一种多额定工作点稀土永磁电机及其控制的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种多额定工作点的稀±永磁电机及其控制。
【背景技术】
[0002] 我国稀±材料丰富，占全球总量50~60%，稀±永磁电机的应用逐浙广泛，目前已 在多个行业应用，从航天到民用均在普及。特别是在纯电动汽车和电主轴机床的应用上会 有较大的优点。目前均采用变频控制驱动稀±永磁电机工作，进而实现工作母机按工况要 求工作。在工作过程中必须将所被驱动电机的电参数由面板输入到变频器内数学模型板 块，建立起一个合理的电机数学模型。一台电机只有一种所对应的电参数。一个数学模型 板只能建立一个合理的电机数学模型。进而新建立的数学模型结合变频器内的采样元器 件(从电机端）采集到电流电压值经CPU计算优化后产生新的电流电压值供给电机实现驱 动。从新建立的数学模型结合采样元器件采集电机电流电压值到经CPU计算优化输出新的 电流电压值的过程，形成了电流闭环控制过程。也可在控制过程中加入编码器实现速度闭 环，则控制精度得到有效的提高。目前该种控制驱动稀±永磁电机的应用相对于异步电机 而言，能够提高效率、节能、体积小、实用范围更广些，但均都存在一个问题，不管是永磁电 机或H相异步电机，均存在一个共同的工作特性，在额定工作点W上为恒功率驱动，额定工 作点W下为恒扭矩输出。稀±永磁电机还体现出另一矛盾，当在额定工作点W上工作时，随 著转速的提高，反电动势则相应提高。当转速达到一定时反电动势大于电网驱动电压，则稀 ±永磁电机不能正常工作。目前采用弱磁扩速处理，随着速度的提高，效率会急速下降，该 样不仅影响了电机的工作效率，而且弱磁处理的过程中反向磁场的增加，很容易造成永磁 铁失磁，同时弱磁处理也只能是在一定的范围内，使的使用工况受限。特别要指出的是当电 机工作在额定工作点W下的工况时，电机为恒力矩输出。电机的工作高效点一般设定在额 定工作点，当低速时，转速为^或!额定工作点工作甚至更低时，电机效率下降，同时电压下 降，此时如果扭矩增加，则对应电流加大，电机温度上升，严重影响电机的正常使用，且实际 工况对机床主轴驱动而言则往往存在着，低转速驱动要求有较大的驱动力矩，甚至要求达 到额定工作点的几倍，只能迫使电机过载使用，本来低转速工作就存在低电压低效率散热 条件不好温度高的矛盾，对电动汽车而言，则要求工作过程恒力矩，启动、提速W及上坡时， 过程要求大力矩，同时要求随着速度的增加功率要相对应提高。过载更是使电流加大，温度 上升的矛盾突出。因而W上所述的几个问题均是目前稀±永磁电机使用时所存在的问题。
【发明内容】
[0003] 鉴于现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种多额定工作点的低速扭矩大、 工作速度区域宽、效率高的稀±永磁电机及其控制方式。
[0004] 为了实现上述目的本发明的技术方案是；一种多额定工作点的稀±永磁电机及其 控制，包括稀±永磁电机和变频控制系统，所述的稀±永磁电机为一个定子上设定有二个 w上独立的绕组，所述的独立绕组有其独立的接线端，所述的独立的绕组有其独立的额定 工作点，所述的独立的额定工作点有其独立的电机工作输出性能数据，所述的控制系统为 变频控制。
[0005] 进一步的，所述的稀±永磁电机一个定子上设定有多个对应独立的绕组组合方 式，所述的独立的绕组所具有的不同的额定工作点工作的转速设定方法是各额定工作点相 互之间的额定转速为倍数关系，第二额定工作点转速是第一额定工作点转速的2倍，第H 额定工作点的转速是第一额定工作点的4倍，各独立绕组所具有不同额定工作点的绕组面 数设定方法是：第二额定工作点绕组面数是第一额定工作点的i倍，而并联支路数是第一额 定工作点的2倍，其第一额定工作点为低速点，第二额定工作点为中速点，第H额定工作点 为高速点，第H额定工作点的绕组面数是第一额定工作点面数的^音，而并联支路数是第一 额定工作点的4倍，其具体方法按星形接法；第一额定工作点绕组接线端1、2、3为外接H相 引出线接线端，接线端1为A相，接线端2为B相，接线端3为C相，接线端4、5、6并接为星 形中点，第二额定工作点绕组接线方法为：接线端1、8相并为A相，接线端2、10相并为B相， 接线端3、12相并为C相，接线端7、4、9、5、11、6相并为星形中点，第H额定工作点绕组接线 方法为；接线細f 1、8、14、16相并为A相，接线細} 2、10、18、20相并为B相，接线細} 24、22、12、 3相并为C相，接线端13、15、7、4、17、19、9、5、21、23、11、6相并为星形中点，H角形接法第一 额定工作点绕组接线端方法为：接线端1、6相并为A相，接线端3、5相并为B相，接线端2、 4相并为C相，第二额定工作绕组接线法为；接线端8、1、11、6相并为A相，接线端3、12、9、5 相并为B相，接线端4、7、2、10相并为C相，第H额定工作绕组接线方法为；接线端8、1、16、 14、23、21、6、11相并为A相，接线端22、24、3、12、9、5、17、19相并为B相，接线端15、13、4、 7、18、20、2、10 相并为 C 相。
[0006] 进一步的，所述的变频控制系统为2个W上的多组对应独立的数学模型板和单一 的CPU控制芯片的组合，分别切换工作控制同一台电机。
[0007] 进一步的，所述的变频控制系统包括；电机电参数输入面板、数学模型板块、CPU 控制芯片板块、驱动板W及信号采集元器件。所述的数学模型板块是多组独立的，是和单台 稀±永磁电机多个独立绕组所对应的各额定工作点数对应设置，其所建立的数学模型是根 据稀±永磁电机额定工作点对应独立的电参数经变频器内部面板输入对应单独建立的，所 述的CPU控制芯片板块为单一板块与多个数学模型板块分别切换工作，所述的驱动板为单 一板块。所述的电机电流电压讯号采集元器件为单一组件。
[0008] 进一步的，所述的多额定工作点稀±永磁电机和变频控制系统工作控制时，各数 学模型板块为互锁切换，数学模型板块与电机独立绕组同步切换，所述的电机独立的绕组 之间的切换为动态切换。
[0009] 进一步的，所述的绕组切换分别采用动态切换和静态切换，对于机床主轴驱动则 采用静态切换，也就是停机切换，对于电动汽车驱动则采用动态切换。
[0010] 进一步的，所述的动态切换切换过程中当电机工作在前一额定工作点向后一额定 工作点切换时应在后一额定工作点转速的65%~90%的转速区间进行切换。
[0011] 本发明的优点；在【背景技术】中，已明确阐述了现有稀±永磁电机的工作方式和驱 动控制技术，但存在使用受限问题，对于宽工作区域且速度和扭矩在不同工况变化大时，其 工作有效性受到严重影响，在高速区由于永磁电机的反电动势会对应速度的提高而增大， W速度大于额定工作点速度2倍为例，此时电机处于恒功率工作，则反电动势也是相应2倍 增加，W电网电压为380V额定工作点反电动势设计取值为340V为例，则实际使用速度达 到额定工作点2倍时，其反电动势为680V，此时正向电压小于反电动势，系统则无法正常工 作，只好采用弱磁扩速处理，即使采用了弱磁扩速的措施，也常不能达到预期的扩速效果， 高速下的输出功率往往随着电机速度的增加而迅速下降。该就是永磁电动机所存在的弱磁 扩速难问题。不仅使电机效率下降，而且极易造成永磁铁失磁。W40KW额定工作点转速 2000转稀±永磁电机为例，此时额定工作点功率为40KW，转速为2000转，扭力191N. m，反 电动势设计为340V，在额定工作点W上转速上升扭力对应成比例下降。在额定工作点W下 转速下降，则电压也对应比例下降，此时力矩不变，但工况低速速区往往要求有大扭矩