一種永磁同步電機的起動方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種永磁同步電機的起動方法，包括：為永磁同步電機的三相繞組施加直流電，在所述直流電的作用下使永磁同步電機在定子與轉子處于任意相對位置時均產(chǎn)生大于負載轉矩的正向電磁轉矩，以便所述產(chǎn)生的正向電磁轉矩使轉子從靜止開始轉動并持續(xù)加速；轉子轉動到電機控制方式轉換的轉子位置時，將永磁同步電機的直流輸出控制方式轉換為變頻調(diào)速控制方式，并為所述三相繞組施加三相交流電，且在控制方式轉換瞬間使施加在所述三相繞組上的電流瞬時值相等并使永磁同步電機產(chǎn)生的瞬態(tài)電磁轉矩相等。采用該方法可使轉換前、后三相繞組上的電流瞬時值平滑過渡、電磁轉矩沒有凸變。本發(fā)明還公開了一種永磁同步電機的起動裝置。
【專利說明】—種永磁同步電機的起動方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電機【技術領域】，尤其涉及一種永磁同步電機的起動方法及裝置。
【背景技術】
[0002]隨著新能源汽車的推廣應用，以其高效率、高性能、噪聲和轉矩脈動小等優(yōu)勢的永磁同步電機得到越來越多關注，功率密度高、運行區(qū)域?qū)挕⑦\行可靠性高的永磁同步電機及其驅(qū)動系統(tǒng)應用范圍越來越廣。
[0003]在電傳動車輛中，交流永磁同步牽引系統(tǒng)由逆變器和永磁同步牽引電機兩大部件組成，采用變頻調(diào)速。永磁同步電機作為牽引電機使用時，起動性能要求和其它牽引電機一樣:具有包含O轉速在內(nèi)的恒轉矩輸出區(qū)段，要求能實現(xiàn)包括恒轉矩在內(nèi)的重載起動。目前，現(xiàn)有的永磁同步牽引電機的起動方法包括:升壓升頻同步起動方法和先定位再變頻同步起動方法(即預定位啟動法)。
[0004]但是，對于所述升壓升頻同步起動方法，適用永磁同步牽引電機具有一定轉速的情況，不適用O速重載起動。對于所述先定位再變頻同步起動方法，由于永磁同步牽引電機起動時，轉子起始位置是任意的，在電機起動初期，即O速，若在三相繞組中通入交流電，則三相電流不對稱，無論電流的頻率多低，電機總是處于失步狀態(tài)；另外，電機軸上產(chǎn)生的電磁轉矩與轉子的起始位置和端電壓初始相序有關，不良的控制方式，可能導致起動失敗或電機反轉，不適用于重載起動，如果電機反轉，其產(chǎn)生的轉矩將從O開始逐步加大，同樣滿足不了牽引系統(tǒng)對恒轉矩的起動要求。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]有鑒于此，本發(fā)明實施例的主要目的在于提供一種永磁同步電機的起動方法及裝置，以實現(xiàn)電機帶動負載順利平穩(wěn)啟動的目的。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例提供了一種永磁同步電機的起動方法，包括:
[0007]為永磁同步電機的三相繞組施加直流電，在所述直流電的作用下使永磁同步電機在定子與轉子處于任意相對位置時均產(chǎn)生大于負載轉矩的正向電磁轉矩，以便所述產(chǎn)生的正向電磁轉矩使轉子從靜止開始轉動并持續(xù)加速；
[0008]轉子轉動到電機控制方式轉換的轉子位置時，將永磁同步電機的直流輸出控制方式轉換為變頻調(diào)速控制方式，并為所述三相繞組施加三相交流電，且在控制方式轉換瞬間使施加在所述三相繞組上的電流瞬時值相等并使永磁同步電機產(chǎn)生的瞬態(tài)電磁轉矩相等。
[0009]優(yōu)選地,上述方法還包括:
[0010]把定子和轉子不同相對位置所形成的電周期平分為六個區(qū)段，所述六個區(qū)段分別對應六種直流供電方式中的一種，其中，在采用每個區(qū)段對應的直流供電方式為所述永磁同步電機的三相繞組施加直流電時，所述永磁同步電機在定子和轉子相對位置處于本區(qū)段時所產(chǎn)生的瞬時電磁轉矩均大于其它直流供電方式下所產(chǎn)生的瞬時電磁轉矩；[0011]所述六種直流供電方式分別為:第一供電方式，第二供電方式、第三供電方式、第四供電方式、第五供電方式和第六供電方式；
[0012]所述第一供電方式的通電電流為:IU=IS，Iv=-0.5IS，Iw=-0.5IS ；
[0013]所述第二供電方式的通電電流為:IU=0.5IS，Iv=0.5IS，Iw=-1s ；
[0014]所述第三供電方式的通電電流為:Iu=-0.5IS，Iv=Is, Iw=-0.5IS ；
[0015]所述第四供電方式的通電電流為:IU=_IS，Iv=0.5IS，Iw=0.5IS ；
[0016]所述第五供電方式的通電電流為:Iu=-0.5IS，Iv=-0.5IS，Iw=Is ；
[0017]所述第六供電方式的通電電流為:IU=0.5IS，Iv=-1s, Iw=0.5IS ；
[0018]其中，Iu為在U相繞組上施加的直流電流值，Iv為在V相繞組上施加的直流電流值，Iw為在W相繞組上施加的直流電流值，Is為用于使永磁同步電機產(chǎn)生的正向電磁轉矩大于負載轉矩的設定電流值。
[0019]優(yōu)選地，在上述方法中，所述為永磁同步電機的三相繞組施加直流電,具體包括:
[0020]確定轉子靜止時所在的區(qū)段對應的一種直流供電方式，并采用所述確定的這種直流供電方式為永磁同步電機的三相繞組施加直流電流。
[0021 ] 優(yōu)選地，上述方法還包括:
[0022]確定進行電機控制方式轉換的區(qū)段，并將確定區(qū)段的最大轉矩角位置處確定為進行電機控制方式轉換的轉子位置，且確定以轉換前的三相直流電流值作為轉換后的三相交流電流的初始瞬時值；
[0023]其中，所述最大轉矩角位置為采用三相交流供電時按相電流最大幅值為參考的、能產(chǎn)生最大平均正向電磁轉矩值所對應的轉子的位置。
[0024]優(yōu)選地，在上述方法中，所述確定進行電機控制方式轉換的區(qū)段，并將確定區(qū)段的最大轉矩角位置處確定為進行電機控制方式轉換的轉子位置，具體包括:
[0025]判斷轉子靜止位置是否超過所在區(qū)段的最大轉矩角位置；
[0026]如果否，則將所述轉子靜止位置所在區(qū)段的最大轉矩角位置處確定為進行電機控制方式轉換的轉子位置；
[0027]如果是，則在轉子轉動到所述轉子靜止位置所在區(qū)段的下一區(qū)段后，按下一區(qū)段對應的直流供電方式為所述三相繞組施加直流電，并將下一導通區(qū)段的最大轉矩角位置處確定為進行電機控制方式轉換的轉子位置。
[0028]優(yōu)選地，在上述方法中，所述確定進行電機控制方式轉換的區(qū)段，并將確定區(qū)段的最大轉矩角位置處確定為進行電機控制方式轉換的轉子位置，具體包括:
[0029]如果所述轉子的轉速未達到參考轉速，則在轉子靜止位置所在區(qū)段后續(xù)的一個或多個區(qū)段內(nèi)，按照每個區(qū)段對應的直流供電方式為所述三相繞組施加直流電，所述參考轉速為所述變頻調(diào)速控制方式所要求的最小轉速；
[0030]在轉子的轉速達到所述參考轉速時，將轉子當時位置所在區(qū)段的下一區(qū)段的最大轉矩角位置處確定為進行電機控制方式轉換的轉子位置。
[0031 ] 優(yōu)選地，在上述方法中，利用電機的變頻調(diào)速控制器，在六個區(qū)段分別采用和區(qū)段對應的一種供電方式為永磁同步電機的三相繞組施加恒定的直流電流。
[0032]本發(fā)明實施例還提供了一種永磁同步電機的起動裝置，包括:[0033]直流電施加子裝置，用于為永磁同步電機的三相繞組施加直流電，在所述直流電的作用下使永磁同步電機在定子與轉子處于任意相對位置時均產(chǎn)生大于負載轉矩的正向電磁轉矩，以便所述產(chǎn)生的正向電磁轉矩使轉子從靜止開始轉動并持續(xù)加速；
[0034]控制方式轉換子裝置，用于轉子轉動到電機控制方式轉換的轉子位置時，將永磁同步電機的直流輸出控制方式轉換為變頻調(diào)速控制方式，并為所述三相繞組施加三相交流電，且在控制方式轉換瞬間使施加在所述三相繞組上的電流瞬時值相等并使永磁同步電機產(chǎn)生的瞬態(tài)電磁轉矩相等。
[0035]優(yōu)選地，上述裝置還包括:
[0036]區(qū)段劃分子裝置，用于把定子和轉子不同相對位置所形成的電周期平分為六個區(qū)段，所述六個區(qū)段分別對應六種直流供電方式中的一種，其中，在采用每個區(qū)段對應的直流供電方式為所述永磁同步電機的三相繞組施加直流電時，所述永磁同步電機在定子和轉子相對位置處于本區(qū)段時所產(chǎn)生的瞬時電磁轉矩均大于其它直流供電方式下所產(chǎn)生的瞬時電磁轉矩；
[0037]所述六種直流供電方式分別為:第一供電方式，第二供電方式、第三供電方式、第四供電方式、第五供電方式和第六供電方式；
[0038]所述第一供電方式的通電電流為:IU=IS，Iv=-0.5IS，Iw=-0.5IS ；
[0039]所述第二供電方式的通電電流為:IU=0.5IS，Iv=0.5IS，Iw=-1s ；
[0040]所述第三供電方式的通電電流為:IU=_0.5IS，Iv=Is, Iw=-0.5IS ；
[0041]所述第四供電方式的通電電流為:IU=_IS，Iv=0.5IS，Iw=0.5IS ；
[0042]所述第五供電方式的通電電流為:Iu=-0.5IS，Iv=-0.5IS，Iw=Is ；
[0043]所述第六供電方式的通電電流為:IU=0.5IS，Iv=-1s, Iw=0.5IS ；
[0044]其中，Iu為在U相繞組上施加的直流電流值，Iv為在V相繞組上施加的直流電流值，Iw為在W相繞組上施加的直流電流值，Is為用于使永磁同步電機產(chǎn)生的正向電磁轉矩大于負載轉矩的設定電流值。
[0045]優(yōu)選地，在上述裝置中，所述直流電施加子裝置，具體包括:
[0046]供電方式確定單元，用于確定轉子靜止時所在的區(qū)段對應的一種直流供電方式；
[0047]直流電施加單元，用于采用所述確定的這種直流供電方式為永磁同步電機的三相繞組施加直流電流。
[0048]優(yōu)選地，上述裝置還包括:
[0049]轉換位置確定子裝置，用于確定進行電機控制方式轉換的區(qū)段，并將確定區(qū)段的最大轉矩角位置處確定為進行電機控制方式轉換的轉子位置；
[0050]轉換初始電流確定子裝置，用于確定以轉換前的三相直流電流值作為轉換后的三相交流電流的初始瞬時值；
[0051]其中，所述最大轉矩角位置為采用三相交流供電時按相電流最大幅值為參考的、能產(chǎn)生最大平均正向電磁轉矩值所對應的轉子的位置。
[0052]優(yōu)選地，在上述裝置中，所述轉換位置確定子裝置，具體包括:
[0053]靜止位置判斷單元，用于判斷轉子靜止位置是否超過所在區(qū)段的最大轉矩角位置；[0054]第一轉換位置確定單元，用于在所述靜止位置判斷單元判斷得到的轉子靜止位置未超過所在區(qū)段的最大轉矩角位置時，將所述轉子靜止位置所在區(qū)段的最大轉矩角位置處確定為進行電機控制方式轉換的轉子位置；
[0055]第二轉換位置確定單元，用于在所述靜止位置判斷單元判斷得到的轉子靜止位置超過所在區(qū)段的最大轉矩角位置時，在轉子轉動到所述轉子靜止位置所在區(qū)段的下一區(qū)段后，按下一區(qū)段對應的直流供電方式為所述三相繞組施加直流電，并將下一導通區(qū)段的最大轉矩角位置處確定為進行電機控制方式轉換的轉子位置。
[0056]優(yōu)選地，在上述裝置中，所述轉換位置確定子裝置，具體包括:
[0057]直流電繼續(xù)施加單元，用于在所述轉子的轉速未達到參考轉速時，在轉子靜止位置所在區(qū)段后續(xù)的一個或多個區(qū)段內(nèi)，按照每個區(qū)段對應的直流供電方式為所述三相繞組施加直流電，所述參考轉速為所述變頻調(diào)速控制方式所要求的最小轉速；
[0058]第三轉換位置確定單元，用于在轉子的轉速達到所述參考轉速時，將轉子當時位置所在區(qū)段的下一區(qū)段的最大轉矩角位置處確定為進行電機控制方式轉換的轉子位置。
[0059]優(yōu)選地，在上述裝置中，利用電機的變頻調(diào)速控制器，在六個區(qū)段分別采用和區(qū)段對應的一種供電方式為永磁同步電機的三相繞組施加恒定的直流電流。
[0060]本發(fā)明實施例提供的永磁同步電機的起動方法及裝置，通過控制施加在三相繞組上的直流電的幅值和方向，使電機在定子與轉子處于任意相對位置時均能產(chǎn)生大于負載轉矩的正向電磁轉矩，從而使得轉子在任意初始位置時均能拖動負載從靜止開始轉動并持續(xù)加速，當轉子轉動到電機控制方式轉換的轉子位置時轉換為變頻調(diào)速控制方式，并為三相繞組施加三相交流電，且在控制方式轉換瞬間使施加在所述三相繞組上的電流瞬時值相等并使永磁同步電機產(chǎn)生的瞬態(tài)電磁轉矩相等，使轉換前、后三相繞組上的電流瞬時值平滑過渡、電磁轉矩沒有凸變，從而實現(xiàn)電機帶重負載平穩(wěn)啟動的目的。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0061]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0062]圖1為本發(fā)明實施例永磁同步電機的起動方法的流程示意圖之一；
[0063]圖2為本發(fā)明實施例永磁同步電機的起動方法的流程示意圖之二 ；
[0064]圖3為本發(fā)明實施例六種直流供電方式下的轉矩輸出特性圖；
[0065]圖4為本發(fā)明實施例不同區(qū)段對應的轉矩輸出特性曲線示意圖；
[0066]圖5為本發(fā)明實施例一個電周期內(nèi)6個特征點分別對應的轉矩輸出特性圖；
[0067]圖6為本發(fā)明實施例永磁同步電機的起動三相電流變化示意圖；
[0068]圖7為本發(fā)明實施例永磁同步電機的起動轉矩變化示意圖；
[0069]圖8為本發(fā)明實施例永磁同步電機的起動裝置的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0070]為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0071]實施例一
[0072]參見圖1，為本發(fā)明實施例一提供的永磁同步電機的起動方法的流程示意圖，具體包括:
[0073]步驟101:為永磁同步電機的三相繞組施加直流電，在所述直流電的作用下使永磁同步電機在定子與轉子處于任意相對位置時均產(chǎn)生大于負載轉矩的正向電磁轉矩，以便所述產(chǎn)生的正向電磁轉矩使轉子從靜止開始轉動并持續(xù)加速。
[0074]當在電機軸上產(chǎn)生的電磁轉矩大于負載轉矩時，電機產(chǎn)生的電磁轉矩才能使轉子拖動負載轉動并加速，所以，本發(fā)明實施例通過控制施加在三相定子繞組上的直流電使電機可以在整個電周期(定子與轉子處于任意相對位置)均產(chǎn)生正向瞬時電磁轉矩，且所產(chǎn)生的正向電磁轉矩均大于負載轉矩，從而實現(xiàn)利用所產(chǎn)生的正向電磁轉矩使轉子從靜止開始轉動并持續(xù)加速的目的。
[0075]步驟102:轉子轉動到電機控制方式轉換的轉子位置時，將永磁同步電機的直流輸出控制方式轉換為變頻調(diào)速控制方式，并為所述三相繞組施加三相交流電，且在控制方式轉換瞬間使施加在所述三相繞組上的電流瞬時值相等并使永磁同步電機產(chǎn)生的瞬態(tài)電磁轉矩相等。
[0076]實施例二
[0077]參見圖2，為本發(fā)明實施例二提供的永磁同步牽引電機的起動方法的流程示意圖，具體包括:
[0078]步驟201:把定子和轉子不同相對位置所形成的電周期平分為六個區(qū)段，所述六個區(qū)段分別對應六種直流供電方式中的一種。
[0079]其中，在采用每個區(qū)段對應的直流供電方式為所述永磁同步電機的三相繞組施加直流電時，所述永磁同步電機在定子和轉子相對位置處于本區(qū)段時所產(chǎn)生的瞬時電磁轉矩均大于其它直流供電方式下所產(chǎn)生的瞬時電磁轉矩；
[0080]所述六種直流供電方式分別為:第一供電方式，第二供電方式、第三供電方式、第四供電方式、第五供電方式和第六供電方式；
[0081]所述第一供電方式的通電電流為:IU=IS，Iv=-0.5IS，Iw=-0.5IS ；
[0082]所述第二供電方式的通電電流為:IU=0.5IS，Iv=0.5IS，Iw=-1s ；
[0083]所述第三供電方式的通電電流為:IU=_0.5IS，Iv=Is, Iw=-0.5IS ；
[0084]所述第四供電方式的通電電流為:IU=_IS，Iv=0.5IS，Iw=0.5IS ；
[0085]所述第五供電方式的通電電流為:Iu=-0.5IS，Iv=-0.5IS，Iw=Is ；
[0086]所述第六供電方式的通電電流為:IU=0.5IS，Iv=-1s, Iw=0.5IS ；
[0087]其中，Iu為在U相繞組上施加的直流電流值，Iv為在V相繞組上施加的直流電流值，Iw為在W相繞組上施加的直流電流值，Is為用于使永磁同步電機產(chǎn)生的正向電磁轉矩大于負載轉矩的設定電流值。
[0088]步驟202:確定轉子靜止時所在的區(qū)段對應的一種直流供電方式，并采用所述確定的這種直流供電方式為永磁同步電機的三相繞組施加直流電流，在所述直流電的作用下使永磁同步電機在所述區(qū)段定子與轉子處于任意相對位置時均產(chǎn)生大于負載轉矩的正向電磁轉矩，以便所述產(chǎn)生的正向電磁轉矩使轉子從靜止開始轉動并持續(xù)加速。
[0089]為實現(xiàn)步驟202，首先，確定轉子在靜止(初始轉速為零)時對應的起始電角度位置，所述起始電角度位置為轉子N極軸線與參考位置之間的夾角，所述參考位置為轉子N極軸線與定子U相繞組對齊且U相繞組正向電流削弱氣隙磁場時的位置；然后，確定所述起始電角度位置所在的區(qū)段；最后，按確定的區(qū)段所對應的供電方式為所述三相繞組施加直流電。
[0090]步驟203:確定進行電機控制方式轉換的區(qū)段，并將確定區(qū)段的最大轉矩角位置處確定為進行電機控制方式轉換的轉子位置，且確定以轉換前的三相直流電流值作為轉換后的三相交流電流的初始瞬時值；其中，所述最大轉矩角位置為采用三相交流供電時按相電流最大幅值為參考的、能產(chǎn)生最大平均正向電磁轉矩值所對應的轉子的位置。
[0091]步驟203中，為確定進行電機控制方式轉換的區(qū)段，以及在確定區(qū)段的哪個轉子位置進行電機控制方式轉換時，可采用以下兩種方式中的一種:
[0092]方式一:可將轉子靜止位置所在區(qū)段或轉子靜止位置所在區(qū)段的下一區(qū)段的最大轉矩角位置處確定為進行電機控制方式轉換的轉子位置；具體實現(xiàn)如下:
[0093]判斷轉子靜止位置是否超過所在區(qū)段的最大轉矩角位置；如果否，則將轉子靜止位置所在區(qū)段的最大轉矩角位置處確定為進行電機控制方式轉換的轉子位置；如果是，則在轉子轉動到所述轉子靜止位置所在區(qū)段的下一區(qū)段后，按下一區(qū)段對應的直流供電方式為所述三相繞組施加直流電，并將下一區(qū)段的最大轉矩角位置處確定為進行電機控制方式轉換的轉子位置。
[0094]方式二:如果轉子的轉速未達到參考速度，所述參考轉速為變頻調(diào)速控制方式所要求的最小轉速，則在轉子靜止位置所在區(qū)段后續(xù)的一個或多個區(qū)段內(nèi)，按照每個區(qū)段對應的直流供電方式為三相繞組施加直流電，在轉子的速度達到參考速度后，將轉子當時位置所在區(qū)段的下一區(qū)段的最大轉矩角位置處確定為進行電機控制方式轉換的轉子位置；具體實現(xiàn)如下:
[0095]如果轉子的轉速未達到參考轉速，則在轉子靜止位置所在區(qū)段后續(xù)的一個或多個區(qū)段內(nèi)，按照每個區(qū)段對應的直流供電方式為三相繞組施加直流電，所述參考轉速為所述變頻調(diào)速控制方式所要求的最小轉速；在轉子的轉速達到所述參考轉速時，將轉子當時位置所在區(qū)段的下一區(qū)段的最大轉矩角位置處確定為進行電機控制方式轉換的轉子位置。
[0096]對于方式二，還存在另外一種確定電機控制方式轉換的轉子位置的方式，即，在轉子的轉速達到所述參考轉速時，如果轉子當時位置未超過當時所在區(qū)段的最大轉矩角位置，可將當時所在區(qū)段的最大轉矩角位置處確定為進行電機控制方式轉換的轉子位置。
[0097]需要說明的是，本發(fā)明實施例是利用電機的變頻調(diào)速控制器，在六個區(qū)段分別采用和區(qū)段對應的一種供電方式為永磁同步電機的三相繞組施加恒定的直流電流，這樣在每個區(qū)段電機均會產(chǎn)生大于負載轉矩的正向電磁轉矩，從而使轉子持續(xù)加速。
[0098]步驟204:轉子轉動到電機控制方式轉換的轉子位置時，將永磁同步電機的直流輸出控制方式轉換為變頻調(diào)速控制方式，并為所述三相繞組施加三相交流電，且以轉換前的三相直流電流值作為轉換后的三相交流電流的初始瞬時值。
[0099]在本發(fā)明實施例中，是以轉換前的三相直流電流值作為轉換后的三相交流電流的初始瞬時值，所以在控制方式轉換瞬間可使施加在三相繞組上的電流瞬時值相等并使永磁同步電機產(chǎn)生的瞬態(tài)電磁轉矩相等，從而使轉換前、后三相繞組上的電流瞬時值平滑過渡、電磁轉矩沒有凸變。
[0100]本發(fā)明實施例提供的永磁同步電機的起動方法，直接用電機變頻調(diào)速控制器，通過控制施加在三相繞組上的直流電的幅值和方向，使電機在定子與轉子處于任意相對位置時均能產(chǎn)生大于負載轉矩的正向電磁轉矩，從而使得轉子在任意初始位置時均能拖動負載從靜止開始轉動并持續(xù)加速，當轉子轉動到電機控制方式轉換的轉子位置時轉換為變頻調(diào)速控制方式，并為三相繞組施加三相交流電，且在控制方式轉換瞬間使施加在所述三相繞組上的電流瞬時值相等并使永磁同步電機產(chǎn)生的瞬態(tài)電磁轉矩相等，使轉換前、后三相繞組上的電流瞬時值平滑過渡、電磁轉矩沒有凸變，從而實現(xiàn)電機帶重負載平穩(wěn)啟動的目的。
[0101]為了更方便的了解本發(fā)明實施例，下面具體介紹實現(xiàn)本發(fā)明實施例的推理過程，具體包括以下幾個步驟:
[0102]第一步:
[0103]參見表1，定義了永磁同步電機的六種直流供電方式:U —V W供電方式I (第一供電方式)、U V—W供電方式II (第二供電方式)、V—W U供電方式IIK第三供電方式)、VW—U供電方式IV (第四供電方式)、w—U V供電方式V (第五供電方式)和W U—V供電方式VK第六供電方式)。
[0104]表1
【權利要求】
1.一種永磁同步電機的起動方法，其特征在于，包括: 為永磁同步電機的三相繞組施加直流電，在所述直流電的作用下使永磁同步電機在定子與轉子處于任意相對位置時均產(chǎn)生大于負載轉矩的正向電磁轉矩，以便所述產(chǎn)生的正向電磁轉矩使轉子從靜止開始轉動并持續(xù)加速； 轉子轉動到電機控制方式轉換的轉子位置時，將永磁同步電機的直流輸出控制方式轉換為變頻調(diào)速控制方式，并為所述三相繞組施加三相交流電，且在控制方式轉換瞬間使施加在所述三相繞組上的電流瞬時值相等并使永磁同步電機產(chǎn)生的瞬態(tài)電磁轉矩相等。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括: 把定子和轉子不同相對位置所形成的電周期平分為六個區(qū)段，所述六個區(qū)段分別對應六種直流供電方式中的一種，其中，在采用每個區(qū)段對應的直流供電方式為所述永磁同步電機的三相繞組施加直流電時，所述永磁同步電機在定子和轉子相對位置處于本區(qū)段時所產(chǎn)生的瞬時電磁轉矩均大于其它直流供電方式下所產(chǎn)生的瞬時電磁轉矩； 所述六種直流供電方式分別為:第一供電方式，第二供電方式、第三供電方式、第四供電方式、第五供電方式和第六供電方式； 所述第一供電方式的通電電流為:IU=IS，Iv=-0.5IS，Iw=-0.5IS ； 所述第二供電方式的通電電流為:IU=0.5IS，Iv=0.5IS，Iw=-1s ；
所述第三供電方式的通電電流為:Iu=-0.5IS，Iv=Is, Iw=-0.5IS ； 所述第四供電方式的通電電流為:IU=-1S，Iv=0.5IS，Iw=0.5IS ； 所述第五供電方式的通電電流為:Iu=-0.5IS，Iv=-0.5IS，Iw=Is ； 所述第六供電方式的通電電流為:IU=0.5IS，Iv=-1s, Iw=0.5IS ； 其中，Iu為在U相繞組上施加的直流電流值，Iv為在V相繞組上施加的直流電流值，Iw為在W相繞組上施加的直流電流值，Is為用于使永磁同步電機產(chǎn)生的正向電磁轉矩大于負載轉矩的設定電流值。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述為永磁同步電機的三相繞組施加直流電，具體包括: 確定轉子靜止時所在的區(qū)段對應的一種直流供電方式，并采用所述確定的這種直流供電方式為永磁同步電機的三相繞組施加直流電流。
4.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法還包括: 確定進行電機控制方式轉換的區(qū)段，并將確定區(qū)段的最大轉矩角位置處確定為進行電機控制方式轉換的轉子位置，且確定以轉換前的三相直流電流值作為轉換后的三相交流電流的初始瞬時值； 其中，所述最大轉矩角位置為采用三相交流供電時按相電流最大幅值為參考的、能產(chǎn)生最大平均正向電磁轉矩值所對應的轉子的位置。
5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，所述確定進行電機控制方式轉換的區(qū)段，并將確定區(qū)段的最大轉矩角位置處確定為進行電機控制方式轉換的轉子位置，具體包括: 判斷轉子靜止位置是否超過所在區(qū)段的最大轉矩角位置； 如果否，則將所述轉子靜止位置所在區(qū)段的最大轉矩角位置處確定為進行電機控制方式轉換的轉子位置； 如果是，則在轉子轉動到所述轉子靜止位置所在區(qū)段的下一區(qū)段后，按下一區(qū)段對應的直流供電方式為所述三相繞組施加直流電，并將下一導通區(qū)段的最大轉矩角位置處確定為進行電機控制方式轉換的轉子位置。
6.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，所述確定進行電機控制方式轉換的區(qū)段，并將確定區(qū)段的最大轉矩角位置處確定為進行電機控制方式轉換的轉子位置，具體包括: 如果所述轉子的轉速未達到參考轉速，則在轉子靜止位置所在區(qū)段后續(xù)的一個或多個區(qū)段內(nèi)，按照每個區(qū)段對應的直流供電方式為所述三相繞組施加直流電，所述參考轉速為所述變頻調(diào)速控制方式所要求的最小轉速； 在轉子的轉速達到所述參考轉速時，將轉子當時位置所在區(qū)段的下一區(qū)段的最大轉矩角位置處確定為進行電機控制方式轉換的轉子位置。
7.根據(jù)權利要求2至6任一項所述的方法，其特征在于，利用電機的變頻調(diào)速控制器，在六個區(qū)段分別采用和區(qū)段對應的一種供電方式為永磁同步電機的三相繞組施加恒定的直流電流。
8.—種永磁同步電機的起動裝置，其特征在于，包括: 直流電施加子裝置，用于為永磁同步電機的三相繞組施加直流電，在所述直流電的作用下使永磁同步電機在定子與轉子處于任意相對位置時均產(chǎn)生大于負載轉矩的正向電磁轉矩，以便所述產(chǎn)生的正向電磁轉矩使轉子從靜止開始轉動并持續(xù)加速； 控制方式轉換子裝置，用于轉子轉動到電機控制方式轉換的轉子位置時，將永磁同步電機的直流輸出控制方式轉換為變頻調(diào)速控制方式，并為所述三相繞組施加三相交流電，且在控制方式轉換瞬間使施加在所述三相繞組上的電流瞬時值相等并使永磁同步電機產(chǎn)生的瞬態(tài)電磁轉矩相等。
9.根據(jù)權利要求8所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括: 區(qū)段劃分子裝置，用于把定子和轉子不同相對位置所形成的電周期平分為六個區(qū)段，所述六個區(qū)段分別對應六種直流供電方式中的一種，其中，在采用每個區(qū)段對應的直流供電方式為所述永磁同步電機的三相繞組施加直流電時，所述永磁同步電機在定子和轉子相對位置處于本區(qū)段時所產(chǎn)生的瞬時電磁轉矩均大于其它直流供電方式下所產(chǎn)生的瞬時電磁轉矩； 所述六種直流供電方式分別為:第一供電方式，第二供電方式、第三供電方式、第四供電方式、第五供電方式和第六供電方式； 所述第一供電方式的通電電流為:IU=IS，Iv=-0.5IS，Iw=-0.5IS ； 所述第二供電方式的通電電流為:IU=0.5IS，Iv=0.5IS，Iw=-1s ； 所述第三供電方式的通電電流為:Iu=-0.5IS，Iv=Is, Iw=-0.5IS ； 所述第四供電方式的通電電流為:IU=-1S，Iv=0.5IS，Iw=0.5IS ； 所述第五供電方式的通電電流為:Iu=-0.5IS，Iv=-0.5IS，Iw=Is ； 所述第六供電方式的通電電流為:IU=0.5IS，Iv=-1s, Iw=0.5IS ； 其中，Iu為在U相繞組上施加的直流電流值，Iv為在V相繞組上施加的直流電流值，Iw為在W相繞組上施加的直流電流值，Is為用于使永磁同步電機產(chǎn)生的正向電磁轉矩大于負載轉矩的設定電流值。
10.根據(jù)權利要求9所述的裝置，其特征在于，所述直流電施加子裝置，具體包括: 供電方式確定單元，用于確定轉子靜止時所在的區(qū)段對應的一種直流供電方式；直流電施加單元，用于采用所述確定的這種直流供電方式為永磁同步電機的三相繞組施加直流電流。
11.根據(jù)權利要求9所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括: 轉換位置確定子裝置，用于確定進行電機控制方式轉換的區(qū)段，并將確定區(qū)段的最大轉矩角位置處確定為進行電機控制方式轉換的轉子位置； 轉換初始電流確定子裝置，用于確定以轉換前的三相直流電流值作為轉換后的三相交流電流的初始瞬時值； 其中，所述最大轉矩角位置為采用三相交流供電時按相電流最大幅值為參考的、能產(chǎn)生最大平均正向電磁轉矩值所對應的轉子的位置。
12.根據(jù)權利要求11所述的裝置，其特征在于，所述轉換位置確定子裝置，具體包括: 靜止位置判斷單元，用于判斷轉子靜止位置是否超過所在區(qū)段的最大轉矩角位置； 第一轉換位置確定單元，用于在所述靜止位置判斷單元判斷得到的轉子靜止位置未超過所在區(qū)段的最大轉矩角位置時，將所述轉子靜止位置所在區(qū)段的最大轉矩角位置處確定為進行電機控制方式轉換的轉子位置； 第二轉換位置確定單元，用于在所述靜止位置判斷單元判斷得到的轉子靜止位置超過所在區(qū)段的最大轉矩角位置時，在轉子轉動到所述轉子靜止位置所在區(qū)段的下一區(qū)段后，按下一區(qū)段對應的直流供電方式為所述三相繞組施加直流電，并將下一導通區(qū)段的最大轉矩角位置處確定為進行電機控制方式轉換的轉子位置。
13.根據(jù)權利要求11所述的裝置，其特征在于，所述轉換位置確定子裝置，具體包括: 直流電繼續(xù)施加單元，用于在所述轉子的轉速未達到參考轉速時，在轉子靜止位置所在區(qū)段后續(xù)的一個或多個區(qū)段內(nèi)，按照每個區(qū)段對應的直流供電方式為所述三相繞組施加直流電，所述參考轉速為所述變頻調(diào)速控制方式所要求的最小轉速； 第三轉換位置確定單元，用于在轉子的轉速達到所述參考轉速時，將轉子當時位置所在區(qū)段的下一區(qū)段的最大轉矩角位置處確定為進行電機控制方式轉換的轉子位置。
14.根據(jù)權利要求9至13任一項所述的裝置，其特征在于，利用電機的變頻調(diào)速控制器，在六個區(qū)段分別采用和區(qū)段對應的一種供電方式為永磁同步電機的三相繞組施加恒定的直流電流。
【文檔編號】H02P21/00GK103595322SQ201310589185
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月20日 優(yōu)先權日:2013年11月20日
【發(fā)明者】李華湘, 孟繁東, 胡華, 井?？? 聶文超, 崔龍, 鄒煜林, 李偉業(yè) 申請人:南車株洲電力機車研究所有限公司