[发明专利]一种混合励磁电机的电流协调控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电机驱动与控制技术领域，特别是混合励磁电机的通用控制技术。

背景技术

长期以来，国内外学者研究较多的永磁电机大都采用转子永磁型，这是因为传统的交流同步电机都将建立气隙主磁场的励磁绕组安装在转子极上。而在转子永磁电机中，利用永磁材料代替励磁绕组，减小了铜耗，电动机体积和重量大为减小，结构简单、维护方便、运行可靠，在功率密度、转矩惯性和效率方面都超过了传统的直流电机和异步电机，是高效节能电机的重要发展方向，近几十年来受到广泛重视。但这种电机由于将永磁体放置在转子上，为克服高速运行时的离芯力，需要对转子采取特别的辅助措施，如安装由不锈钢或非金属纤维材料制成的固定装置等，导致其结构复杂，制造成本提高。同时永磁体位于转子，冷却条件差，散热困难，而温升可能会最终导致永磁体发生不可逆退磁、限制电机出力、减小功率密度等，制约了电机性能的进一步提高。

针对转子永磁电机的缺点，自然就会联想到定子永磁型的结构。早在上世纪50年代，美国学者Rauch和Johnson就开始研究永磁体置于定子的新型永磁电机。但由于当时的永磁体材料性能较差，磁能级很低，导致满足一定输出电压需求的电机本体需要设计的很大，不能满足实际应用的需要，所以早期并未引起足够的重视，然而，该电机却为后来出现的其他定子永磁电机奠定了理论基础。

随着以钕铁硼（NdFeB）为代表的新型永磁稀土材料的出现和功率电子学、计算机、控制理论的发展，从上世纪90年代开始陆续出现三种新型结构的定子永磁型无刷电机及其控制系统，分别为：

1.1992年由美国学者T.A. Lipo教授提出的双凸极永磁电机（Double-Salient Permanent Magnet Motor）;

2. 1996年由罗马尼亚学者I. Boldea提出的磁通反向电机(Flux Reversal Machine)；

3. 1997年由法国学者E. Hoang提出的磁通切换型永磁电机(Flux-Switching Permanent Magnet Machine)。

法国学者E. Hoang在1997年的EPE会议上，首先提出了三相12/10结构的永磁式磁通切换电机，定子为“U”形导磁铁芯，中间嵌入切向交替充磁的永磁体。其后东南大学程明教授领导的课题组提出了两相8/6结构的永磁式磁通切换型电机，英国Leicester大学和Sheffield大学分别对单相8/4结构与4/2结构的永磁式磁通切换型电机进行了研究。永磁式磁通切换型电机不存在励磁损耗，转子上没有永磁体和绕组，因此结构简单、效率高，工作可靠。由于采用永磁体励磁方式无法直接改变磁场强度，作为发电机时存在电压调整率较大和故障灭磁困难，作为电动机时难以实现弱磁升速，恒功率运行范围窄。

为了综合永磁励磁与电励磁磁通切换型电机的优点，法国学者E. Hoang于2007年推出了混合励磁磁通切换型电机。与其提出的永磁式磁通切换型电机相比，在永磁体端部增加了励磁绕组，通过控制励磁电流的大小和方向调节气隙磁密，对永磁磁场起到增磁或去磁的作用。混合励磁磁通切换电机具有以下优点：结构简单、效率高，工作可靠，调压方便且调压范围宽，故障保护简单。然而，该结构需要额外增加定子外径，导致电机的功率密度有所降低。2008年东南大学花为副教授提出了新型结构的混合励磁磁通切换（Hybrid-excitation flux-switching，HEFS电机）电机，并成功申请国家自然科学基金项目。

虽然混合励磁磁通切换电机的种类发展日新月异，但是却没有适用于该类电机的通用控制方法。

发明内容

本发明要解决的问题是：对于混合励磁磁通切换电机，提出适用于该类电机的通用控制方法。

本发明包括以下步骤：

1）获取混合励磁电机的机械转速和输出机械功率及电机参数；

2）通过计算得出混合励磁电机的机械转速和混合励磁电机的输出机械功率下电机可能的电枢电流、内功率因素角、励磁电流；

3）通过比较得到电机效率最高时的电枢电流、内功率因素角、励磁电流。

其计算方法如图6所示的流程图。