一种提高电机转矩品质的方法与流程

1.本发明涉及电机技术领域，更具体地说，涉及一种提高电机转矩品质的方法。


背景技术：

2.电机稳态运行时，转矩并不是恒定值，会围绕某一固定值上下波动，该现象称之为转矩脉动。出现脉动的转矩为脉动转矩。脉动转矩会使电机的综合性能变差，影响传动系统的精度，使传动系统产生相应的振动噪声。脉动转矩是由电机磁场中的谐波磁场产生的。而谐波磁场是由电机本身的一些特性引起的。不同的电机可能是由不同的特性引起，甚至不同工况下的电机引起谐波磁场的特性也有所不同，因此无法通过普遍的方法来优化转矩。


技术实现要素：

3.本发明的目的是设计一种提高电机转矩品质的方法，该方法适用于不同工况下的电机。为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
4.一种提高电机转矩品质的方法，包括：
5.向电枢绕组注入目标谐波电流，所述目标谐波电流产生目标谐波磁密分量，所述目标谐波磁密分量与基波磁密相互作用产生脉动转矩分量，所述脉动转矩分量能够削弱或消除所述电机的脉动转矩。
6.优选地，获取所述目标谐波电流的方法包括：
7.获取所述目标谐波电流的阶次m；
8.获取所述目标谐波电流的初相角和电流幅值im。
9.优选地，所述“获取目标谐波电流的阶次m”的方法包括：
10.获取所述脉动转矩的阶次v；
11.根据公式m＝v-1，推导出所述目标谐波电流的阶次m，所述基波磁密的阶次为1阶。
12.优选地，所述“获取所述脉动转矩分量的阶次v”的具体方法为通过有限元计算对所述脉动转矩的转矩波形进行仿真，对仿真结果进行傅里叶变换而得到所述脉动转矩的阶次v。
13.优选地，所述“获取所述目标谐波电流的初相角和电流幅值i
m”的具体方法为：
14.获取基波电流的幅值i；
15.获取额定工况下额定目标谐波电流的初相角和电流幅值i
m1
；
16.根据公式im＝i
m1
/in*i，获取所述目标谐波电流的电流幅值im和电流初相角所述in为额定电流的幅值。
17.优选地，所述“获取额定工况下额定目标谐波电流的初相角和电流幅值i
m1”的具体方法为：使所述电机在额定工况下运行，通过有限元仿真来获取所述初相角和所述电流幅值i
m1
。
18.优选地，所述“获取基波电流的幅值i”的具体方法为：获取转子的位置参数和电流参数，根据所述位置参数和所述电流参数计算得出所述转子的转速和转矩，并根据所述转
子的转速和转矩推导出所述基波电流的幅值i。
19.优选地，所述获取转子的位置参数和电流参数具体是通过位置传感器和电流传感器来获得的。
20.优选地，所述目标谐波电流是通过电力电子开关器件控制电源而注入到所述电枢绕组中，所述电力电子开关器件用于控制所述电源的导通和截止。
21.优选地，所述位置传感器和所述电流传感器实时地向控制器输送所述位置参数和所述电流参数，所述控制器根据所述位置参数和所述电流参数推导出所述基波电流的幅值i，并最终推导出所述目标谐波电流，所述控制器根据所述目标谐波电流来实时地控制所述电力电子开关器件。
22.从上述技术方案可以看出：本文通过向电枢绕组中注入目标谐波电流来达到优化电机转矩品质的目的。针对不同的电机，针对电机的不同工况总能够获取目标谐波电流，利用目标谐波电流来产生目标谐波磁密分量，而该目标谐波磁密分量与基波磁密相互作用产生脉动转矩分量，该脉动转矩分量与电机的脉动转矩的初相角相差或接近相差180
°
。因此，本发明中提高电机转矩品质的方法适用于不同的电机，且适用于电机不同的工况，具有普遍适用性。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例中的方案，下面将对实施例中描述所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为本发明一具体实施例提供的抑制环的结构示意图；
25.图2为向24槽16极电机注入5阶负序目标谐波前后的转矩波形对比图；
26.图3为对图2进行傅里叶分解之后的转矩频谱对比图。
具体实施方式
27.本发明公开了一种提高电机转矩品质的方法，该方法适用于不同工况下的电机。
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
29.本发明公开了一种提高电机转矩品质的方法，该方法包括：向电枢绕组注入目标谐波电流，目标谐波电流产生目标谐波磁密分量，目标谐波磁密分量与电机的基波磁密相互作用产生脉动转矩分量，该脉动转矩分量与电机的脉动转矩的初相角相差或接近180
°
。如果产生的脉动转矩分量的幅值与电机的脉动转矩的幅值相等，而初相角相差180
°
，那么电机的脉动转矩分量就会被消除。所述的基波磁密是永磁体产生的基波磁密和基波电流产生的磁密合成的磁密。
30.本文通过向电枢绕组中注入目标谐波电流来达到优化电机转矩品质的目的。针对不同的电机，针对电机的不同工况总能够获取目标谐波电流，利用目标谐波电流来产生目标谐波磁密分量，而该目标谐波磁密分量与基波磁密相互作用产生脉动转矩分量，该脉动
转矩分量与电机的脉动转矩的初相角相差或接近相差180
°
。因此，本发明中提高电机转矩品质的方法适用于不同的电机，且适用于电机不同的工况，具有普遍适用性。
31.在本发明中，获取目标谐波电流的方法包括：获取目标谐波电流的阶次m；获取目标谐波电流的初相角和电流幅值im。在获取目标谐波电流的阶次m、初相角和电流幅值im后就可获取准确的目标谐波电流，因此就可以向电枢绕组注入准确的目标谐波电流。
32.获取目标谐波电流的阶次m的方法包括：获取脉动转矩的阶次v；根据公式m＝v-1，推导出目标谐波电流的阶次m，基波磁密的阶次为1阶。
33.需要说明的是，如果电机的脉动转矩的阶次为v，目标谐波电流的阶次为 m，那么m＝v 1，或者m＝v-1。m＝v 1对应的是正序目标谐波电流。m＝v-1对应的是负序目标谐波电流。如果通入正序v 1阶谐波电流，那么会产生v 1 阶正向旋转的谐波磁密，该谐波磁密与正向旋转的基波磁密(1阶)作用产生 v阶(转矩频率与产生转矩的两个磁密相对转速有关，旋转方向相同，因此相对转速相减，而频率与转速呈正比，因此对应频率相减得到转矩的频率阶次 v)脉动转矩。通入负序谐波电流原理与此相同，但由于产生的谐波磁密转速与基波磁密的方向相反，因此相对速度为两速度之和，频率也为两频率之和。因此，通入负序v-1阶谐波电流产生负向旋转的谐波磁密，该谐波磁密与正向旋转的基波磁密作用产生v阶脉动转矩。
34.本发明优先选取m＝v-1作为目标谐波电流的频率阶次。因为电流频率阶次越低越容易控制。比如，对于24槽16极的电机，脉振转矩的阶次为6，那么优选选取5阶负序电流谐波作为额定目标谐波电流。
35.需要说明的是本发明通过有限元计算对脉动转矩的转矩波形进行仿真，之后对仿真结果进行傅里叶变换而得到脉动转矩的阶次v。
36.本发明获取目标谐波电流的初相角和电流幅值im的方法包括：获取基波电流的幅值i；获取额定工况下额定目标谐波电流的初相角和电流幅值 i
m1
；根据公式im＝i
m1
/in*i，获取目标谐波电流的电流幅值im和电流初相角所述in为额定电流的幅值。本发明首先获取额定工况下额定目标谐波电流，之后根据额定工况点扩展到整个运行工况，得到不同工况下谐波电流的电流幅值im和初相角本发明是向电枢绕组实时地注入目标谐波电流，从而确保电机的转矩始终处于优化状态。
37.获取基波电流的幅值i的具体方法为：获取转子的位置参数和电流参数，根据位置参数和电流参数计算得出转子的转速和转矩，并根据转子的转速和转矩推导出基波电流的幅值i。
38.在本发明中，获取额定工况下额定目标谐波电流的初相角和电流幅值 i
m1
的具体方法为：使电机在额定工况下运行，通过有限元仿真来获取额定目标谐波电流的初相角和电流幅值i
m1
。
39.本发明是通过电力电子开关器件控制电源的方式来达到注入目标谐波电流的目的。电力电子开关器件用于控制所述电源的导通和截止。在获取目标谐波电流后，就能够得到对应的目标谐波电压，而通过操控电力电子开关器件就可以向电枢绕组注入对应的目标谐波电压，从而使电枢绕组产生对应的目标谐波电流。
40.本发明是通过抑制环实时地向电枢绕组注入目标谐波电流，抑制环包括位置传感
器、电流传感器、控制器以及电力电子开关器件。位置传感器用于检测转子的位置信息，电流传感器用于检测转子的电流信息。位置传感器实时地将检测的位置信息发送给控制器，电流传感器实时地将检测到的电流信息发送给控制器，控制器根据位置信息和电流信息推算出目标谐波电流，并根据目标谐波电流实时地控制电力电子开关器件。
41.请参考附图2，附图2为向24槽16极的电机注入5阶谐波电流前后的转矩波形对比图。从附图2中可以明显看出，注入5阶谐波电流后，转矩波动明显减弱，转矩脉动率由38.71％下降到6.11％。
42.请参考附图3，图3为对图2进行傅里叶分解之后的转矩频谱对比，其中 0阶为有用转矩，主要的谐波分量为6阶转矩谐波。从附图3中明显看出，注入5阶谐波电流后6阶转矩谐波幅值得到极大削弱，但0阶转矩几乎不受影响，因而转矩质量得到极大改善。
43.最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
44.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
45.所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。