一種混合勵(lì)磁電機(jī)的電流協(xié)調(diào)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電機(jī)驅(qū)動(dòng)與控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及混合勵(lì)磁電機(jī)的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究較多的永磁電機(jī)大都采用轉(zhuǎn)子永磁型，這是因?yàn)閭鹘y(tǒng) 的交流同步電機(jī)都將建立氣隙主磁場(chǎng)的勵(lì)磁繞組安裝在轉(zhuǎn)子極上。而在轉(zhuǎn)子永磁電機(jī)中， 利用永磁材料代替勵(lì)磁繞組，減小了銅耗，電動(dòng)機(jī)體積和重量大為減小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方 便、運(yùn)行可靠，在功率密度、轉(zhuǎn)矩慣性和效率方面都超過(guò)了傳統(tǒng)的直流電機(jī)和異步電機(jī)，是 高效節(jié)能電機(jī)的重要發(fā)展方向，近幾十年來(lái)受到廣泛重視。但這種電機(jī)由于將永磁體放置 在轉(zhuǎn)子上，為克服高速運(yùn)行時(shí)的離心力，需要對(duì)轉(zhuǎn)子采取特別的輔助措施，如安裝由不銹鋼 或非金屬纖維材料制成的固定裝置等，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本提高。同時(shí)永磁體位于轉(zhuǎn) 子，冷卻條件差，散熱困難，而溫升可能會(huì)最終導(dǎo)致永磁體發(fā)生不可逆退磁、限制電機(jī)出力、 減小功率密度等，制約了電機(jī)性能的進(jìn)一步提高。
[0003] 針對(duì)轉(zhuǎn)子永磁電機(jī)的缺點(diǎn)，自然就會(huì)聯(lián)想到定子永磁型的結(jié)構(gòu)。早在上世紀(jì)50年 代，美國(guó)學(xué)者Rauch和Johnson就開(kāi)始研究永磁體置于定子的新型永磁電機(jī)。但由于當(dāng)時(shí) 的永磁體材料性能較差，磁能級(jí)很低，導(dǎo)致滿足一定輸出電壓需求的電機(jī)本體需要設(shè)計(jì)的 很大，不能滿足實(shí)際應(yīng)用的需要，所以早期并未引起足夠的重視，然而，該電機(jī)卻為后來(lái)出 現(xiàn)的其他定子永磁電機(jī)奠定了理論基礎(chǔ)。
[0004] 隨著以釹鐵硼（NdFeB)為代表的新型永磁稀土材料的出現(xiàn)和功率電子學(xué)、計(jì)算 機(jī)、控制理論的發(fā)展，從上世紀(jì)90年代開(kāi)始陸續(xù)出現(xiàn)三種新型結(jié)構(gòu)的定子永磁型無(wú)刷電機(jī) 及其控制系統(tǒng)，分別為：
[0005] 1. 1992年由美國(guó)學(xué)者T.A.Lipo教授提出的雙凸極永磁電機(jī)（Double-Salient PermanentMagnetMotor)；
[0006] 2· 1996年由羅馬尼亞學(xué)者I.Boldea提出的磁通反向電機(jī)（Flux Reversal Machine)；
[0007] 3. 1997年由法國(guó)學(xué)者E.Hoang提出的磁通切換型永磁電機(jī)（Flux-Switching PermanentMagnetMachine)〇
[0008] 法國(guó)學(xué)者E. Hoang在1997年的EPE會(huì)議上，首先提出了三相12/10結(jié)構(gòu)的永磁式 磁通切換電機(jī)，定子為"U"形導(dǎo)磁鐵心，中間嵌入切向交替充磁的永磁體。其后東南大學(xué)程 明教授領(lǐng)導(dǎo)的課題組提出了兩相8/6結(jié)構(gòu)的永磁式磁通切換型電機(jī)，英國(guó)Leicester大學(xué) 和Sheffield大學(xué)分別對(duì)單相8/4結(jié)構(gòu)與4/2結(jié)構(gòu)的永磁式磁通切換型電機(jī)進(jìn)行了研究。永 磁式磁通切換型電機(jī)不存在勵(lì)磁損耗，轉(zhuǎn)子上沒(méi)有永磁體和繞組，因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高， 工作可靠。由于采用永磁體勵(lì)磁方式無(wú)法直接改變磁場(chǎng)強(qiáng)度，作為發(fā)電機(jī)時(shí)存在電壓調(diào)整 率較大和故障滅磁困難，作為電動(dòng)機(jī)時(shí)難以實(shí)現(xiàn)弱磁升速，恒功率運(yùn)行范圍窄。
[0009] 為了綜合永磁勵(lì)磁與電勵(lì)磁磁通切換型電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，法國(guó)學(xué)者E.Hoang于07年 推出了混合勵(lì)磁磁通切換型電機(jī)。與其提出的永磁式磁通切換型電機(jī)相比，在永磁體端 部增加了勵(lì)磁繞組，通過(guò)控制勵(lì)磁電流的大小和方向調(diào)節(jié)氣隙磁密，對(duì)永磁磁場(chǎng)起到增磁 或去磁的作用?；旌蟿?lì)磁磁通切換電機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高，工作可靠，調(diào) 壓方便且調(diào)壓范圍寬，故障保護(hù)簡(jiǎn)單。然而，該結(jié)構(gòu)需要額外增加定子外徑，導(dǎo)致電機(jī)的 功率密度有所降低。2008年?yáng)|南大學(xué)花為副教授提出了新型結(jié)構(gòu)的混合勵(lì)磁磁通切換 (Hybrid-excitationflux-switching,HEFS電機(jī)）電機(jī)，并成功申請(qǐng)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng) 目。
[0010] 雖然混合勵(lì)磁磁通切換電機(jī)的種類(lèi)發(fā)展日新月異，但是卻沒(méi)有適用于該類(lèi)電機(jī)的 通用控制方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有的缺陷，提供了一種混合勵(lì)磁電機(jī)的電流協(xié) 調(diào)控制方法，對(duì)于混合勵(lì)磁磁通切換電機(jī)，提出適用于該類(lèi)電機(jī)的通用控制方法。
[0012] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了如下的技術(shù)方案：
[0013] 一種混合勵(lì)磁電機(jī)的電流協(xié)調(diào)控制方法，包括如下步驟：
[0014] 步驟一、獲取混合勵(lì)磁電機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)速和輸出機(jī)械功率及電機(jī)參數(shù)；
[0015] 步驟二、通過(guò)計(jì)算得出該機(jī)械轉(zhuǎn)速和該輸出機(jī)械功率下電機(jī)的電樞電流、內(nèi)功率 因素角、勵(lì)磁電流；
[0016] 步驟三、通過(guò)比較得到電機(jī)效率最高時(shí)的電樞電流、內(nèi)功率因素角、勵(lì)磁電流。
[0017] 進(jìn)一步地，所述混合勵(lì)磁電機(jī)的電流協(xié)調(diào)控制方法基于空間矢量。
[0018] 進(jìn)一步地，所述永磁電機(jī)為任意相結(jié)構(gòu)的包含有永磁體作為勵(lì)磁源的電機(jī)。
[0019] 進(jìn)一步地，所述永磁電機(jī)為純永磁電機(jī)。
[0020] 進(jìn)一步地，所述永磁電機(jī)為混合勵(lì)磁電機(jī)。
[0021] 進(jìn)一步地，所述混合勵(lì)磁電機(jī)為混合勵(lì)磁磁通切換電機(jī)。
[0022] 進(jìn)一步地，所述混合勵(lì)磁磁通切換電機(jī)為任意結(jié)構(gòu)的混合勵(lì)磁磁通切換電機(jī)。
[0023] 進(jìn)一步地，所述混合勵(lì)磁磁通切換電機(jī)為轉(zhuǎn)子永磁型混合勵(lì)磁磁通切換電機(jī)。
[0024] 進(jìn)一步地，所述混合勵(lì)磁磁通切換電機(jī)為定子永磁型混合勵(lì)磁磁通切換電機(jī)。
[0025] 進(jìn)一步的，所述混合勵(lì)磁磁通切換電機(jī)采用電流協(xié)調(diào)控制。
[0026] 本發(fā)明一種混合勵(lì)磁電機(jī)的電流協(xié)調(diào)控制方法，可使電機(jī)的效率達(dá)到最高，提高 能源的利用率，節(jié)約能源成本，使用安全可靠。對(duì)混合勵(lì)磁電機(jī)采用電流協(xié)調(diào)控制策略，使 電機(jī)的電磁損耗與電樞電流、內(nèi)功率因素角、勵(lì)磁電流成函數(shù)關(guān)系，根據(jù)輸入的電機(jī)的機(jī)械 轉(zhuǎn)速和輸出機(jī)械功率和電機(jī)的其他參數(shù)，求解電樞電流、內(nèi)功率因素角、勵(lì)磁電流，使得電 機(jī)的電磁損耗達(dá)到最小，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的最優(yōu)控制。
【附圖說(shuō)明】
[0027] 附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分，與本發(fā)明的實(shí) 施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中：
[0028] 圖1是本發(fā)明混合勵(lì)磁電機(jī)的通用控制方法程序流程圖；
[0029] 圖2是本發(fā)明計(jì)算磁通調(diào)整率α使常工作點(diǎn)運(yùn)行時(shí)的效率最高的方法程序流程 圖；
[0030] 圖3是本發(fā)明混合勵(lì)磁電機(jī)的直軸等效電路圖；
[0031] 圖4是本發(fā)明混合勵(lì)磁電機(jī)的交軸等效電路圖；
[0032] 圖5是本發(fā)明混合勵(lì)磁電機(jī)的相量圖；
[0033] 圖6是本發(fā)明混合勵(lì)磁電機(jī)的勵(lì)磁支路電路圖；
[0034] 圖7是本發(fā)明混合勵(lì)磁電機(jī)在a= 1時(shí)的（Ω,，T*，η)三維曲線圖；
[0035] 圖8是本發(fā)明混合勵(lì)磁電機(jī)在a= 1時(shí)的（Ω,，?；，kf)三維曲線圖；
[0036] 圖9是本發(fā)明混合勵(lì)磁電機(jī)在α= 〇. 5時(shí)的（Ω,，T*，η)三維曲線圖；
[0037] 圖10是本發(fā)明混合勵(lì)磁電機(jī)在α= 〇. 5時(shí)的（Ω,，?；，kf)三維曲線圖。
[0038] 符號(hào)代表的縮寫(xiě)詞：
[0039] U 電樞繞組端電壓
[0040] En 永磁磁鏈形成的空載電動(dòng)勢(shì)
[0041] Ef 勵(lì)磁磁鏈形成的空載電動(dòng)勢(shì)
[0042] Ea 電樞反應(yīng)電勢(shì)
[0043] Ead 電樞反應(yīng)電勢(shì)的直軸分量
[0044] Eaq 電樞反應(yīng)電勢(shì)的直軸分量
[0045] I 電樞繞組電流
[0046] Id 電樞繞組電流的直軸分量
[0047] Iq 電樞繞組電流的交軸分量
[0048] Iod 有效電流的直軸分量
[0049] Ioq 有效電流的交軸分量
[0050] IFed 鐵耗電流的直軸分量
[0051] IFeq 鐵耗電流的交軸分量
[0052] ra 電樞繞組電阻
[0053] rFe 鐵耗電阻
[0054] Ld 直軸電感
[0055] Lq 交軸電感
[0056] p 凸極系數(shù)
[0057] X。電樞繞組漏抗
[0058] xd 直軸同步電抗
[0059] xq 交軸同步電抗
[0060] Maf 勵(lì)磁繞組和電樞繞組之間的互感
[0061] ΦΡΜ 每相繞組永磁磁通
[0062] Φβχε 每相繞組總磁通
[0063] Φ_χ 每相繞組總磁通的最大值
[0064] Uf 勵(lì)磁繞組電壓
[0065] If 勵(lì)磁繞組電流
[0066] ωβ 電角頻率
[0067] rf 勵(lì)磁繞組電阻
[0068] α 磁通調(diào)整率
[0069]β 電樞和勵(lì)磁供電功率等級(jí)比
[0070] kf 調(diào)磁系數(shù)
[0071]P 電機(jī)極對(duì)數(shù)
[0072] Ωn 額定機(jī)械轉(zhuǎn)速
[0073] Pi 輸入功率
[0074] pnec機(jī)械損耗
[0075] pFe鐵耗
[0076] pCu銅耗
[0077] ρΔ附加損耗
[0078] ρΕ電磁損耗
[0079] Ρ2輸出功率
[0080]Ψ 內(nèi)功率因數(shù)角
[0081] η 效率
【具體實(shí)施方式】
[0082] 以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí) 施例僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0083] 一種混合勵(lì)磁電機(jī)的電流協(xié)調(diào)控制方法，包括如下步驟：
[0084] 步驟一、獲取混合勵(lì)磁電機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)速和輸出機(jī)械功率及電機(jī)參數(shù)；
[0085] 步驟二、通過(guò)計(jì)算得出該機(jī)械轉(zhuǎn)速和該輸出機(jī)械功率下電機(jī)