[发明专利]一种转子电流可测式无刷双馈电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种无刷双馈电机，尤其是绕线式无刷双馈电机。

背景技术

无刷双馈电机取消了绕线式双馈电机的电刷和滑环，降低了维护费用，延长了使用寿命，提高了可靠性，仍然保留了所需变频器容量小的优点。无刷双馈电机作为电动机可应用于风机、水泵等变频调速系统，作为发电机可应用于变速恒压恒频的船用轴带发电、水力发电和风力发电系统，所需变频器容量小，降低了系统成本。近几年来，无刷双馈电机在混合动力汽车等动力耦合装置中发挥了巨大作用。

无刷双馈电机的巨大应用前景和潜在价值使其得到广泛关注，国内外先后对其展开研究并取得了一系列成果。现有无刷双馈电机有级联无刷双馈电机和自级联无刷双馈电机两种，其中自级联无刷双馈电机根据转子结构的不同又分为笼形结构、磁阻结构以及绕线式结构。研究表明鼠笼式和磁阻式无刷双馈电机的导体利用率低，谐波含量大，无法做到高效，鼠笼式效率只能达到60％左右，磁阻式只能达到70％左右。而绕线式无刷双馈电机转子绕组接线方式灵活，可人工控制绕组分布系数，导体利用率高，谐波含量低，效率可达到90％左右。

在现有无刷双馈电机高性能控制系统中，不论是直接转矩控制还是矢量控制都需要使用动态观测器对电机的磁链进行观测。

无刷双馈电机磁链观测模型主要有电压电流模型和电流转速模型两种，磁链观测器的观测精度依赖于模型及其参数的精度。其中，电压电流模型只需定子电阻参数，对电机参数的依赖性小，但采用电压电流模型观测磁链进行磁链反馈控制的一个致命缺点是系统中存在一个电流的正反馈回路用来补偿电机内部定子电流在定子电阻上的压降，一旦观测器中的定子电阻比实际值大，整个系统就会不稳定，无法正常工作。观测器中定子电阻等于实际值是准确观测定子磁链的条件，却也使等价的电机呈现“超导定子”特性，系统临界稳定，初始观测误差和零点漂移引起的积分偏差将不收敛，系统响应特性迟钝缓慢，控制特性很差。无刷双馈电机磁链的电流转速模型依赖于转子电阻和定、转子电感参数，转子电阻参数会随温度发生变化，不便于工程实现。

对电机参数依赖性小，特别是不依赖于转子电阻参数是电机控制系统对磁链观测器追求的目标。因此，若能采用定、转子磁链的电流代数模型，即ψ_s＝L_si_s+L_mi_r，ψ_r＝L_mi_s+L_ri_r，则只需要电机电感和互感两个参数即可。电机电感和互感参数在数值上近似相等，容易通过空载试验从励磁特性曲线获得。采用磁链的电流代数模型，可以极大地降低对电机参数的依赖性，且与转子电阻及转子时间常数无关，可以极大地降低观测结果对转子温度的敏感性。

发明内容

针对无刷双馈电机现有控制方法对电机参数依赖性强的问题，本发明提供一种新的无刷双馈电机，能够实现对转子电流的直接探测，可以使无刷双馈电机系统控制算法对电机参数的依赖性达到最小，极大地改善系统的控制性能和鲁棒特性，满足高性能和恶劣应用场合的需求。本发明的技术方案如下：

一种转子电流可测式无刷双馈电机，该种电机为级联绕线式无刷双馈电机，包括控制侧的三相定子、转子绕组和功率侧的三相定子、转子绕组，还包括转子电流探测装置，包括磁链霍尔传感器、环形电路板、定子测量铁芯和径向环形探测线圈，所述的径向环形探测线圈固定在级联绕线式无刷双馈电机的轴端，其安装侧为控制侧或功率侧，三相转子绕组中的两相分别与两个径向环形探测线圈中的绕组相串联；在径向环形探测线圈上部的定子端盖上固定有定子测量铁芯，在定子测量铁芯的两侧固定有环形电路板，环形电路板上设置有用来测量两路转子电流的磁链霍尔传感器。

作为优选实施方式，磁链霍尔传感器分两组固定在两个环形电路板上，位于定子测量铁芯与径向环形探测线圈的气隙中，每组霍尔传感器个数为转子电流探测装置安装侧转子绕组极对数的整数倍在环形电路板上均匀分布。

本发明利用绕线式无刷双馈电机转子绕组电压电流等级设计灵活的特点，开发能够实现对转子电流直接探测的新型无刷双馈电机，即在三相转子线圈的绕制过程中抽出其中两相分别与两个径向环形探测线圈相串联，通过霍尔传感器来获取转子电流信号。霍尔传感器的引入并不会增加电机设计的复杂性，也不会对电机成本及体积带来明显影响，同时实现了对转子电流的无刷、无接触式测量，能够极大地改善系统的控制性能和鲁棒特性，满足高性能和恶劣应用场合的要求。

附图说明