一種永磁同步電機繞組切換裝置的制造方法
【技術(shù)領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及永磁電機及其控制技術(shù)領域。
【背景技術(shù)】
[0002] 永磁同步電機具有結(jié)構(gòu)簡單、無電刷和滑環(huán)，無電勵磁系統(tǒng)，運行可靠性高、功率 密度大、電機的形狀和尺寸靈活多樣等多種顯著優(yōu)點。符合節(jié)能減排的經(jīng)濟發(fā)展需要，它不 僅可以部分替代傳統(tǒng)的電勵磁電機，而且可以實現(xiàn)電勵磁電機難以達到的高效率。因此永 磁同步電機在電動汽車等要求較高的調(diào)速驅(qū)動系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。就目前的發(fā)展程 度看，永磁電機與感應電機相比，由于其永磁體勵磁難以調(diào)節(jié)，弱磁擴速能力較差，不易滿 足電動汽車寬的調(diào)速范圍的要求；另一方面，低速運行時，受空間限制，電機體積不能過大， 但是又要求產(chǎn)生大扭矩，需要的電流就比較大，逆變器電流容量要求高，有時候沒有這樣大 容量的逆變器或者大容量的逆變器體積大且昂貴。
[0003] 現(xiàn)有的技術(shù)方案中：
[0004] 1)如國外的文獻公開了一種關(guān)于繞組切換的裝置，該裝置通過切換開關(guān)，選擇繞 組匝數(shù)（兩套繞組串聯(lián)運行/ 一套繞組運行）。低速運行時，要產(chǎn)生大扭矩，兩套繞組串聯(lián) 運行，增加繞組匝數(shù)，產(chǎn)生大扭矩。高速運行時，僅運行一套繞組，減少繞組反電動勢。該方 案的本質(zhì)是繞組切除裝置，高速運行時，丟一套繞組，材料利用不充分，并且切換系統(tǒng)成本 較高。
[0005] 2)又如國內(nèi)的文獻公開了一種關(guān)于繞組切換的系統(tǒng)，該系統(tǒng)在低速時，采用單逆 變器雙繞組運行；在中速時，采用雙逆變器雙繞組運行；在高速時，先利用弱磁控制方法對 永磁同步電機端電壓進行限制，然后進行繞組切換，采用單逆變器單繞組運行。該系統(tǒng)采 用的是雙逆變器電路，系統(tǒng)工作模式靈活多變，可以是單逆變器工作，也可以是雙逆變器工 作，具有一定的容錯能力。該方案本質(zhì)也是交流側(cè)繞組切除，繞組切換開關(guān)數(shù)量較多，并且 逆變器也需要切換開關(guān)，由此切換系統(tǒng)成本更高。
[0006] 3)現(xiàn)目前多數(shù)采用的繞組切換電路，通過切換開關(guān)控制三相繞組的串并聯(lián)的方 案。這種方案的切換策略是供電電流不變，繞組由并聯(lián)變?yōu)榇?lián)，同樣供電電流時，雖然逆 變器額定電流不變，但每套繞組承受的電流增加了 1倍，電動機只能短時工作；一相繞組的 切換需要3個切換開關(guān)，三相電機的繞組切換就需要9個切換開關(guān)，多相電機的繞組切換需 要的切換開關(guān)就更多。切換開關(guān)過多，電路過于復雜、成本就隨之提升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是在不增加逆變器容量的前提下，通過永磁電機控制系統(tǒng)的直流側(cè) 串并聯(lián)切換，改變繞組等效的串聯(lián)匝數(shù)，解決逆變器和電源電壓容量有限的問題，從而解決 永磁電機高速運行時反電勢高的問題，提高系統(tǒng)的調(diào)速范圍。
[0008] 為實現(xiàn)本發(fā)明目的而采用的技術(shù)方案是這樣的，一種永磁同步電機繞組切換裝 置，包括η個主回路單元、η套繞組和4n-4個開關(guān)，其中η彡2。
[0009] 令 i = 1，2, 3，...η。
[0010] 第i個主回路單元包括第Ii絕緣柵雙極晶體管VH、第2i絕緣柵雙極晶體管V 2l、 第3i絕緣柵雙極晶體管V31、第4i絕緣柵雙極晶體管V41、第5i絕緣柵雙極晶體管V 51和第 6i絕緣柵雙極晶體管V61。
[0011] 第i套繞組由繞組A1、繞組B1和繞組C1采用星型接法的連接而成。所述第i個主 回路單元具有五個端子，即a H端、a 21端、a 31端、a 41端、a 51端。每個主回路單元均對應一個 電動勢為UDe/n的電源。第i個電源的正極為b H端，負極為b 21端。
[0012] 所述第Ii絕緣柵雙極晶體管V11的集電極連接a H端，其發(fā)射極連接第4i絕緣柵 雙極晶體管V41的集電極。所述第4i絕緣柵雙極晶體管V 41的發(fā)射極連接a 21端。
[0013] 所述第3i絕緣柵雙極晶體管V31的集電極連接a H端，其發(fā)射極連接第6i絕緣柵 雙極晶體管V61的集電極。所述第6i絕緣柵雙極晶體管V 61的發(fā)射極連接a 21端。
[0014] 所述第5i絕緣柵雙極晶體管V51的集電極連接a H端。其發(fā)射極連接第2i絕緣柵 雙極晶體管V21的集電極。所述第2i絕緣柵雙極晶體管V 21的發(fā)射極連接a 21端。
[0015] 所述a3l端位于第Ii絕緣柵雙極晶體管V H的發(fā)射極與第4i絕緣柵雙極晶體管 V41的集電極之間。所述a 41端位于第3i絕緣柵雙極晶體管V 31的發(fā)射極與第6i絕緣柵雙 極晶體管V61的集電極之間。所述a 51端位于第5i絕緣柵雙極晶體管V 51的發(fā)射極與第2i 絕緣柵雙極晶體管V21的集電極之間。所述繞組A1的一端連接a3l端。所述繞組Bi的一端 連接a 4i端。所述繞組C ;的一端連接a 5i端。
[0016] 所述4n-4個開關(guān)包括第一開關(guān)S1、第二開關(guān)S2、第三開關(guān)S 3、……第4n_4開關(guān) S4n 4 〇
[0017] 所述第一開關(guān)兩端分別連接a 21端和b 21端。
[0018] 所述第二開關(guān)&的兩端分別連接a 12端和b 12端。
[0019] 所述第三開關(guān)&的兩端分別連接a 21端和a 2n端。
[0020] 所述第四開關(guān)&的兩端分別連接a n端和a 12端。
[0021] 所述第五開關(guān)&的兩端分別連接a 22端和b 22端。
[0022] 所述第六開關(guān)&的兩端分別連接a 13端和b 13端。
[0023] 所述第七開關(guān)\的兩端分別連接a 22端和a 2n端。
[0024] 所述第八開關(guān)&的兩端分別連接a n端和a 13端。
[0025] ......
[0026] 所述第4n_7開關(guān)S4n 7的兩端分別連接a 2(n 1}端和b 2(n 1}端。
[0027] 所述第4n_6開關(guān)S4n 6的兩端分別連接a ln端和b ln端。
[0028] 所述第4n_5開關(guān)S4n 5的兩端分別連接a 2(n D端和a 2n端。
[0029] 所述第4n_4開關(guān)S4n 4的兩端分別連接a n端和a ln端。
[0030] 所述an端與b n端連接。所述a 2n端b 211端連接。
[0031] 所述b21端與b 12端連接。所述b 22端與b 13端連接。......所述b 2(η υ端與b ln端連 接。
[0032] 每個絕緣柵雙極晶體管的基極均連接PffM信號控制器，即脈寬調(diào)制器。所述PffM 信號控制器給予每個絕緣柵雙極晶體管驅(qū)動信號。
[0033] 本發(fā)明還提供一種具體包括兩個主回路單元的技術(shù)方案，一種永磁同步電機繞組 切換裝置，包括兩個主回路單元、兩套繞組和四個開關(guān)。
[0034] 第一個主回路單元包括第十一絕緣柵雙極晶體管Vn、第二十一絕緣柵雙極晶體管 V21、第三十一絕緣柵雙極晶體管V31、第四^^一絕緣柵雙極晶體管V41、第五^^一絕緣柵雙極 晶體管V 51和第六十一絕緣柵雙極晶體管V 61。所述第一個主回路單元具有五個端子，即an ?而、已21立而、a 31?而、a 41?而、a 51立而〇
[0035] 第二個主回路單元包括第十二絕緣柵雙極晶體管V12、第二十二絕緣柵雙極晶體管 V22、第三十二絕緣柵雙極晶體管V32、第四十二絕緣柵雙極晶體管V42、第五十二絕緣柵雙極 晶體管V 52和第六十二絕緣柵雙極晶體管V 62。所述第二個主回路單元具有五個端子，即a12 ?而、a22^而、a 32?而、a 42?而、a 52?而。
[0036] 每個主回路單元均對應一個電動勢為UDC/2的電源。第一個電源的正極為b n端， 負極為b21端。第二個電源的正極為b 12端，負極為b 22端。
[0037] 第一套繞組由繞組A1、繞組B1和繞組C 1采用星型接法連接而成。第二套繞組由繞 組A2、繞組B2和繞組C 2采用星型接法連接而成。所述三個切換開關(guān)即第一開關(guān)S i、第二開 關(guān)S2、第三開關(guān)S3和第四開關(guān)S 4。
[0038] 所述第十一絕緣柵雙極晶體管V11的集電極連接a n端，其發(fā)射極連接第四十一絕 緣柵雙極晶體管V41的集電極。所述第四十一絕緣柵雙極晶體管V 41的發(fā)射極連接a 21端。 所述第三十一絕緣柵雙極晶體管V31的集電極連接a n端，其發(fā)射極連接第六十一絕緣柵雙 極晶體管V61的集電極。所述第六十一絕緣柵雙極晶體管V 61的發(fā)射極連接a 21端。所述第 五十一絕緣柵雙極晶體管V51的集電極連接a n端。其發(fā)射極連接第二十一絕緣柵雙極晶體 管V21的集電極。所述第二十一絕緣柵雙極晶體管V 21的發(fā)射極連接a 21端。
[0039] 所述a31端位于第十一絕緣柵雙極晶體管V11的發(fā)射極與第四十一絕緣柵雙極晶體 管V 41的集電極之間。所述a 41端位于第三十一絕緣柵雙極晶體管V 31的發(fā)射極與第六十一 絕緣柵雙極晶體管V61的集電極之間。所述a 51端位于第五十一絕緣柵雙極晶體管V 51的發(fā) 射極與第二十一絕緣柵雙極晶體管V21的集電極之間。所述繞組A1的一端連接a 31端。所 述繞組B1的一端連接a 41端。所述繞組C i的一端連接a 51端。
[0040] 所述第十二絕緣柵雙極晶體管V12的集電極連接a 12端，其發(fā)射極連接第四十二絕 緣柵雙極晶體管V42的集電極。所述第四十二絕緣柵雙極晶體管V 42的發(fā)射極連接a 22端。 所述第三十二絕緣柵雙極晶體管V32的集電極連接