一种内定子励磁的宽调速范围同步电动机的制作方法

本发明涉及同步电机及其控制技术领域，具体涉及一种内定子励磁的宽调速范围同步电动机及其控制系统。

背景技术：

要拓宽同步电动机的调速范围，需要对转子励磁磁场进行调节。目前的同步电动机多采用转子励磁，转子励磁又分为转子电励磁和转子永磁。转子电励磁是将直流电通入转子励磁绕组产生转子励磁磁场。由于励磁绕组在转动的转子上，将外界的直流电通入转子励磁绕组需要用到碳刷、滑环，因此该系统结构复杂、成本高、维护工作量大且可靠性低。转子永磁是指通过在转子上嵌入或者表贴永磁体来获得转子励磁磁场。该种形式的转子永磁磁场不可调节，电机磁场调节困难，且存在永磁磁场退磁的风险。此外，永磁转子，尤其是永磁体表贴式的永磁转子的牢固性下降，影响了其在高速运行下的可靠性。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种结构简单、维护方便、转子励磁调节方便、能够在宽速范围可靠运行的内定子励磁的宽调速范围同步电动机及其控制系统。

本发明是通过以下技术方案实习的：

一种内定子励磁的宽调速范围同步电动机，包括内定子和外定子，以及径向设置在所述内定子与所述外定子之间的转子；所述内定子包括内定子铁心，该内定子铁心上嵌有分布式多相转子励磁绕组；所述外定子包括外定子铁心，该外定子铁心上嵌有分布式多相定子绕组；所述转子包括转子铁心，该转子铁心上既无永磁体也无绕组。

本发明的内定子励磁的宽调速范围同步电动机，转子采用电励磁，使得转子磁场可调，扩大了电动机调速范围；转子励磁绕组置于内定子上，省去了碳刷滑环，提高了系统可靠性；定子、转子绕组均采用分布式多相绕组，电机运行中定转子磁场更接近圆形，使得电磁转矩脉动更小。

优选地，所述转子励磁绕组和定子绕组分别通过转子电力电子逆变电路和定子电力电子逆变电路对其进行供电。

优选地，还包括一用于检测转子当前所处位置的转子位置检测装置，该转子位置检测装置根据转子当前位置控制定子和转子电力电子逆变电路中开关管的通断，进而控制电机的运行。

一种内定子励磁的宽调速范围同步电动机的控制系统，其特征在于：根据转子当前位置，采用电压空间矢量调制控制技术控制定子和转子电力电子逆变电路中开关管的通断，生成转子和定子磁场，进而控制电机的进行。

本发明的有益效果体现在：该发明与普通转子励磁同步电机在运行原理上的区别主要在于将普通转子励磁同步电机转子上的集中式励磁绕组以内定子上的分布式多相绕组替代，通过电压空间矢量控制技术生成与转子同步旋转的转子励磁磁场，该转子励磁磁场与普通转子励磁同步电机的转子上的励磁绕组产生的转子磁场是等效的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明一实施例提供的内定子励磁的宽调速范围同步电动机的结构示意图；

图2为图1所示的为定子电力电子逆变电路和转子电力电子逆变电路以及与电机定转子绕速的连接方式的为定子电力电子逆变电路和转子电力电子逆变电路以及与电机定转子绕速的连接方式示意图；

图3为内定子励磁的宽调速范围同步电动机控制系统结构框图。

图1中，1-1为外定子，2-1为转子，3-1为内定子，1-2为定子等效a相绕组首端a+，1-3为定子等效b相绕组首端b+，1-4为定子等效c相绕组首端c+，1-5为定子等效a相绕组末端a-，1-6为定子等效b相绕组末端b-，1-7为定子等效c相绕组末端c-，3-2为转子等效a相绕组首端a+，3-3为转子等效b相绕组首端b+，3-4为转子等效c相绕组首端c+，3-5为转子等效a相绕组末端a-，3-6为转子等效b相绕组末端b-，3-7为转子等效c相绕组末端c-；

图2中，ud为定子绕组和转子励磁绕组的供电电压，u、v、w分为为定子电力电子逆变电路的输出端，u、v、w分别为转子电力电子逆变电路的输出端。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，

本技术：
使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

结合图1，本发明的内定子励磁的宽调速范围同步电动机，包括内定子3-1和外定子1-1，以及径向设置在所述内定子3-1与所述外定子1-1之间的转子2-1；所述内定子3-1包括内定子铁心，该内定子铁心上嵌有若干组分布式多相转子励磁绕组；所述外定子1-1包括外定子铁心，该外定子铁心上嵌有若干组分布式多相定子绕组；所述转子2-1包括转子铁心，该转子铁心上既无永磁体也无绕组。

本实施例中，所述转子励磁绕组和定子绕组分别通过转子电力电子逆变电路和定子电力电子逆变电路对其进行供电，还包括一用于检测转子当前所处位置的转子位置检测装置，该转子位置检测装置根据转子当前位置控制定子和转子电力电子逆变电路中开关管的通断，进而控制电机的运行。

结合图2，本发明的内定子励磁的宽调速范围同步电动机的控制系统，根据转子当前位置，采用电压空间矢量调制控制技术控制定子和转子电力电子逆变电路中开关管的通断，生成转子和定子磁场，进而控制电机的运行。

结合图3，电机定子绕组和转子绕组均为星接。电机定子绕组由定子电力电子逆变电路供电，而电机转子励磁绕组由转子电力电子逆变电路供电。定子电力电子逆变电路和转子电力电子逆变电路由共同的直流电源供电。控制与驱动电路实现的功能包括处理电机运行中采集到的信号（包括电压、电流信号、转子位置信号、转速信号），结合转速给定实现转子磁场和定子磁场的电压空间矢量（svpwm）控制算法，并生成电子电力电子逆变电路和转子电力电子逆变电路的电力电子开关管的控制信号，控制电机运行

该发明与普通转子励磁同步电机在运行原理上的区别主要在于将普通转子励磁同步电机转子上的集中式励磁绕组以内定子上的分布式多相绕组替代，通过电压空间矢量控制技术生成与转子同步旋转的转子励磁磁场，该转子励磁磁场与普通转子励磁同步电机的转子上的励磁绕组产生的转子磁场是等效的。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

技术特征：

1.一种内定子励磁的宽调速范围同步电动机，其特征在于：包括内定子（3-1）和外定子（1-1），以及径向设置在所述内定子（3-1）与所述外定子（1-1）之间的转子（2-1）；所述内定子（3-1）包括内定子铁心，该内定子铁心上嵌有分布式多相转子励磁绕组；所述外定子（1-1）包括外定子铁心，该外定子铁心上嵌有分布式多相定子绕组；所述转子（2-1）包括转子铁心，该转子铁心上既无永磁体也无绕组；电机定子绕组和转子绕组均为星接，电机定子绕组由定子电力电子逆变电路供电，而电机转子励磁绕组由转子电力电子逆变电路供电，定子电力电子逆变电路和转子电力电子逆变电路由共同的直流电源供电，还包括一用于检测转子当前所处位置的转子位置检测装置，该转子位置检测装置根据转子当前位置控制定子和转子电力电子逆变电路中开关管的通断，进而控制电机的运行。

2.根据权利要求1所述的内定子励磁的宽调速范围同步电动机，其特征在于：所述转子励磁绕组和定子绕组分别通过转子电力电子逆变电路和定子电力电子逆变电路对其进行供电。

技术总结
本实用新型公开了一种内定子励磁的宽调速范围同步电动机，包括内定子和外定子，以及径向设置在所述内定子与所述外定子之间的转子；所述内定子包括内定子铁心，该内定子铁心上嵌有分布式多相转子励磁绕组；所述外定子包括外定子铁心，该外定子铁心上嵌有分布式多相定子绕组；所述转子包括转子铁心，该转子铁心上既无永磁体也无绕组。本实用新型的内定子励磁的宽调速范围同步电动机，转子采用电励磁，使得转子磁场可调，扩大了电动机调速范围；转子励磁绕组置于内定子上，省去了碳刷滑环，提高了系统可靠性；定子、转子绕组均采用分布式多相绕组，电机运行中定转子磁场更接近圆形，使得电磁转矩脉动更小。

技术研发人员：孙佃升
受保护的技术使用者：滨州学院
技术研发日：2019.01.31
技术公布日：2020.07.31