[实用新型]一种多相永磁纯方波电机控制系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种永磁电机控制系统，特别是涉及一种多相永磁纯方波电机控制系统。

背景技术

三相永磁方波电机的理想工作条件是：相反电势平顶宽度不小于120⁰E(电角度)，相电流是60⁰E方波。绕组相带是60⁰E，由于永磁体极弧宽度不可能达到180⁰E,再加上枢间漏磁，——磁密的平顶部分，在空间的宽度充其量是157⁰E，对于每极每项槽数q=1的定子来说，为了克服齿槽转矩，定子铁芯或转子磁极需沿轴向扭斜一个磁矩，对于数十千瓦以上的电机，每极每项槽数q=2，虽然仍只需沿轴向扭斜一个磁矩，但由于绕组的分布效应，与q=1，扭斜1个磁矩的效果相同，即相反电势平顶部分宽度仅有上述的157⁰E-60⁰E=97⁰E。充其量108⁰E见图3；由于相反电势平顶宽度（97⁰E）距理想的120⁰相差甚大，因而电机在工作当中将产生较大的转矩脉动，并产生噪声；因为电磁转矩（T_e）与两相相电流（I_Φ），相反电势E_Φ和电机角速度(Ω)有如下关系：；

因此在同一角速度，同样相电流情况下，由于E_Φ只有97⁰E范围内是理论值，其余23⁰E的反电势小于E_Φ，这样就会形成I_Φ不变，绕组铜耗不变，而转矩（功率）降低，电机的效率也降低。

在控制方法上，目前无刷直流电动机所采用的控制策略，多是通过改变加在电机两相间的输入电压 来改变电机转速的，而改变等效输入电压 则是要改变占空比。使相电流平均值跟踪指令电流，达到改变或维持电磁转矩的目的。但由于大功率的方波电机，其定子绕组的电感一般都比较小，导致电机运行时电流的变化率较大，这就对相电流的控制带来了一定的难度，从而对控制器的要求比较高。同时，电机定子中电感和换相得存在，使得电流不能达到理想的矩形波。见图4；三相方波电机是工作在两相通电60°电角度换向一次的的状态，每次换相都会产生换相转矩脉动，这种脉动也会产生噪声。三相方波电机每经过360°电角度会产生六次转矩脉动。同样功率的电机，改成六相后，脉动次数增加到12次，但脉冲的幅值却减了一半，这对系统运行的平稳性和噪声减小却大有好处。方波电机工作在六相状态时电机的转矩大，输出功率随转速的升高而升高，到达额定转速时在随转速的升高电机逐渐工作在三相状态，此时电机转速较高。为了适应这种方波电机的工作状态，本实用新型提出如下多相永磁纯方波电机与控制系统的发明。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种多相永磁纯方波电机控制系统，该发明能使电机相反电势平顶宽度超过120°以上；相电流波形达到理论纯方波；同时让多相纯方波电机工作在多相运行状态也能使其工作在三相运行状态；在多相运行状态，能使电机输出较大转矩，工作在三相运行状态可高速运行，解决方波电机既要低速大扭矩，又能高速运行运行兼顾的问题。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种多相永磁纯方波电机与控制系统，所述系统包括六相永磁纯方波电机及控制器和驱动装置；电机包括电机轴，转子组件、定子组件、后端盖、前端盖、位置传感器、壳体；其特征在于，所述永磁方波电机定子绕组采用六相绕组，两组三相绕组U、V、W与R、S、T各自独立，其对应绕组在空间相差30⁰E；六相永磁纯方波电机的绕组星形连接，转子磁钢表贴式粘接；磁钢外表面贴一层紫铜箔，紫铜箔外部再紧绕一层不锈钢钢丝，固定；其驱动装置包括变流模块、六相切换模块；控制器通过检测电机转子位置及电机绕组电流，以此为变流模块提供PWM信号，以及根据检测电机转子的速度，进而生成开关控制信号以驱动三、六相切换模块；变流模块包括一直流电源和两逆变器，逆变器由两个逆变器并接构成，每个逆变器均采用三相全桥式逆变电路，其中每一个桥臂上有两个功率开关管串联组成并且每个功率开关管都反并联一个二极管；每个逆变器的直流侧均与直流电源连接，交流侧均与各自对应的三相定子绕组相连接；其三、六相切换模块包括两个并接的逆变器，以及连接在两并接逆变器之间的直流接触器；每一个逆变器均对应一套相应的电机定子绕组。