永磁转子电机的设计方法。


背景技术：

2.电动机领域一直存在着大马拉小车的现象。电动机的功率.应根据生产机械所需要的功率来选择，尽量使电动机在额定负载下运行。如果电动机功率选得过小.就会出现“小马拉大车”现象，造成电动机长期过载.使其绝缘因发热而损坏.甚至电动机被烧毁。如果电动机功率选得过大.就会出现“大马拉小车”现象.其输出机械功率不能得到充分利用，功率因数和效率都不高，不但对用户和电网不利。而且还会造成电能浪费。
3.决定电动机功率的主要因素有3个：
4.1、电动机的发热与温升，这是决定电动机功率的最主要因素；
5.2、允许短时过载能力；
6.3、对交流笼型异步电动机还要考虑起动能力。
7.在电机应用中，调速运行是风机、水泵、压缩机等设备常见的工况要求，使用变频器对电机调速是常见的做法，在目前的电机设计领域，一旦电机转速超过同步转速，则只能恒功率调速而不能恒转矩调速。
8.永磁同步电机性能优越被广泛应用在诸多行业。
9.永磁同步电机采用三相交流绕组星型或者三角形绕组接法，必须采用专用的三相交流电进行变频控制来实现电机调速。
10.由于永磁同步电机采用永磁体励磁，无法调节励磁磁场，在当前的技术条件下，要使电机转速超过额定转速时必须进行弱磁控制以提升电机转速范围，传统的弱磁方法通过增加电机直轴去磁电流，通过电机电枢反应的去磁作用使得电机的气隙磁场减弱，从而实现弱磁。这种方法的缺点是降低电机的效率以及永磁体更易发生不可逆去磁。


技术实现要素：

11.针对现有技术的不足，发明人提交了专利“一种永磁转子电机结构及其控制方法”，在此基础上，本发明提供了一种高效直流驱动永磁转子电机的设计方法，解决了永磁转子电机高效大范围调速的问题。
12.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种高效直流驱动永磁转子电机的设计方法，包括以下步骤：
13.步骤1、确定额定转矩t，最大转矩tmax，调速区间最高转速smax、最低转速smin，确定三相额定供电电压vac和整流后的电压vdcmax；
14.计算最低转速时电机直流电压vdcmin≈vdcmax*smin/smax；
15.步骤2、按照最低转速时电机直流电压vdcmin,最低转速smin,额定转矩t,最大转矩tmax设计电动机，达到额定效率；
16.步骤3、按vdcmax设计电机的绝缘等级及电机控制器的耐压等级；按smax,tmax设计电机的机械强度；
17.电机控制器内部在直流母线上设置调压器进行转速控制；
18.当调压器把电压稳定在vdcmin时，电机按转速smin，转矩t工作；
19.当调压器把电压稳定在vdcmax时，电机按转速smax，转矩t工作；
20.调整直流母线电压，电机在smin到smax区间调速运行，且转速越高，电机效率越高。
21.有益效果
22.本发明公开了一种高效直流驱动永磁转子电机的设计方法，具备以下有益效果：
23.1、采用直流调压方式对永磁转子电机进行调速，转速与频率控制无关，消除了永磁同步电机超同步运行时弱磁调速问题。
24.2、电机调速范围可以不受限制，没有同步转速，没有恒功率调速工况，一直是恒转矩调速。
25.3、电机始终在高效范围运行，转速越高效率越高。
26.4、采用小功率电机拖动大功率负载，降低成本。
具体实施方式
27.下面结合实施例对本发明作进一步说明。
28.大功率永磁转子采用高压直流驱动工作的电机，确定额定转矩t，最大转矩tmax，调速区间最高转速smax＝1800rpm，最低转速smin＝500rpm,确定三相额定供电电压为vac＝380vac,整流后的直流电压vdcmax＝1.35*380vac≈510vdc；
29.计算最低转速时电机直流电压：
30.vdcmin≈vdcmax*smin/smax＝510*500/1800＝142vdc；
31.按照最低转速时电机直流电压vdcmin＝142vdc,最低转速smin＝500rpm,额定转矩t,最大转矩tmax设计电动机，达到理想效率；
32.按vdcmax设计电机的绝缘等级及电机控制器的耐压等级；按smax,tmax设计电机的机械强度；
33.电机控制器内部在直流母线上设置调压器进行转速控制；
34.按上述方法设计的永磁转子电机及其控制器
35.当调压器把电压稳定在vdcmin＝170vdc时，电机按smin＝500rpm转速，转矩t工作；
36.当调压器把电压稳定在vdcmax＝510vdc时，电机按smax＝1800rpm转速，转矩t工作；
37.调整直流母线电压，电机在smin到smax区间调速运行，且转速越高，电机效率越高。
38.如果提高直流母线电压到更高，电机的转速也会随着提高，且保持恒转矩运行。
39.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种高效直流驱动永磁转子电机的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、确定额定转矩t，最大转矩tmax，调速区间最高转速smax、最低转速smin，确定三相额定供电电压vac和整流后的电压vdcmax；计算最低转速时电机直流电压vdcmin≈vdcmax*smin/smax；步骤2、按照最低转速时电机直流电压vdcmin,最低转速smin,额定转矩t,最大转矩tmax设计电动机，达到额定效率；步骤3、按vdcmax设计电机的绝缘等级及电机控制器的耐压等级；按smax,tmax设计电机的机械强度。2.根据权利要求1所述的一种高效直流驱动永磁转子电机的设计方法，其特征在于：电机的设计电压低于电网供电电压。

技术总结
本发明公开了一种高效直流驱动永磁转子电机的设计方法，包括以下步骤：确定额定转矩T，最大转矩Tmax，调速区间最高转速Smax、最低转速Smin，确定三相额定供电电压VAC和整流后的电压VDCmax；计算最低转速时电机直流电压；按照最低转速时电机直流电压VDCmin,最低转速Smin,额定转矩T,最大转矩TMax设计电动机，达到额定效率；按VDCmax设计电机的绝缘等级及电机控制器的耐压等级；按Smax,Tmax设计电机的机械强度，本发明涉及电机设计技术领域，采用直流调压方式对永磁转子电机进行调速，转速与频率控制无关，消除了永磁同步电机超同步运行时弱磁调速问题,电机始终在高效范围运行，转速越高效率越高,采用小功率电机拖动大功率负载，降低成本。降低成本。


技术研发人员：杨猛
受保护的技术使用者：沈阳揽月工业设计有限公司
技术研发日：2021.07.22
技术公布日：2021/11/17