一种开绕组永磁电机驱动方法与流程

1.本发明涉及电机控制系统技术领域，具体为一种开绕组永磁电机驱动方法。


背景技术：

2.在上世纪90年代，日本学者takahashii提出了将电机三相定子绕组两端均开路并接入两个变流器供电的新型电机结构并在接下来二十多年里得到了广泛的研究。该结构将传统的星形或者三角形连接的电机定子绕组连接关系打开，并分别在电机定子绕组两端接入变流器进行供电。此时，电机的功率分配到两个变流器上，降低了单一变流器容量，增大了整个系统容量的同时实现了相电压多电平调制。因此，将此种定子绕组两端均开路的电机结构称为开绕组电机结构。
3.从供电方式的角度来看，开绕组电机的驱动拓扑结构可以分为共直流母线拓扑和独立直流母线拓扑两大类。
4.由于开绕组电机是在传统三相电机的基础上改进而来的，因此该电机的数学模型可以利用传统三相电机的数学模型进行推导。
5.传统开绕组电机也是通过三相交流电合成旋转磁场来带动转子运转。
6.开绕组结构永磁同步电机结合相应的功率变换器能够构成具备优良特性的驱动系统，然而，现有的适合开绕组结构电机的双逆变器及其衍生的多电平逆变器拓扑结构，虽然能够很好地实现驱动控制功能，但是超过12个开关器件的变换器扑，控制系统的复杂程度较高。


技术实现要素：

7.针对现有技术的不足，本发明提供了一种开绕组永磁电机驱动方法，解决了现有开绕组永磁电机控制系统复杂的问题。
8.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种开绕组永磁电机驱动方法，包括开绕组永磁电机本体以及用于驱动所述开绕组永磁电机的电机控制器，所述电机控制器的直流母线上连接有三组逆变单元a1/a2/a3/a4、b1/b2/b3/b4、c1/c2/c3/c4，a1/a2/a3/a4控制电机绕组la，b1/b2/b3/b4控制电机绕组lb，c1/c2/c3/c4控制电机绕组lc，三组所述逆变单元对各相定子绕组独立通入交变电流，三相绕组之间完全独立控制，当所述转子磁极的中心线与所述定子绕组中心线重合时，所述电机控制器驱动所述控制该定子绕组的逆变单元改变绕组内通过的电流方向，使所述开绕组永磁电机采用三相交流电合成产生的旋转磁场被替换为各相独立的翻转磁场；
9.以8极转子电机为例，传统电机绕组是三相定子绕组绕制成12极，工作的时候，三相正弦波交流电合成磁场是8极旋转磁场。
10.采用本申请的电机控制方法，每相电产生的磁场就是一个磁极，电机就是有12极磁场在工作，磁场不旋转，每个磁极的磁场方向受控翻转。
11.当所述转子任一磁极在与所述a相定子磁极接近，到转子磁极中线与a相定子磁极
中线重叠之前，a相定子绕组电流产生的磁场对正在接近重叠的转子磁极产生的是吸引力，对正在离开该定子磁极的转子磁极，产生的是排斥力。
12.优选的，所述交变电流的波形包括正弦波以及梯形波，其波形半周期为两个相邻的转子磁极的中心线依次与所述定子磁极中心线重合经过的时间。
13.在本电机控制方法之下，每个单相电机绕组都能独立驱动电机转子工作，单相、任意两相、三相电机绕组工作的区别在于负载能力不同。
14.有益效果
15.本发明公开了一种开绕组永磁电机驱动方法，具备以下有益效果：
16.1、消除了传统开绕组永磁电机控制的复杂工况，极大简化了驱动算法。
17.2、提升了电机的转矩密度和功率密度。
18.3、降低电机的转矩脉动。
附图说明
19.图1为现有开绕组的结构示意图。
20.图2为本发明处于换向状态时的电机内部结构示意图。
21.图3为本发明处于换向完成时的电机内部结构示意图。
22.图4为本发明的交流电波形图。
具体实施方式
23.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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.通过本领域技术人员，将本案中的零部件依次进行连接，具体连接以及操作顺序，应参考下述工作原理，其详细连接手段，为本领域公知技术，下述主要介绍工作原理以及过程。
25.实施例：根据图1-4可知，一种开绕组永磁电机驱动方法，包括开绕组永磁电机本体以及用于驱动所述开绕组永磁电机的电机控制器，所述电机控制器的直流母线上连接有三组逆变单元a1/a2/a3/a4、b1/b2/b3/b4、c1/c2/c3/c4，a1/a2/a3/a4控制电机绕组la，b1/b2/b3/b4控制电机绕组lb，c1/c2/c3/c4控制电机绕组lc，三组所述逆变单元对各相定子绕组独立通入交变电流，三相绕组之间完全独立控制，使所述开绕组永磁电机采用三相交流电合成产生的旋转磁场被替换为各相独立的翻转磁场；
26.当所述转子任一磁极在与所述a相定子磁极接近，到转子磁极中线与a相定子磁极中线重叠之前，a相定子绕组电流产生的磁场对正在接近重叠的转子磁极产生的是吸引力，对正在离开该定子磁极的转子磁极，产生的是排斥力。
27.在图3中，转子磁极n1中线正好处于与定子a绕组磁极的中线对齐的位置，a绕组的电流处于换向时间。
28.c绕组对转子s1磁极产生吸引力，对转子n1磁极产生排斥力。
29.b绕组对转子n1磁极产生吸引力，对转子s2磁极产生排斥力。
30.在图4中，a绕组已经换向完成，
31.a绕组对转子n1磁极产生排斥力。
32.c绕组对转子s1磁极产生吸引力，对转子n1磁极产生排斥力。
33.b绕组对转子n1磁极产生吸引力，对转子s2磁极产生排斥力。
34.交变电流波形优选为正弦波以及梯形波，能够有效的减弱电流方向换向时绕组内产生的反电动势。
35.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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”。
36.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。


技术特征：
1.一种开绕组永磁电机驱动方法，包括开绕组永磁电机本体以及用于驱动所述开绕组永磁电机的电机控制器，所述电机控制器的直流母线上连接有三组逆变单元a1/a2/a3/a4、b1/b2/b3/b4、c1/c2/c3/c4，a1/a2/a3/a4控制电机绕组la，b1/b2/b3/b4控制电机绕组lb，c1/c2/c3/c4控制电机绕组lc，其特征在于，三组所述逆变单元对各相定子绕组独立通入交变电流，当转子磁极的中心线与定子磁极中心线重合时，所述电机控制器驱动控制该定子绕组的所述逆变单元改变定子绕组内通过的电流方向，所述交变电流的波形包括正弦波以及梯形波，其波形半周期为两个相邻的转子磁极的中心线依次与所述定子磁极中心线重合经过的时间，使所述开绕组永磁电机采用三相交流电合成产生的旋转磁场被替换为各相独立的翻转磁场。

技术总结
本发明公开了一种开绕组永磁电机驱动方法，包括开绕组永磁电机本体以及用于驱动开绕组永磁电机的控制器，所述电机控制器直流母线上连接有三组逆变单元，三组逆变单元对各相定子绕组独立通入交流电，其波形优选正弦波和梯形波，三相绕组之间完全独立控制，原来开绕组永磁电机采用三相交流电合成产生的旋转磁场被替换为各相独立的翻转磁场，所述转子磁极的中心线与所述定子绕组中心线重合时，所述控制器接受根据换向信号驱动所述逆变单元改变电流方向，本发明涉及电机控制技术领域，本发明消除了传统开绕组永磁电机控制的复杂工况，极大简化了驱动算法，提升了电机的转矩密度和功率密度，降低电机的转矩脉动。降低电机的转矩脉动。降低电机的转矩脉动。


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：2022.08.19
技术公布日：2022/11/22