会员体验
专利管家(专利管理)
工作空间(专利管理)
风险监控(情报监控)
数据分析(专利分析)
侵权分析(诉讼无效)
联系我们
交流群
官方交流:
QQ群: 891211   
微信请扫码    >>>
现在联系顾问~

一种调速永磁同步电机的运行电流调节方法

申请号 CN202210275747.2 申请日 2022-03-21 公开(公告)号 CN114696684A 公开(公告)日 2022-07-01
申请人 宁波韵升电驱动技术有限公司; 发明人 曹树清; 史孝文; 赖申; 韩煜; 陈孟锋;
摘要 本 发明 公开了一种调速永磁同步 电机 的运行 电流 调节方法,当调速永磁同步电机选型后,将调速永磁同步电机的每相绕组中每个线圈组分别通过 导线 将其连接端引出至调速永磁同步电机外部并进行标记,然后改变每相绕组中线圈组的连接方式使调速永磁同步电机中每相绕组的并联支路数发生变化,此时调速永磁同步电机的实际运行电流发生变化,低于调速永磁同步电机的最大运行电流;优点是在满足负载驱动要求的同时,能够降低调速永磁同步电机运行电流,不需要工作在最大运行电流下,从而不需要按照其最大运行电流来匹配 变频器 ,能够显著降低变频器的成本。
权利要求

1.一种调速永磁同步电机的运行电流调节方法,其特征在于当所述的调速永磁同步电机选型后,将所述的调速永磁同步电机的每相绕组中每个线圈组分别通过导线将其连接端引出至所述的调速永磁同步电机外部并进行标记,然后改变每相绕组中线圈组的连接方式使所述的调速永磁同步电机中每相绕组的并联支路数发生变化,此时所述的调速永磁同步电机的实际运行电流发生变化,并低于所述的调速永磁同步电机的最大运行电流。
2.根据权利要求1所述的一种调速永磁同步电机的运行电流调节方法,其特征在于所述的调速永磁同步电机为36槽8极调速永磁同步电机,所述的调速永磁同步电机的每相绕组具有两个线圈组,所述的调速永磁同步电机的三相绕组分别为U相绕组、V相绕组和W相绕组,将U相绕组中第一个线圈组的两个连接端分别记为U’和X’,第二个线圈组的两个连接端分别记为U”和X”,将V相绕组中第一个线圈组的两个连接端分别记为V’和Y’,第二个线圈组的两个连接端分别记为V”和Y”,将W相绕组中第一个线圈组的两个连接端分别记为W’和Z’,第二个线圈组的两个连接端分别记为W”和Z”,在初始状态,每相绕组的两个线圈组串联联接,即每相绕组的并联支路数为1,当所述的调速永磁同步电机作为油驱动源,且油泵处于连续运行工况下生产终端产品A和B,生产终端产品B对应的油泵压为终端产品A的2倍,流量为终端产品A的1/2,所述的调速永磁同步电机按最大功率60kw、最大转矩191N.m、最大转速3000rpm选型,最大运行工作电流为120A,当生产终端产品B,所述的调速永磁同步电机运行在1500rpm时,所述的调速永磁同步电机的并联支路数为1,此时U’作为三相绕组的第一个连接端U,X’和U”连接,X”、Y”和Z”连接;V’作为三相绕组的第二个连接端V,Y’和V”连接,X”、Y”和Z”连接;W’作为三相绕组的第三个连接端W,Z’和W”连接,X”、Y”和Z”连接,第一个连接端U、第二个连接端V和第三个连接端W用于连接变频器;当生产终端产品A,所述的调速永磁同步电机运行在3000rpm时,所述的调速永磁同步电机的每相绕组的两个线圈组并联联接,即每相绕组的并联支路数为2,此时U’和U”并联连接且其连接端作为三相绕组的第一个连接端U,X’、Y’和Z’连接,X”、Y”和Z”连接;V’和V”并联连接且其连接端作为三相绕组的第二个连接端V,W’和W”并联连接且其连接端作为三相绕组的第三个连接端W,第一个连接端U、第二个连接端V和第三个连接端W用于连接变频器;
将每相绕组的串联数记为N,其中, Qs为所述的调速永磁同步电机的定子
数,s为所述的调速永磁同步电机每槽导体数,为所述的调速永磁同步电机每相绕组并联支路数,将N的表达式代入 得到 E与a成比例关
系,调整每相绕组并联支路数a能够改变每相绕组的串联匝数N,进而改变每相绕组反电动势E,最终改变了所述的调速永磁同步电机的运行电流I,此时所述的调速永磁同步电机的实际运行电流为60A。

说明书全文

一种调速永磁同步电机的运行电流调节方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种电流调节方法,尤其是涉及一种调速永磁同步电机的运行电流调节方法。

背景技术

[0002] 调速永磁同步电机是利用永磁体建立励磁磁场的同步电机,其定子通入三相电流产生电枢旋转磁场,该电枢旋转磁场与其转子永磁体产生的磁场(即转子主磁场)在定子和转子之间的气隙中形成一个合成磁场,该合成磁场与转子主磁场发生相互作用,产生一个推动调速永磁同步电机旋转的电磁转矩,实现对负载拖动。
[0003] 在调速永磁同步电机运行过程中,其转子永磁体产生的磁场(即转子主磁场)旋转切割其电枢绕组,电枢绕组中的每相绕组分别产生反电动势。将每相绕组的反电动势记为E,E采用式(1)表示为:
[0004]
[0005] 上式(1)中,E表示每相绕组反电动势,单位V,f表示与调速永磁同步电机配合使用的变频器的电流频率,单位Hz,N表示每相绕组串联数,Kdp表示每相绕组的绕组系数,表示永磁同步电机每极基波磁通,单位Wb,其中,f的取值大小取决于式(2):
[0006] f=nP/60              (2)
[0007] 上式(2)中,n表示调速永磁同步电机的转速,单位rpm,P表示调速永磁同步电机的极对数;
[0008] 结合式(1)与式(2),每相绕组的反电动势E采用式(3)表示为:
[0009]
[0010] 通过式(3)我们可以知道,当一台调速永磁同步电机制作完成后,该调速永磁同步电机运行过程中,其每相绕组的反电动势E的取值大小与其转速n成正比例关系。而调速永磁同步电机中每相绕组的反电动势为重要的设计指标,它受到电网电压限制,其设计需要满足式(4):
[0011] U=RsI1+jωLdId+jωLqIq+E                 (4)
[0012] 式(4)中,U为每相绕组电压,单位V,Rs为每相绕组电阻,单位Ω,I1为每相绕组电流,单位A,ω为每相绕组频率,单位Hz,Ld为每相绕组直轴电感,单位H,Id为每相绕组直轴电流,单位A,Lq为每相绕组交轴电感,单位H,Iq为每相绕组交轴电流,单位A。
[0013] 通过式(3)与式(4)我们可以知道,调速永磁同步电机每相绕组的反电动势一般按照该调速永磁同步电机运行最大转速来设计。调速永磁同步电机运行过程中,其电流与电压是密切相关的,如式(5)所示:
[0014]
[0015] 式(5)中,Kt为转矩系数,单位Nm/A,Ke为反电势系数,单位V/krpm。其中,Kt能够采用式(6)表示,Ke能够采用式(7)表示,具体为:
[0016] Kt=T/I                             (6)
[0017] Ke=E*1000/n              (7)
[0018] 式(6)中,T为调速永磁同步电机的转矩,I为调速永磁同步电机的运行电流。
[0019] 通过式(1)至式(7),我们可以得出,调速永磁同步电机的运行电流I为:
[0020]
[0021] 由式(8)可知,当一台调速永磁同步电机制作完成后,P、N、Kdp、 均为固定值,调速永磁同步电机运行电流与电机转速无关,它与电机运行转矩成正比例关系。而调速永磁同步电机运行电流大小决定了与其匹配的变频器的运行电流,进而决定了变频器的选型。不同的负载工况决定了整个负载动系统选型,以及负载动力系统中调速永磁同步电机与变频器间匹配选型。特别是对于负载转矩与转速经常变化的工况,调速永磁同步电机与变频器的选型尤为密切。以下以一种负载为油的应用工况为例。在同一生产设备中,油泵的压力和流量随着终端产品的不同而不同。作为油泵驱动源的调速永磁同步电机,其输出转矩与转速也是随负载不同而不同。
[0022] 示例1为一种油泵连续运行工况下,在生产终端产品A和B,生产B产品对应的油泵压力为A产品的2倍,流量为1/2,作为油泵驱动源的调速永磁同步电机输出转矩与转速性能曲线如图1所示。示例2为一种油泵周期运转情况下,在生产终端产品处,油泵工作压力与流量均为周期性变速负载,作为油泵驱动源的调速永磁同步电机输出转矩与转速性能曲线如图2所示。
[0023] 为满足同一台生产设备不同的使用工况需求,作为油泵驱动源的调速永磁同步电机均按照极限负载进行永磁同步电机选型。
[0024] 按示例1,调速永磁同步电机运行参数如表1所示,运行数据如表2所示:
[0025] 表1
[0026]产品类型 电机转速 电机转矩 电机运行功率
A 3000rpm 95.5N.m 30kw
B 1500rpm 191N.m 30kw
[0027] 表2
[0028]
[0029] 从表1和表2中可以看出,调速永磁同步电机按最大功率60kw、最大转矩191N.m、最大转速3000rpm选型,此时调速永磁同步电机运行电流为120A,其匹配的变频器工作电流也需要为120A。
[0030] 按示例2,调速永磁同步电机运行参数如表3所示,运行数据如表4所示:
[0031] 表3
[0032] 时间点 电机转速 电机转矩 电机运行功率t1 3000rpm 95.5N.m 30kw
t2 0 0 0
t3 750rpm 191N.m 15kw
t4 0 0 0
t5 1500rpm 191N.m 30kw
[0033] 表4
[0034]
[0035]
[0036] 从表3和表4中可以看出,调速永磁同步电机按照最大转矩191N.m、最大转速3000rpm、最大功率60kw进行选型,此时调速永磁同步电机运行电流120A,其匹配的变频器工作电流也需要为120A。
[0037] 针对示例1,调速永磁同步电机设计与选型,目前一般按照最大转速与最大转矩进行核算;调速永磁同步电机反电势亦照最大转速设计。变频器按照调速永磁同步电机最大运行电流进行选型,造成变频器始终运行在最大电流,变频器成本增加。针对示例2,调速永磁同步电机设计与选型,目前同样按照最大转速与最大转矩进行核算;永调速磁同步电机反电动势亦照最大转速设计。变频器按照调速永磁同步电机最大运行电流进行选型,造成变频器长时间运行在最大电流,变频器成本增加。

发明内容

[0038] 本发明所要解决的技术问题是提供一种调速永磁同步电机的运行电流调节方法,该运行电流调节方法在调速永磁同步电机按照不同负载要求选型后,在满足负载驱动要求的同时,能够降低其运行电流,不需要工作在最大运行电流下,从而不需要按照其最大运行电流来匹配变频器,能够显著降低变频器的成本。
[0039] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种调速永磁同步电机的运行电流调节方法,当所述的调速永磁同步电机选型后,将所述的调速永磁同步电机的每相绕组中每个线圈组分别通过导线将其连接端引出至所述的调速永磁同步电机外部并进行标记,然后改变每相绕组中线圈组的连接方式使所述的调速永磁同步电机中每相绕组的并联支路数发生变化,此时所述的调速永磁同步电机的实际运行电流发生变化,并低于所述的调速永磁同步电机的最大运行电流。
[0040] 所述的调速永磁同步电机为36槽8极调速永磁同步电机,所述的调速永磁同步电机的每相绕组具有两个线圈组,所述的调速永磁同步电机的三相绕组分别为U相绕组、V相绕组和W相绕组,将U相绕组中第一个线圈组的两个连接端分别记为U’和X’,第二个线圈组的两个连接端分别记为U”和X”,将V相绕组中第一个线圈组的两个连接端分别记为V’和Y’,第二个线圈组的两个连接端分别记为V”和Y”,将W相绕组中第一个线圈组的两个连接端分别记为W’和Z’,第二个线圈组的两个连接端分别记为W”和Z”,在初始状态,每相绕组的两个线圈组串联联接,即每相绕组的并联支路数为1,当所述的调速永磁同步电机作为油泵驱动源,且油泵处于连续运行工况下生产终端产品A和B,生产终端产品B对应的油泵压力为终端产品A的2倍,流量为终端产品A的1/2,所述的调速永磁同步电机按最大功率60kw、最大转矩191N.m、最大转速3000rpm选型,最大运行工作电流为120A,当生产终端产品B,所述的调速永磁同步电机运行在1500rpm时,所述的调速永磁同步电机的并联支路数为1,此时U’作为三相绕组的第一个连接端U,X’和U”连接,X”、Y”和Z”连接;V’作为三相绕组的第二个连接端V,Y’和V”连接,X”、Y”和Z”连接;W’作为三相绕组的第三个连接端W,Z’和W”连接,X”、Y”和Z”连接,第一个连接端U、第二个连接端V和第三个连接端W用于连接变频器;当生产终端产品A,所述的调速永磁同步电机运行在3000rpm时,所述的调速永磁同步电机的每相绕组的两个线圈组并联联接,即每相绕组的并联支路数为2,此时U’和U”并联连接且其连接端作为三相绕组的第一个连接端U,X’、Y’和Z’连接,X”、Y”和Z”连接;V’和V”并联连接且其连接端作为三相绕组的第二个连接端V,W’和W”并联连接且其连接端作为三相绕组的第三个连接端W,第一个连接端U、第二个连接端V和第三个连接端W用于连接变频器;
[0041] 将每相绕组的串联匝数记为N,其中, Qs为所述的调速永磁同步电机的定子槽数,Ns为所述的调速永磁同步电机每槽导体数,a为所述的调速永磁同步电机每相绕组并联支路数,将N的表达式代入 得到 E与a成
比例关系,调整每相绕组并联支路数a能够改变每相绕组的串联匝数N,进而改变每相绕组反电动势E,最终改变了所述的调速永磁同步电机的运行电流I,此时所述的调速永磁同步电机的实际运行电流为60A。
[0042] 与现有技术相比,本发明的优点在于通过将调速永磁同步电机中每相绕组的并联支路数与反电动势进行关联,进而将每相绕组的并联支路数与运行电流进行关联,改变当前基于调速永磁同步电机最大运行电流来对变频器进行选型的传统做法,当调速永磁同步电机选型后,将调速永磁同步电机的每相绕组中每个线圈组分别通过导线将其连接端引出至调速永磁同步电机外部并进行标记,然后改变每相绕组中线圈组的连接方式使调速永磁同步电机中每相绕组的并联支路数发生变化,此时调速永磁同步电机的实际运行电流发生变化,低于调速永磁同步电机的最大运行电流,由此降低变频器的工作电流,能够选用工作电流较低的变频器来进行匹配,实现调速永磁同步电机与变频器最佳匹配,显著降低变频器的成本。附图说明
[0043] 图1为以油泵作为负载,在生产终端产品A和B,生产B产品对应的油泵压力为A产品的2倍,流量为1/2时,作为油泵驱动源的调速永磁同步电机输出转矩与转速性能曲线图;
[0044] 图2为以油泵作为负载,油泵周期运转情况下,在生产终端产品处,油泵工作压力与流量均为周期性变速负载,作为油泵驱动源的调速永磁同步电机输出转矩与转速性能曲线图;
[0045] 图3为本发明实施例中调速永磁同步电机的三相绕组的第1个线圈组的示意图;
[0046] 图4为本发明实施例中调速永磁同步电机的三相绕组的第2个线圈组的示意图;
[0047] 图5为本发明实施例中调速永磁同步电机的三相绕组在并联支路数为1时的连接示意图;
[0048] 图6为实施例中本发明实施例中调速永磁同步电机的三相绕组在并联支路数为2时的连接示意图。

具体实施方式

[0049] 以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
[0050] 实施例:一种调速永磁同步电机的运行电流调节方法,当调速永磁同步电机选型后,将调速永磁同步电机的每相绕组中每个线圈组分别通过导线将其连接端引出至调速永磁同步电机外部并进行标记,然后改变每相绕组中线圈组的连接方式使调速永磁同步电机中每相绕组的并联支路数发生变化,此时调速永磁同步电机的实际运行电流发生变化,并低于调速永磁同步电机的最大运行电流。
[0051] 本实施例中,调速永磁同步电机为36槽8极调速永磁同步电机,调速永磁同步电机的每相绕组具有两个线圈组,调速永磁同步电机的三相绕组分别为U相绕组、V相绕组和W相绕组,将U相绕组中第一个线圈组的两个连接端分别记为U’和X’,第二个线圈组的两个连接端分别记为U”和X”,将V相绕组中第一个线圈组的两个连接端分别记为V’和Y’,第二个线圈组的两个连接端分别记为V”和Y”,将W相绕组中第一个线圈组的两个连接端分别记为W’和Z’,第二个线圈组的两个连接端分别记为W”和Z”,在初始状态,每相绕组的两个线圈组串联联接,即每相绕组的并联支路数为1,当调速永磁同步电机作为油泵驱动源,且油泵处于连续运行工况下生产终端产品A和B,生产终端产品B对应的油泵压力为终端产品A的2倍,流量为终端产品A的1/2,调速永磁同步电机按最大功率60kw、最大转矩191N.m、最大转速3000rpm选型,最大运行工作电流为120A,当生产终端产品B,调速永磁同步电机运行在
1500rpm时,调速永磁同步电机的并联支路数为1,此时U’作为三相绕组的第一个连接端U,X’和U”连接,X”、Y”和Z”连接;V’作为三相绕组的第二个连接端V,Y’和V”连接,X”、Y”和Z”连接;W’作为三相绕组的第三个连接端W,Z’和W”连接,X”、Y”和Z”连接,第一个连接端U、第二个连接端V和第三个连接端W用于连接变频器;当生产终端产品A,调速永磁同步电机运行在
3000rpm时,调速永磁同步电机的每相绕组的两个线圈组并联联接,即每相绕组的并联支路数为2,此时U’和U”并联连接且其连接端作为三相绕组的第一个连接端U,X’、Y’和Z’连接,X”、Y”和Z”连接;V’和V”并联连接且其连接端作为三相绕组的第二个连接端V,W’和W”并联连接且其连接端作为三相绕组的第三个连接端W,第一个连接端U、第二个连接端V和第三个连接端W用于连接变频器;
[0052] 将每相绕组的串联匝数记为N,其中, Qs为调速永磁同步电机的定子槽数,Ns为调速永磁同步电机每槽导体数,a为调速永磁同步电机每相绕组并联支路数,将N的表达式代入 得到 E与a成比例关系,调整每相
绕组并联支路数a能够改变每相绕组的串联匝数N,进而改变每相绕组反电动势E,最终改变了调速永磁同步电机的运行电流I,此时调速永磁同步电机的实际运行电流为60A。
[0053] 针对终端产品A和B(即示例1),当调速永磁同步电机运行在1500rpm时,永磁同步电机按照图5所示绕组联接方式,并联支路数为1;当调速永磁同步电机为3000rpm时,永磁同步电机按照图6所示绕组联接方式,并联支路数为2。根据公式 可得,调速永磁同步电机工作在1500rpm,3000rpm时,反电动势E是相同的。反电动势系数发生了变化,根据公式(8) 调速永磁同步电机的运行电流发生了变
化,工作在1500rpm下的电流为工作在3000rpm下的电流的1/2。通过本发明的调整并联支路数的方法,调速永磁同步电机运行状态数据如表5所示:
[0054] 表5
[0055]  电机运行功率 电机运行电流
产品A 30kw 60A
产品B 30kw 60A
[0056] 无论生产终端产品A还是终端产品B,变频器运行工作电流均为60A,变频器按照60A进行选型,有效降低了成本,系统性价比优势明显。
[0057] 本发明中,每个绕组所有连接端均在调速永磁同步电机外部联接,不同的转速下进行并联支路数调换,调速永磁同步电机运行质量无任何影响。变频器在对不同的绕组并联支路数进行初始永磁同步电机参数识别,运行至对应的工况下,调出对应的永磁同步电机与变频器匹配参数即可。程序简单,对终端客户使用无不利影响。
[0058] 针对示例2,调速永磁同步电机按照最大转矩191N.m、最大转速3000rpm、最大功率60kw进行选型,其工作在750rpm、1500rpm、3000rpm时,并联支路数分别为1、2、4。调速永磁同步电机运行状态数据如表6所示:
[0059] 表6
[0060]
[0061] 分析表6数据可知,变频器工作在t3、t5时间段,调速永磁同步电机运行电流大幅度下降,变频器按照60A进行选型,有效降低了成本,系统性价比优势明显。