專利名稱：永磁同步電機(jī)的繞組預(yù)熱及其啟動(dòng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電機(jī)，尤其是一種永磁同步電機(jī)的繞組預(yù)熱方法，及永磁同步電機(jī)的啟動(dòng)方法。
背景技術(shù)：
目前，有的空調(diào)散熱風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)的電機(jī)為無位置傳感器永磁同步電機(jī)，無位置傳感器永磁同步電機(jī)在冬天低溫環(huán)境下(零下20°C )長期放置后，電機(jī)繞組線圈處于低溫凍結(jié)狀態(tài)，繞組參數(shù)出現(xiàn)變化。由于電機(jī)起動(dòng)前，轉(zhuǎn)子位置是未知的，需要根據(jù)其繞組參數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行估算，如果繞組參數(shù)出現(xiàn)變化和轉(zhuǎn)子位置不固定時(shí)，開機(jī)后若強(qiáng)行啟動(dòng)電機(jī)，容易檢測不到轉(zhuǎn)子位置，導(dǎo)致出現(xiàn)啟動(dòng)失敗，甚至損壞電機(jī)?，F(xiàn)有技術(shù)對(duì)繞組的預(yù)熱采用外加輔助預(yù)熱裝置或者保溫裝置維持繞組溫度在可 啟動(dòng)溫度范圍，外加輔助預(yù)熱裝置增加電機(jī)的成本和體積，同時(shí)對(duì)繞組的預(yù)熱不可控制，影響電機(jī)的可靠啟動(dòng)。采用繞組自預(yù)熱裝置的電機(jī)，在繞組預(yù)熱過程中，轉(zhuǎn)子出現(xiàn)抖動(dòng)，損壞電機(jī)且繞組的預(yù)熱不均勻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的第一個(gè)技術(shù)問題在于，提供一種永磁同步電機(jī)繞組預(yù)熱的方法，其在不增加外部輔助預(yù)熱裝置的前提下，在低溫環(huán)境下保證電機(jī)三相繞組預(yù)熱均勻，防止在繞組預(yù)熱時(shí)轉(zhuǎn)子抖動(dòng)影響電機(jī)，使電機(jī)在合適的繞組溫度下起動(dòng)，提高電機(jī)轉(zhuǎn)子定位的可靠性，進(jìn)而提高電機(jī)啟動(dòng)的可靠性，更好地保護(hù)電機(jī)，延長其使用壽命。本發(fā)明所要解決的第二個(gè)技術(shù)問題在于，提供一種永磁同步電機(jī)的啟動(dòng)方法，其在不增加外部輔助預(yù)熱裝置的前提下，在低溫環(huán)境下保證電機(jī)三相繞組預(yù)熱均勻，防止在繞組預(yù)熱時(shí)轉(zhuǎn)子抖動(dòng)影響電機(jī)，使電機(jī)在合適的繞組溫度下起動(dòng)，提高電機(jī)轉(zhuǎn)子定位的可靠性，進(jìn)而提高電機(jī)啟動(dòng)的可靠性，更好地保護(hù)電機(jī)，延長其使用壽命。本發(fā)明解決上述第一個(gè)技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是一種永磁同步電機(jī)繞組預(yù)熱的方法，所述電機(jī)包括定子三相繞組、轉(zhuǎn)子和變頻器，所述方法包括如下步驟(I)通過所述變頻器使所述定子三相繞組的合成磁場Fl方向不變，再通過所述變頻器輸出轉(zhuǎn)矩拖動(dòng)所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，使所述轉(zhuǎn)子的磁場方向與所述定子三相繞組的合成磁場Fl方向平行，從而使所述轉(zhuǎn)子定位；(2)所述轉(zhuǎn)子定位后，所述變頻器輸出直流電流，對(duì)所述定子三相繞組進(jìn)行第一次預(yù)熱；(3)通過所述變頻器使所述定子三相繞組合成磁場F2方向在Fl方向基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)動(dòng)120°，再通過所述變頻器輸出轉(zhuǎn)矩拖動(dòng)所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，使所述轉(zhuǎn)子的磁場方向與所述定子三相繞組的合成磁場F2方向平行，所述轉(zhuǎn)子定位后，所述變頻器輸出直流電流，對(duì)所述定子三相繞組進(jìn)行第二次預(yù)熱；
(4)通過所述變頻器使所述定子三相繞組合成磁場F3方向在F2方向基礎(chǔ)上同向轉(zhuǎn)動(dòng)120°，再通過所述變頻器輸出轉(zhuǎn)矩拖動(dòng)所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，使所述轉(zhuǎn)子的磁場方向與所述定子三相繞組的合成磁場F3方向平行，所述轉(zhuǎn)子定位后，所述變頻器輸出直流電流，對(duì)所述定子三相繞組進(jìn)行第三次預(yù)熱。優(yōu)選的，所述步驟(I)中，所述變頻器輸出的轉(zhuǎn)矩的大小先變大再變小。優(yōu)選的，所述步驟(I)中，所述變頻器輸出的轉(zhuǎn)矩呈正弦半波變化。優(yōu)選的，在對(duì)三相繞組預(yù)熱過程中，所述定子三相繞組的合成磁場的方向不變。優(yōu)選的，所述定子三相繞組包括第一相繞組、第二相繞組和第三相繞組，所述步驟
(2)中，其中第一相繞組中的直流電流值為第二相繞組和第三相繞組中的直流電流值之和，且第二相繞組和第三相繞組中的直流電流大小相等。
優(yōu)選的，所述定子三相繞組包括第一相繞組、第二相繞組和第三相繞組，所述步驟
(3)中，其中第二相繞組中的直流電流值為第一相繞組和第三相繞組中的直流電流值之和，且第一相繞組和第三相繞組中的直流電流大小相等。優(yōu)選的，所述定子三相繞組包括第一相繞組、第二相繞組和第三相繞組，所述步驟
(4)中，其中第三相繞組中的直流電流值為第一相繞組和第二相繞組中的直流電流值之和，且第一相繞組和第二相繞組中的直流電流大小相等。優(yōu)選的，步驟(2)、步驟(3)和步驟⑷中繞組的預(yù)熱時(shí)間相等。本發(fā)明解決上述第二個(gè)技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是一種永磁同步電機(jī)的啟動(dòng)方法，所述永磁同步電機(jī)的在啟動(dòng)前采用上述的繞組預(yù)熱方法對(duì)繞組進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱T秒后啟動(dòng)。眾所周知，永磁同步電機(jī)的定子三相繞組在空間上相差120°，當(dāng)定子三相繞組輸入三相對(duì)稱電流時(shí)，在三相定子繞組中就會(huì)產(chǎn)生合成磁場F(如圖I所示)。隨著時(shí)間的變化，合成磁場F也在旋轉(zhuǎn)，電流交變一周期，合成磁場F也旋轉(zhuǎn)一周，在旋轉(zhuǎn)的過程中，合成磁感應(yīng)強(qiáng)度不變。由于永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子為永磁鐵，轉(zhuǎn)子磁場與定子旋轉(zhuǎn)磁場的相互作用，使轉(zhuǎn)子隨著定子旋轉(zhuǎn)磁場以相同的速度同步旋轉(zhuǎn)，從而控制永磁同步電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。 由上可知，可通過變頻器控制定子三相繞組中的電流，使合成磁場F方向不變(也即是旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為零)。由于合成磁場F方向保持不變，可通過變頻器輸出轉(zhuǎn)矩，拖動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到合成磁場方向，使磁場F方向與轉(zhuǎn)子磁場方向平行(如圖2所不)，這時(shí)，由于變頻器輸出的電流固定，合成磁場方向與轉(zhuǎn)子磁場方向平行，轉(zhuǎn)子所受力矩為零，因此轉(zhuǎn)子也不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而可以避免轉(zhuǎn)子在繞組預(yù)熱的過程中出現(xiàn)反復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)。然后，再通過變頻器輸出電流給定子三相繞組預(yù)熱。由此可見，本發(fā)明所提供的永磁同步電機(jī)繞組預(yù)熱的方法，在不增加外部輔助預(yù)熱裝置的前提下，實(shí)現(xiàn)在低溫環(huán)境下對(duì)電機(jī)繞組進(jìn)行定位預(yù)熱，防止轉(zhuǎn)子在繞組預(yù)熱時(shí)的反復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)，使得三相繞組的預(yù)熱更均勻，確保電機(jī)在合適的繞組溫度下起動(dòng)，降低了電機(jī)啟動(dòng)失敗的概率，消除啟動(dòng)時(shí)的過沖電流，可以更好地保護(hù)電機(jī)，提高其可靠性，延長使用壽命。


圖I是永磁同步電機(jī)ABC坐標(biāo)系與轉(zhuǎn)子的關(guān)系；圖2是定子三相繞組的合成磁場F方向與轉(zhuǎn)子磁場方向平行；圖3是本發(fā)明永磁同步電機(jī)繞組預(yù)熱的方法單個(gè)周期繞組預(yù)熱過程；圖4是本發(fā)明永磁同步電機(jī)繞組預(yù)熱的方法三相繞組預(yù)熱全過程；圖5是電機(jī)控制電路圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明
本發(fā)明所提供的永磁同步電機(jī)繞組預(yù)熱的方法，在不增加外部輔助預(yù)熱裝置的前提下，可以實(shí)現(xiàn)在低溫環(huán)境下對(duì)包括但不限于變頻壓縮機(jī)和變頻風(fēng)機(jī)的繞組進(jìn)行定位均勻預(yù)熱。預(yù)熱全過程分為轉(zhuǎn)子定位和繞組預(yù)熱兩部分，為了達(dá)到均勻預(yù)熱的效果，本實(shí)施例對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行3次定位和3次預(yù)熱，因此，指定合成磁場F方向也為3個(gè)，分別為Fl方向、F2方向和F3方向，以逆時(shí)針方向?yàn)檎?合成磁場Fl方向?yàn)?° ,合成磁場F2方向?yàn)?20° ,合成磁場F3方向?yàn)?40°。當(dāng)流經(jīng)第一相繞組的電流等于第二相繞組電流與第三相繞組電流之和時(shí)，此時(shí)，定義合成磁場的方向?yàn)?°，當(dāng)流經(jīng)第二相繞組的電流等于流經(jīng)第一相繞組和第三相繞組的電流之和時(shí)，定位為合成磁場的方向?yàn)?20°，當(dāng)流經(jīng)第三相繞組的電流等于流經(jīng)第一相繞組電流和第二相電流之和時(shí)，定義合成磁場的方向?yàn)?40°。參見圖3及圖4，本實(shí)施例的永磁同步電機(jī)繞組預(yù)熱的方法具體步驟如下一、第一次轉(zhuǎn)子定位和第一次繞組預(yù)熱(I)第一次轉(zhuǎn)子定位通過變頻器使定子三相繞組的合成磁場Fl方向不變，再通過變頻器輸出轉(zhuǎn)矩拖動(dòng)所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，使所述轉(zhuǎn)子的磁場方向與所述定子三相繞組的合成磁場Fl方向平行，從而使所述轉(zhuǎn)子第一次定位。優(yōu)選的，所述變頻器輸出的轉(zhuǎn)矩的大小先逐漸變大再逐漸變小。進(jìn)一步的，所述變頻器輸出的轉(zhuǎn)矩呈正弦半波變化。本發(fā)明中拖動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩有多種實(shí)現(xiàn)方式，采用正弦變化的優(yōu)點(diǎn)在于轉(zhuǎn)子定位的輸出力矩大小按正弦半波變化，先緩慢增大，再緩慢減小，可以平緩力矩輸出，定位過程中電機(jī)不會(huì)產(chǎn)生突然抖動(dòng)現(xiàn)象。(2)第一次繞組預(yù)熱轉(zhuǎn)子第一次定位后，變頻器輸出電流，使定子三相繞組預(yù)熱。優(yōu)選的，預(yù)熱時(shí)，變頻器輸出的電流優(yōu)選為直流電流，直流電流的大小和時(shí)間由繞組溫升決定。進(jìn)一步優(yōu)選的，預(yù)熱過程中，所述定子三相繞組的合成磁場F的大小不變，從而使流過定子三相繞組的電流只在繞組上產(chǎn)生熱量而不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。本實(shí)施例中，為了便于說明本發(fā)明的內(nèi)容，以U相繞組為第一相繞組，V相繞組為第二相繞組，W相繞組為第三相繞組；U相繞組中的電流為V相繞組和W繞組中的電流之和，且V相繞組和W相繞組中的電流的大小相等方向相同。根據(jù)電機(jī)的控制電路圖(如圖5所示)，預(yù)熱時(shí)，控制芯片輸出PWM(脈寬調(diào)制)信號(hào)，開通IPM模塊U相上橋臂的IGBT和V相、W相下橋臂的IGBT，即圖5中的a、b'和c'三個(gè)IGBT導(dǎo)通。此時(shí)流過電機(jī)U相繞組的電流等于V相和W相繞組的電流之和(IU = IV+IW)，而流過V相和W相的電流相等(IV = IW)。由于控制的信號(hào)持續(xù)存在，流過繞組的電流的大小和方向是不變的，通過直流電流在繞組上產(chǎn)生的熱量實(shí)現(xiàn)繞組預(yù)熱。按步驟(2)完成了第一次轉(zhuǎn)子定位和第一次繞組預(yù)熱后，由于流過U相繞組的電流為V相繞組和W相繞組的2倍，因此其溫度要高很多。
二、第二次轉(zhuǎn)子定位和第二次繞組預(yù)熱(3)第二次轉(zhuǎn)子定位通過變頻器使定子三相繞組的合成磁場Fl方向沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)120度(即合成磁場F2方向)，再通過變頻器輸出正弦半波轉(zhuǎn)矩拖動(dòng)轉(zhuǎn)子，使所述轉(zhuǎn)子的磁場方向與所述定子三相繞組的合成磁場F2方向平行，使轉(zhuǎn)子第二次定位；(4)第二次繞組預(yù)熱轉(zhuǎn)子第二次定位后，變頻器輸出直流電流，使定子三相繞組預(yù)熱。本實(shí)施例中，控制芯片輸出PWM (脈寬調(diào)制)信號(hào)，開通IPM模塊V相上橋臂的IGBT和U相、W相下橋臂的IGBT，即圖5中的b、a'和c'三 個(gè)IGBT導(dǎo)通。此時(shí)流過電機(jī)V相繞組的電流等于U相和W相繞組的電流之和(IV = IU+IW)，而流過U相和W相的電流相等(IU = Iff)。按步驟(4)完成了第二次轉(zhuǎn)子定位和第二次繞組預(yù)熱后，由于流過V相繞組的電流為U相繞組和W相繞組的2倍，此時(shí)U相和V相繞組溫度幾乎相等，且比W相繞組溫度高很多。三、第三次轉(zhuǎn)子定位和第三次繞組預(yù)熱(5)第三次轉(zhuǎn)子定位通過變頻器使定子三相繞組的合成磁場F2方向沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)120度(即合成磁場F3方向)，再通過變頻器輸出正弦轉(zhuǎn)矩拖動(dòng)轉(zhuǎn)子，使所述轉(zhuǎn)子的磁場方向與所述定子三相繞組的合成磁場F3方向平行，使轉(zhuǎn)子第三次定位；(6)第三次繞組預(yù)熱轉(zhuǎn)子第三次定位后，變頻器輸出直流電流，使定子三相繞組預(yù)熱。本實(shí)施例中，控制芯片輸出PWM (脈寬調(diào)制)信號(hào)，開通IPM模塊W相上橋臂的IGBT和U相、V相下橋臂的IGBT，即圖5中的c、a'和b'三個(gè)IGBT導(dǎo)通。此時(shí)流過電機(jī)W相繞組的電流等于U相和V相繞組的電流之和(IW = IU+IV)，而流過U相和V相的電流相等(IU = Iff)。經(jīng)過上述過程的3次定位和3次繞組預(yù)熱后，繞組溫升效果如表一所示表一
權(quán)利要求
1.一種永磁同步電機(jī)的繞組預(yù)熱方法，所述電機(jī)包括定子三相繞組、轉(zhuǎn)子和變頻器，其特征在于，所述方法包括如下步驟 (1)通過所述變頻器使所述定子三相繞組的合成磁場Fl方向不變，再通過所述變頻器輸出轉(zhuǎn)矩拖動(dòng)所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，使所述轉(zhuǎn)子的磁場方向與所述定子三相繞組的合成磁場Fl方向平行，從而使所述轉(zhuǎn)子定位； (2)所述轉(zhuǎn)子定位后，所述變頻器輸出直流電流，對(duì)所述定子三相繞組進(jìn)行第一次預(yù)執(zhí). (3)通過所述變頻器使所述定子三相繞組合成磁場F2方向在Fl方向基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)動(dòng)120°，再通過所述變頻器輸出轉(zhuǎn)矩拖動(dòng)所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，使所述轉(zhuǎn)子的磁場方向與所述定子三相繞組的合成磁場F2方向平行，所述轉(zhuǎn)子定位后，所述變頻器輸出直流電流，對(duì)所述定子三相繞組進(jìn)行第二次預(yù)熱； (4)通過所述變頻器使所述定子三相繞組合成磁場F3方向在F2方向基礎(chǔ)上同向轉(zhuǎn)動(dòng)120°，再通過所述變頻器輸出轉(zhuǎn)矩拖動(dòng)所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，使所述轉(zhuǎn)子的磁場方向與所述定子三相繞組的合成磁場F3方向平行，所述轉(zhuǎn)子定位后，所述變頻器輸出直流電流，對(duì)所述定子三相繞組進(jìn)行第三次預(yù)熱。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的永磁同步電機(jī)的繞組預(yù)熱方法，其特征在于，所述步驟(I)中，所述變頻器輸出的轉(zhuǎn)矩的大小先變大再變小。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的永磁同步電機(jī)的繞組預(yù)熱方法，其特征在于，所述步驟(I)中，所述變頻器輸出的轉(zhuǎn)矩呈正弦半波變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的永磁同步電機(jī)的繞組預(yù)熱方法，其特征在于，在對(duì)三相繞組預(yù)熱過程中，所述定子三相繞組的合成磁場的方向不變。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的永磁同步電機(jī)的繞組預(yù)熱方法，其特征在于，所述定子三相繞組包括第一相繞組、第二相繞組和第三相繞組，所述步驟(2)中，其中第一相繞組中的直流電流值為第二相繞組和第三相繞組中的直流電流值之和，且第二相繞組和第三相繞組中的直流電流大小相等。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的永磁同步電機(jī)的繞組預(yù)熱方法，其特征在于，所述定子三相繞組包括第一相繞組、第二相繞組和第三相繞組，所述步驟(3)中，其中第二相繞組中的直流電流值為第一相繞組和第三相繞組中的直流電流值之和，且第一相繞組和第三相繞組中的直流電流大小相等。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的永磁同步電機(jī)的繞組預(yù)熱方法，其特征在于，所述定子三相繞組包括第一相繞組、第二相繞組和第三相繞組，所述步驟(4)中，其中第三相繞組中的直流電流值為第一相繞組和第二相繞組中的直流電流值之和，且第一相繞組和第二相繞組中的直流電流大小相等。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的永磁同步電機(jī)的繞組預(yù)熱方法，其特征在于，步驟(2)、步驟(3)和步驟(4)中繞組的預(yù)熱時(shí)間相等。
9.一種永磁同步電機(jī)的啟動(dòng)方法，其特征在于，所述永磁同步電機(jī)的在啟動(dòng)前采用權(quán)利要求I至8任一項(xiàng)所述的繞組預(yù)熱方法對(duì)繞組進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱T秒后啟動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種永磁同步電機(jī)的繞組預(yù)熱及其啟動(dòng)方法，所述電機(jī)包括定子三相繞組、轉(zhuǎn)子和變頻器，所述繞組預(yù)熱方法包括如下步驟(1)通過所述變頻器使定子三相繞組的合成磁場F方向不變，再通過所述變頻器輸出轉(zhuǎn)矩拖動(dòng)所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，使所述轉(zhuǎn)子的磁場方向與所述定子三相繞組的合成磁場F方向平行，從而使所述轉(zhuǎn)子定位；(2)所述轉(zhuǎn)子定位后，所述變頻器輸出電流，使所述定子三相繞組預(yù)熱。本發(fā)明所提供的永磁同步電機(jī)繞組預(yù)熱的方法，在不增加外部輔助預(yù)熱裝置的前提下，實(shí)現(xiàn)在低溫環(huán)境下對(duì)電機(jī)繞組進(jìn)行定位預(yù)熱，以確保電機(jī)在合適的繞組溫度下起動(dòng)，降低了電機(jī)啟動(dòng)失敗的概率，消除啟動(dòng)時(shí)的過沖電流，可以更好地保護(hù)電機(jī)，提高其可靠性，延長使用壽命。
文檔編號(hào)H02P6/20GK102761300SQ20121003872
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2012年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月20日
發(fā)明者陳洪濤 申請(qǐng)人:珠海格力電器股份有限公司