专利名称：永磁同步电机的绕组预热及其启动方法
技术领域：
本发明涉及电机，尤其是一种永磁同步电机的绕组预热方法，及永磁同步电机的启动方法。
背景技术：
目前，有的空调散热风机和压缩机的电机为无位置传感器永磁同步电机，无位置传感器永磁同步电机在冬天低温环境下(零下20°C )长期放置后，电机绕组线圈处于低温冻结状态，绕组参数出现变化。由于电机起动前，转子位置是未知的，需要根据其绕组参数对转子位置进行估算，如果绕组参数出现变化和转子位置不固定时，开机后若强行启动电机，容易检测不到转子位置，导致出现启动失败，甚至损坏电机。现有技术对绕组的预热采用外加辅助预热装置或者保温装置维持绕组温度在可 启动温度范围，外加辅助预热装置增加电机的成本和体积，同时对绕组的预热不可控制，影响电机的可靠启动。采用绕组自预热装置的电机，在绕组预热过程中，转子出现抖动，损坏电机且绕组的预热不均匀。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题在于，提供一种永磁同步电机绕组预热的方法，其在不增加外部辅助预热装置的前提下，在低温环境下保证电机三相绕组预热均匀，防止在绕组预热时转子抖动影响电机，使电机在合适的绕组温度下起动，提高电机转子定位的可靠性，进而提高电机启动的可靠性，更好地保护电机，延长其使用寿命。本发明所要解决的第二个技术问题在于，提供一种永磁同步电机的启动方法，其在不增加外部辅助预热装置的前提下，在低温环境下保证电机三相绕组预热均匀，防止在绕组预热时转子抖动影响电机，使电机在合适的绕组温度下起动，提高电机转子定位的可靠性，进而提高电机启动的可靠性，更好地保护电机，延长其使用寿命。本发明解决上述第一个技术问题采用的技术方案是一种永磁同步电机绕组预热的方法，所述电机包括定子三相绕组、转子和变频器，所述方法包括如下步骤(I)通过所述变频器使所述定子三相绕组的合成磁场Fl方向不变，再通过所述变频器输出转矩拖动所述转子转动，使所述转子的磁场方向与所述定子三相绕组的合成磁场Fl方向平行，从而使所述转子定位；(2)所述转子定位后，所述变频器输出直流电流，对所述定子三相绕组进行第一次预热；(3)通过所述变频器使所述定子三相绕组合成磁场F2方向在Fl方向基础上转动120°，再通过所述变频器输出转矩拖动所述转子转动，使所述转子的磁场方向与所述定子三相绕组的合成磁场F2方向平行，所述转子定位后，所述变频器输出直流电流，对所述定子三相绕组进行第二次预热；
(4)通过所述变频器使所述定子三相绕组合成磁场F3方向在F2方向基础上同向转动120°，再通过所述变频器输出转矩拖动所述转子转动，使所述转子的磁场方向与所述定子三相绕组的合成磁场F3方向平行，所述转子定位后，所述变频器输出直流电流，对所述定子三相绕组进行第三次预热。优选的，所述步骤(I)中，所述变频器输出的转矩的大小先变大再变小。优选的，所述步骤(I)中，所述变频器输出的转矩呈正弦半波变化。优选的，在对三相绕组预热过程中，所述定子三相绕组的合成磁场的方向不变。优选的，所述定子三相绕组包括第一相绕组、第二相绕组和第三相绕组，所述步骤
(2)中，其中第一相绕组中的直流电流值为第二相绕组和第三相绕组中的直流电流值之和，且第二相绕组和第三相绕组中的直流电流大小相等。
优选的，所述定子三相绕组包括第一相绕组、第二相绕组和第三相绕组，所述步骤
(3)中，其中第二相绕组中的直流电流值为第一相绕组和第三相绕组中的直流电流值之和，且第一相绕组和第三相绕组中的直流电流大小相等。优选的，所述定子三相绕组包括第一相绕组、第二相绕组和第三相绕组，所述步骤
(4)中，其中第三相绕组中的直流电流值为第一相绕组和第二相绕组中的直流电流值之和，且第一相绕组和第二相绕组中的直流电流大小相等。优选的，步骤(2)、步骤(3)和步骤⑷中绕组的预热时间相等。本发明解决上述第二个技术问题采用的技术方案是一种永磁同步电机的启动方法，所述永磁同步电机的在启动前采用上述的绕组预热方法对绕组进行预热，预热T秒后启动。众所周知，永磁同步电机的定子三相绕组在空间上相差120°，当定子三相绕组输入三相对称电流时，在三相定子绕组中就会产生合成磁场F(如图I所示)。随着时间的变化，合成磁场F也在旋转，电流交变一周期，合成磁场F也旋转一周，在旋转的过程中，合成磁感应强度不变。由于永磁同步电机的转子为永磁铁，转子磁场与定子旋转磁场的相互作用，使转子随着定子旋转磁场以相同的速度同步旋转，从而控制永磁同步电机的运转。 由上可知，可通过变频器控制定子三相绕组中的电流，使合成磁场F方向不变(也即是旋转磁场的转速为零)。由于合成磁场F方向保持不变，可通过变频器输出转矩，拖动转子转到合成磁场方向，使磁场F方向与转子磁场方向平行(如图2所不)，这时，由于变频器输出的电流固定，合成磁场方向与转子磁场方向平行，转子所受力矩为零，因此转子也不会转动，从而可以避免转子在绕组预热的过程中出现反复转动。然后，再通过变频器输出电流给定子三相绕组预热。由此可见，本发明所提供的永磁同步电机绕组预热的方法，在不增加外部辅助预热装置的前提下，实现在低温环境下对电机绕组进行定位预热，防止转子在绕组预热时的反复转动，使得三相绕组的预热更均匀，确保电机在合适的绕组温度下起动，降低了电机启动失败的概率，消除启动时的过冲电流，可以更好地保护电机，提高其可靠性，延长使用寿命。
图I是永磁同步电机ABC坐标系与转子的关系；图2是定子三相绕组的合成磁场F方向与转子磁场方向平行；图3是本发明永磁同步电机绕组预热的方法单个周期绕组预热过程；图4是本发明永磁同步电机绕组预热的方法三相绕组预热全过程；图5是电机控制电路图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明
本发明所提供的永磁同步电机绕组预热的方法，在不增加外部辅助预热装置的前提下，可以实现在低温环境下对包括但不限于变频压缩机和变频风机的绕组进行定位均匀预热。预热全过程分为转子定位和绕组预热两部分，为了达到均匀预热的效果，本实施例对转子进行3次定位和3次预热，因此，指定合成磁场F方向也为3个，分别为Fl方向、F2方向和F3方向，以逆时针方向为正,合成磁场Fl方向为0° ,合成磁场F2方向为120° ,合成磁场F3方向为240°。当流经第一相绕组的电流等于第二相绕组电流与第三相绕组电流之和时，此时，定义合成磁场的方向为0°，当流经第二相绕组的电流等于流经第一相绕组和第三相绕组的电流之和时，定位为合成磁场的方向为120°，当流经第三相绕组的电流等于流经第一相绕组电流和第二相电流之和时，定义合成磁场的方向为240°。参见图3及图4，本实施例的永磁同步电机绕组预热的方法具体步骤如下一、第一次转子定位和第一次绕组预热(I)第一次转子定位通过变频器使定子三相绕组的合成磁场Fl方向不变，再通过变频器输出转矩拖动所述转子转动，使所述转子的磁场方向与所述定子三相绕组的合成磁场Fl方向平行，从而使所述转子第一次定位。优选的，所述变频器输出的转矩的大小先逐渐变大再逐渐变小。进一步的，所述变频器输出的转矩呈正弦半波变化。本发明中拖动转子转动的转矩有多种实现方式，采用正弦变化的优点在于转子定位的输出力矩大小按正弦半波变化，先缓慢增大，再缓慢减小，可以平缓力矩输出，定位过程中电机不会产生突然抖动现象。(2)第一次绕组预热转子第一次定位后，变频器输出电流，使定子三相绕组预热。优选的，预热时，变频器输出的电流优选为直流电流，直流电流的大小和时间由绕组温升决定。进一步优选的，预热过程中，所述定子三相绕组的合成磁场F的大小不变，从而使流过定子三相绕组的电流只在绕组上产生热量而不产生转矩。本实施例中，为了便于说明本发明的内容，以U相绕组为第一相绕组，V相绕组为第二相绕组，W相绕组为第三相绕组；U相绕组中的电流为V相绕组和W绕组中的电流之和，且V相绕组和W相绕组中的电流的大小相等方向相同。根据电机的控制电路图(如图5所示)，预热时，控制芯片输出PWM(脉宽调制)信号，开通IPM模块U相上桥臂的IGBT和V相、W相下桥臂的IGBT，即图5中的a、b'和c'三个IGBT导通。此时流过电机U相绕组的电流等于V相和W相绕组的电流之和(IU = IV+IW)，而流过V相和W相的电流相等(IV = IW)。由于控制的信号持续存在，流过绕组的电流的大小和方向是不变的，通过直流电流在绕组上产生的热量实现绕组预热。按步骤(2)完成了第一次转子定位和第一次绕组预热后，由于流过U相绕组的电流为V相绕组和W相绕组的2倍，因此其温度要高很多。
二、第二次转子定位和第二次绕组预热(3)第二次转子定位通过变频器使定子三相绕组的合成磁场Fl方向沿逆时针方向旋转120度(即合成磁场F2方向)，再通过变频器输出正弦半波转矩拖动转子，使所述转子的磁场方向与所述定子三相绕组的合成磁场F2方向平行，使转子第二次定位；(4)第二次绕组预热转子第二次定位后，变频器输出直流电流，使定子三相绕组预热。本实施例中，控制芯片输出PWM (脉宽调制)信号，开通IPM模块V相上桥臂的IGBT和U相、W相下桥臂的IGBT，即图5中的b、a'和c'三 个IGBT导通。此时流过电机V相绕组的电流等于U相和W相绕组的电流之和(IV = IU+IW)，而流过U相和W相的电流相等(IU = Iff)。按步骤(4)完成了第二次转子定位和第二次绕组预热后，由于流过V相绕组的电流为U相绕组和W相绕组的2倍，此时U相和V相绕组温度几乎相等，且比W相绕组温度高很多。三、第三次转子定位和第三次绕组预热(5)第三次转子定位通过变频器使定子三相绕组的合成磁场F2方向沿逆时针方向旋转120度(即合成磁场F3方向)，再通过变频器输出正弦转矩拖动转子，使所述转子的磁场方向与所述定子三相绕组的合成磁场F3方向平行，使转子第三次定位；(6)第三次绕组预热转子第三次定位后，变频器输出直流电流，使定子三相绕组预热。本实施例中，控制芯片输出PWM (脉宽调制)信号，开通IPM模块W相上桥臂的IGBT和U相、V相下桥臂的IGBT，即图5中的c、a'和b'三个IGBT导通。此时流过电机W相绕组的电流等于U相和V相绕组的电流之和(IW = IU+IV)，而流过U相和V相的电流相等(IU = Iff)。经过上述过程的3次定位和3次绕组预热后，绕组温升效果如表一所示表一
权利要求
1.一种永磁同步电机的绕组预热方法，所述电机包括定子三相绕组、转子和变频器，其特征在于，所述方法包括如下步骤 (1)通过所述变频器使所述定子三相绕组的合成磁场Fl方向不变，再通过所述变频器输出转矩拖动所述转子转动，使所述转子的磁场方向与所述定子三相绕组的合成磁场Fl方向平行，从而使所述转子定位； (2)所述转子定位后，所述变频器输出直流电流，对所述定子三相绕组进行第一次预执. (3)通过所述变频器使所述定子三相绕组合成磁场F2方向在Fl方向基础上转动120°，再通过所述变频器输出转矩拖动所述转子转动，使所述转子的磁场方向与所述定子三相绕组的合成磁场F2方向平行，所述转子定位后，所述变频器输出直流电流，对所述定子三相绕组进行第二次预热； (4)通过所述变频器使所述定子三相绕组合成磁场F3方向在F2方向基础上同向转动120°，再通过所述变频器输出转矩拖动所述转子转动，使所述转子的磁场方向与所述定子三相绕组的合成磁场F3方向平行，所述转子定位后，所述变频器输出直流电流，对所述定子三相绕组进行第三次预热。
2.根据权利要求I所述的永磁同步电机的绕组预热方法，其特征在于，所述步骤(I)中，所述变频器输出的转矩的大小先变大再变小。
3.根据权利要求I所述的永磁同步电机的绕组预热方法，其特征在于，所述步骤(I)中，所述变频器输出的转矩呈正弦半波变化。
4.根据权利要求I所述的永磁同步电机的绕组预热方法，其特征在于，在对三相绕组预热过程中，所述定子三相绕组的合成磁场的方向不变。
5.根据权利要求I所述的永磁同步电机的绕组预热方法，其特征在于，所述定子三相绕组包括第一相绕组、第二相绕组和第三相绕组，所述步骤(2)中，其中第一相绕组中的直流电流值为第二相绕组和第三相绕组中的直流电流值之和，且第二相绕组和第三相绕组中的直流电流大小相等。
6.根据权利要求I所述的永磁同步电机的绕组预热方法，其特征在于，所述定子三相绕组包括第一相绕组、第二相绕组和第三相绕组，所述步骤(3)中，其中第二相绕组中的直流电流值为第一相绕组和第三相绕组中的直流电流值之和，且第一相绕组和第三相绕组中的直流电流大小相等。
7.根据权利要求I所述的永磁同步电机的绕组预热方法，其特征在于，所述定子三相绕组包括第一相绕组、第二相绕组和第三相绕组，所述步骤(4)中，其中第三相绕组中的直流电流值为第一相绕组和第二相绕组中的直流电流值之和，且第一相绕组和第二相绕组中的直流电流大小相等。
8.根据权利要求I所述的永磁同步电机的绕组预热方法，其特征在于，步骤(2)、步骤(3)和步骤(4)中绕组的预热时间相等。
9.一种永磁同步电机的启动方法，其特征在于，所述永磁同步电机的在启动前采用权利要求I至8任一项所述的绕组预热方法对绕组进行预热，预热T秒后启动。
全文摘要
本发明公开了一种永磁同步电机的绕组预热及其启动方法，所述电机包括定子三相绕组、转子和变频器，所述绕组预热方法包括如下步骤(1)通过所述变频器使定子三相绕组的合成磁场F方向不变，再通过所述变频器输出转矩拖动所述转子转动，使所述转子的磁场方向与所述定子三相绕组的合成磁场F方向平行，从而使所述转子定位；(2)所述转子定位后，所述变频器输出电流，使所述定子三相绕组预热。本发明所提供的永磁同步电机绕组预热的方法，在不增加外部辅助预热装置的前提下，实现在低温环境下对电机绕组进行定位预热，以确保电机在合适的绕组温度下起动，降低了电机启动失败的概率，消除启动时的过冲电流，可以更好地保护电机，提高其可靠性，延长使用寿命。
文档编号H02P6/20GK102761300SQ20121003872
公开日2012年10月31日 申请日期2012年2月20日 优先权日2012年2月20日
发明者陈洪涛 申请人:珠海格力电器股份有限公司