[发明专利]一种永磁电机绕组电路及其控制方法

说明书

本发明公开一种永磁电机绕组电路及其控制方法，包括：可变绕组模块，其连接逆变器的三相桥臂，其对应永磁电机的三相绕组，用于根据所述永磁电机的转速调节电机各相绕组的串联匝数，当电机转速低于第一阈值时，控制电机各相绕组的串联匝数相对较多，以提高电机线负荷，提高低速转矩，以及当电机转速高于第二阈值时，控制电机各相绕组的串联匝数相对较少，减小电机端电压，减小弱磁电流，提高电机功率因数，降低电机转矩波动，可变绕组模块包括多个双向晶闸管，通过双向晶闸管的开通或关断调节电机各相绕组的串联匝数，并确保调节电机各相绕组串联匝数的过程中不出现绕组电流断流的情况。本发明实现了在绕组动态配置过程中电流可靠续流。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，更具体地，涉及一种永磁电机绕组电路及其控制方法。

背景技术

永磁同步电机依靠永磁励磁，省去了转子上的励磁绕组结构以及励磁损耗，因此永磁同步电机功率密度大，功率因数高，在车用驱动电机上得到了广泛的运用。由于新能源汽车行驶路况复杂，车速波动大，这要求车用驱动电机拥有很宽的调速范围以及在很宽的工况下均拥有较高的效率。然而由于采用永磁励磁，励磁磁势难以调节，导致电机在高速情况下空载反电势高，极大地影响了控制与可靠性。

为了解决这个问题，现在车用驱动电机在高转速区域普遍采用恒功率弱磁控制策略。该控制方法在高转速区域通过增大d轴反向电流的方法，增大去磁磁场，从而维持电机端电压保持不变，扩大电机高速运行区间。

然而恒功率弱磁策略增大了定子电流中无功电流的比例，从而降低了电机的功率因数与效率，也导致电机在高转速区域转矩波动大。同时，恒功率弱磁策略中电机空载反电势在高转速区域本身远大于控制器的母线电压，只有可靠存在d轴反向电流的情况下电机系统才能正常工作，容错性能差，永磁体退磁风险高。

为了解决这个问题，多种变绕组连接方式的设想被提出，包括星-角转换、三相-双三相转换、变并联支路数等方式。然而目前这些方法在实现电路上均采用接触器实现对电机绕组的配置。这种方法虽然能够实现动态配置电机绕组的目的，但是会使绕组电流断流，导致电机转矩突降、转速波动，对电机以及新能源汽车冲击大，驾乘人员驾乘体验不佳。同时，接触器体积大，响应速度慢，接触器在断开绕组连接时会产生拉弧现象，噪声响，电磁干扰大，不适合于新能源汽车领域的应用。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于解决使用接触器实现对电机绕组的配置，带来的电流断流导致的电机控制性能的技术问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供一种永磁电机绕组电路，包括：可变绕组模块；

所述可变绕组模块连接永磁电机的三相桥臂，其对应永磁电机的三相绕组，用于根据所述永磁电机的转速调节电机各相绕组的串联匝数，当电机转速低于第一阈值时，控制电机各相绕组的串联匝数相对较多，以提高电机线负荷，提高低速转矩，以及当电机转速高于第二阈值时，控制电机各相绕组的串联匝数相对较少，减小电机端电压，减小弱磁电流，提高电机功率因数，充分利用逆变器容量，降低电机转矩波动，提高电机高转速下的输出功率与功率因数，所述第二阈值大于第一阈值；

所述可变绕组模块包括多个双向晶闸管，通过双向晶闸管的开通或关断调节电机各相绕组的串联匝数，并确保调节电机各相绕组串联匝数的过程中不出现绕组电流断流的情况。

可选地，该永磁电机绕组电路还包括：限流绕组，其串联于永磁电机三相桥臂和可变绕组模块之间，用于限制调节电机各相绕组串联匝数的过程中电机电流的上升率，避免调节电机各相绕组串联匝数的过程中三相短路的风险。

可选地，所述可变绕组模块包括：第一绕组、第二绕组、第三绕组、第四绕组、第五绕组、第六绕组、第一双向晶闸管、第二双向晶闸管、第三双向晶闸管、第四双向晶闸管、第五双向晶闸管、第六双向晶闸管、第七双向晶闸管以及第八双向晶闸管；