[发明专利]电动车辆强牵引力电动机串激同步控制双特性一键驱动法

说明书

本发明在绕线式转子同步电动机的基础上，把定转子绕组工作状态和变频逆变过程相结合，使同步电动机能在定转子绕组串激条件下同步运转工作，充分激发同步电动机的定转子磁场互相作用力，并通过电流跟踪型逆变的不同控制，使同步电动机具有像直流串激电动机或并激电动机一样的机械特性，在频率转速相跟随及同步电动机功角被固定的情况下，通过转速、转矩、电势、磁势的内在联系，使转矩转速得到功率控制和一键驱动的效果。

技术领域：电动车辆用牵引同步电动机变频驱动方法

背景技术：在电动车辆驱动的研究发展中，将直流电源经逆变转变成交流电源，用交流变频驱动来代替直流 驱动已是发展现实，但是交流驱动一直缺乏像直流串激电动机那样的强劲驱动力和优秀的起动性能，也不能 像直流并激电动机那样通过简单的调压就可以对转矩、转速进行统一控制。在交流变频驱动中，可以采用异 步电动机也可以采用同步电动机，目前采用异步电动机比较多，这是因为同步电动机存在着转子易失步抗过 载能力差及通电不易同步的缺陷，但采用异步电动机仍存在过载能力较低，低速及起动性能差的问题，目前 电动车辆普遍存在着爬坡能力低下的情况，而电动车辆上使用的电动机，不但爬坡、起动能力要强，而且必 须能耐受频繁的起动，所以需要一款有很强牵引力的电动机。由于异步电动机转子磁场完全依靠气隙磁场传 递产生，电磁力受磁路饱和的影响限制很大，不如在同步电动机基础上发展强力电动机，同步电动机定转子 磁场可以独立发挥电磁力的相互作用，若做成串激形式可以产生强大的电磁力，为此需要作如下改进：

1、需要固定同步电机的功角，因为同步电动机的功角随负载转矩变动，遇到强的冲击转矩时功角有可 能越过90度角，使同步电动机转子失步。

2、需要采用适当的运转方法使定转子绕组统一激磁，因为同步电动机转子是直流励磁或是永磁的，而 定子是交流励磁的，不能像直流电动机那样进行串联激磁，若定转子串激运行，可以同时增加定转子磁场的 分量，不易被定子磁路饱和所限制，使电磁转矩提升的空间较大。

3、需要采取统一的功率控制方法，使转矩转速得到同时调节，一键驱动，因为现有变频同步电动机的 转速调节和转矩调节是不相关的，控制协调较复杂，它影响到汽车或列车的起动控制、上下坡控制及通电同 步的控制问题，功率控制一键驱动便于运行中任何时刻进行通电加速。

发明内容：本发明为克服同步电动机易失步的缺陷，增强同步电动机的驱动能力，并达到仿直流串激电动机 或并激电动机性能，以及转矩转速统一功率控制一键驱动的目标，同步电动机采用绕线式转子，直流电源经 m相逆变方法转化为m相交流电向绕线式转子同步电动机运行供电，逆变环节采用电流跟踪型逆变控制方 式，在此基础上同步电动机采用定转子正反序绕组串联激磁方法和转子信号驻波引导的特殊相位联动的逆变 控制方法互相配合，使定转子磁场按转速叠加的原理自动同步运转，并采用由驱动函数幅控的电流跟踪型逆 变方式，控制定转子各相绕组的电流频率相位和幅值，进而控制同步电动机运行的转速和转矩，并通过设置 定转子磁场之间的空间相位差角和定转子绕组匝数来设定同步电动机的运行功角和功率因数角，该方法包括 以下5个方面：

1、绕线式转子同步电动机采用定转子正反序绕组串联激磁的工作方式：

同步电动机定子和转子均采用m相对称绕组(m为1至12的任何正整数)，两者极对数相同，且定子m相 绕组与转子m相绕组的对应相分别串联然后联成多相对称接法，但转子绕组的相序与定子绕组的相序方向 相反(m等于1的单相电机无相序除外)，使定子m相绕组在定子上产生正向旋转的磁场，转子m相绕组 在转子上产生反向旋转的磁场(m等于1的单相电机则利用其定子正向旋转磁场分量和转子反向旋转磁场分 量)。

2、定转子磁场按转速叠加的原理同步运转(见图1)：