CN103684196A - 一种可切换绕组的永磁同步电机驱动*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可切换绕组的永磁同步电机驱动***。本发明的永磁同步电机驱动***利用简易结构的绕组开关变换装置实现定子绕组的自动重构，同时结合双逆变器协调控制和弱磁控制实现低速和高速的绕组工作切换，显著拓宽驱动***工作转速范围，提高***的运行效率和容错性能。在低速时，采用单逆变器双绕组运行；在中速时，采用双逆变器双绕组运行；在高速时，先利用弱磁控制方法对永磁同步电机端电压进行限制，然后进行绕组切换，采用单逆变器单绕组运行。由于采用的是双逆变器电路，因此***工作模式灵活多变，可以是单逆变器工作，也可以是双逆变器工作，具有一定的容错能力。

Description

一种可切换绕组的永磁同步电机驱动***

技术领域

本发明涉及一种永磁同步电机驱动***，尤其涉及一种可切换绕组的永磁同步电机驱动***。

背景技术

永磁同步电机驱动***由于具有高效、高转矩/功率密度的突出优势，逐渐成为现代电力牵引***如混合动力汽车、纯电动汽车驱动***的重要发展方向之一。然而，对于电动汽车等电动载运工具，工作转速范围很宽，因此对驱动***的调速范围要求高，最高转速与基速比达到甚至超过5:1。永磁同步电机存在制成后气隙磁场难以调节的固有问题，调速***中随着转速的升高，定子绕组反电势随着转速线性增大，当转速增大到一定值时，将会超过供电逆变器的电压极限，此时逆变器将难以向电机三相绕组馈电。当转速超过基速以上，为了扩大永磁同步电机的转速范围，目前较为常用的方法是通过施加定子直轴去磁电流（弱磁电流），产生一个与永磁磁场方向相反的磁场，从而削弱气隙磁场，进而避免定子绕组反电势在转速进一步升高时超过逆变器的极限电压。针对这样的弱磁扩速方法，目前有比较多的技术方案。例如，专利CN103187919A公开了一种永磁同步电机弱磁调速的***和方法，该方法避免了因转矩-电流系数变化造成的控制偏差。专利CN102651626A公开了一种永磁同步电机的弱磁控制方法，通过电机直轴电流调节器输出的直轴电压指令值和逆变器输出的最大电压值来计算得到电机交轴电压的指令值，保证在弱磁区间电机电压达到最大值，该种方法有利于解决弱磁控制中交直轴电流耦合而引起的***控制效果不理想问题，并能提高电压利用率。。然而，由于弱磁电流形成的磁场回路一般需要穿过永磁体，因此大大增加了永磁体发生不可逆退磁的风险；同时，直轴电流对磁场的弱磁调节范围也随着电机转子结构的不同而有明显的差异。尽管不少学者和专家对永磁同步电机的转子结构进行了较为深入的研究和实践，获得了优化的弱磁扩速范围（1：3），但是仍然难以满足高性能电动汽车、家用电器等一些特殊场合的应用要求，往往以牺牲驱动***功率/转矩密度为代价，或者增加了驱动逆变器的功率容量。

另外，尽管增加定子弱磁电流可以获取有益的效果，但运行在高速区定子绕组上弱磁电流较大，无功功率增大，机电能量转换效率相对减小。为此，电机领域专家提出了变换定子绕组结构，从而达到拓宽永磁同步电机转速范围的目的。专利CN101039095A从定子绕组结构出发提出了一种基于交流电流直接控制的永磁同步电机弱磁控制***，其在永磁同步电机上有两套绕组：功率绕组和弱磁绕组，两套绕组各自外接逆变器，分别用来产生转矩和弱磁电流。此种发明的优势在于弱磁控制简单，可靠性高；然而，从本质上来说还是类似于上述增加弱磁电流Id实现扩速的方法，弱磁绕组的损耗也会使电机效率降低。另外一种比较可行的方案是采用绕组切换技术，将定子绕组分成若干部分，通过开关管在绕组连接方式之间切换工作模式，从而实现宽转速范围的运行。例如，专利101911473A公开了一种三相交流电动机的绕组切换装置，将该装置连接在定子绕组分离部位实现定子绕组不同部分工作切换，从而可以实现电机高速与低速之间的绕组切换,但是并没有给出绕组切换的有效控制方法。然而，由于不同绕组之间工作的切换，导致在切换过程中输出转矩有突变，势必会给整个调速***的动态性能带来较大冲击。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种可切换绕组的永磁同步电机驱动***，能够显著拓宽驱动***工作转速范围，提高***的运行效率和容错性能。

本发明的可切换绕组的永磁同步电机驱动***，包括：定子三相电枢绕组端部打开的永磁同步电机、第一逆变器、第二逆变器、绕组开关变换装置和***控制器；通过在每相绕组中设置中间抽头，所述永磁同步电机的定子三相电枢绕组被分为两套串联的绕组：第一三相绕组、第二三相绕组，这两套三相绕组分别与第一逆变器的输出端、第二逆变器的输出端连接；第一逆变器和第二逆变器的直流母线的高电位端分别连接有一个可控开关装置，可分别通过所述可控开关装置开通/关断第一逆变器、第二逆变器与直流电源的连接；绕组开关变换装置与所述中间抽头连接，可实现第一三相绕组和第二三相绕组串联工作，以及第一三相绕组/第二三相绕组单独工作，这两种绕组工作状态的切换；所述***控制器分别与绕组开关变换装置、第一逆变器、第二逆变器、两个可控开关装置信号连接。

为了抑制绕组切换前后的转矩突变，使整个电机的转矩-转速曲线平缓过渡，本发明进一步采用以下技术方案：

***控制器根据所述永磁同步电机的转速控制所述两个可控开关装置、第一逆变器、第二逆变器及绕组开关变换装置，具体如下：

当所述永磁同步电机的转速低于第一转速阈值时，***控制器通过绕组开关变换装置将绕组工作状态切换为第一三相绕组和第二三相绕组串联工作的状态，并通过控制两个可控开关装置使得第一逆变器/第二逆变器与直流电源的连接开通，第二逆变器/第一逆变器与直流电源的连接关断；***控制器采用最大转矩电流比控制方法对永磁同步电机进行控制；

当所述永磁同步电机的转速大于等于第一转速阈值且小于第二转速阈值时，***控制器通过绕组开关变换装置将绕组工作状态切换为第一三相绕组和第二三相绕组串联工作的状态，并通过控制两个可控开关装置使得第一逆变器、第二逆变器与直流电源的连接同时开通；***控制器采用基于双逆变器SVPWM策略的最大转矩电流比控制方法对永磁同步电机进行控制；

当所述永磁同步电机的转速大于等于第二转速阈值且小于第三转速阈值时，***控制器通过绕组开关变换装置将绕组工作状态切换为第一三相绕组和第二三相绕组串联工作的状态，并通过控制两个可控开关装置使得第一逆变器、第二逆变器与直流电源的连接同时开通；***控制器采用弱磁控制方法对永磁同步电机进行控制；

当所述永磁同步电机的转速大于等于第三转速阈值时，***控制器通过绕组开关变换装置将绕组工作状态切换为第一三相绕组/第二三相绕组单独工作的状态，并通过控制两个可控开关装置使得第一逆变器/第二逆变器与直流电源的连接开通，或者第一逆变器、第二逆变器与直流电源的连接同时开通；***控制器采用最大转矩电流比控制方法对永磁同步电机进行控制；

所述三个转速阈值满足：第一转速阈值<第二转速阈值<第三转速阈值。

所述第三转速阈值按照以下方法确定：在永磁同步电机的转速上升至第二转速阈值后，利用弱磁控制方法限制永磁同步电机端电压不超过逆变器电压极限圆，当电机转速进一步上升达到某一值时，两套绕组工作时永磁同步电机的输出电磁转矩等于切换后第一套绕组工作的最大输出转矩，此时该转速值即为第三转速阀值。

本发明利用简易结构的绕组开关变换装置实现定子绕组的自动重构，同时结合双逆变器协调控制和弱磁控制实现低速和高速的绕组工作切换，显著拓宽驱动***工作转速范围，提高***的运行效率和容错性能。相比现有技术，本发明的永磁同步电机驱动***具有以下有益效果：

（1）由于采用双逆变器驱动，因此电压利用率是普通两电平SVPWM控制策略下的1.73倍，可以提高永磁同步电机最大转矩运行的转速范围；另外，在不进行绕组切换时永磁同步电机绕组开路的双逆变器驱动具有较好的容错能力，提高了***的可靠性。

（2）从定子绕组结构出发，在不改变永磁同步电机转子结构的条件下，通过两套绕组工作模态的切换拓宽永磁同步电机的转速。在整个转速运行范围内通过直轴电流弱磁区很短，因此电机无功功率少，整个***全速范围运行效率明显提高。

（3）增加一段弱磁扩速区之后采取绕组切换，抑制了绕组切换前后的转矩突变，使整个电机的转矩-转速曲线平缓过渡，大大改善了整个***的动态特性。

附图说明

图1（a）为永磁同步电机1/4截面图和A相绕组分布连接；

图1（b）为永磁同步电机定子三相绕组电势星形图；

图1（c）为永磁同步电机定子绕组***组合重构原理图；

图2（a）为本发明可切换绕组的永磁同步电机驱动***实施例1的结构示意图；

图2（b）为本发明可切换绕组的永磁同步电机驱动***实施例2的结构示意图；

图2（c）为本发明可切换绕组的永磁同步电机驱动***实施例3的结构示意图；

图2（d）为本发明可切换绕组的永磁同步电机驱动***实施例4的结构示意图；

图3为本发明可切换绕组的永磁同步电机驱动***的矢量控制***结构原理图；

图4本发明所使用的绕组切换控制策略示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

本发明的思路是将永磁同步电机的定子三相绕组通过中间抽头的方式分成两套绕组，每套绕组分别连接一个独立的逆变器，通过一个绕组开关变换装置实现绕组的切换，并结合两个逆变器与直流电源间连接的开通/关断，实现不同驱动模式的转换，从而可针对不同的转速区域采用不同的驱动模式。

具体而言，本发明的可切换绕组的永磁同步电机驱动***，包括：定子三相电枢绕组端部打开的永磁同步电机、第一逆变器、第二逆变器、绕组开关变换装置和***控制器；通过在每相绕组中设置中间抽头，所述永磁同步电机的定子三相电枢绕组被分为两套串联的绕组：第一三相绕组、第二三相绕组，这两套三相绕组分别与第一逆变器的输出端、第二逆变器的输出端连接；第一逆变器和第二逆变器的直流母线的高电位端分别连接有一个可控开关装置，可分别通过所述可控开关装置开通/关断第一逆变器、第二逆变器与直流电源的连接；绕组开关变换装置与所述中间抽头连接，可实现第一三相绕组和第二三相绕组串联工作，以及第一三相绕组/第二三相绕组单独工作，这两种绕组工作状态的切换；所述***控制器分别与绕组开关变换装置、第一逆变器、第二逆变器、两个可控开关装置信号连接。

为了便于公众理解本发明的技术方案，首先有必要说明永磁同步电机的绕组结构以及实现定子绕组***组合重构的方法。图1（a）给出了一个双层绕组48槽4对极的三相表贴式永磁同步电机的1/4截面图，图中标识了一对极下A相绕组联接分布图，其它两相绕组分布类似。显然，图1（a）所示表贴式永磁同步电机采用的是60°相带的绕组分布原则，相邻两槽夹角即槽距角（按电角度计）为：

每极每相槽数为：

$q=\frac{Z}{2\mathrm{mp}}=\frac{48}{2\&times;3\&times;4}=2$

由图1（a）所示A相绕组连接方式可知，短距绕组系数为(以槽数计节距，极距)，图1（a）所示的12个槽电势星形图如图1（b）所示，电势星形图只反映了外层绕组每槽导体的电势相位情况，内层绕组与外层绕组类似，只是相位上由于采用了短距绕组联接方式，所以顺时针旋转30度。以A相为例，在一对极下，分别有8个元件，上下两层各4个，如图1（a）所示，1、2槽下层元件分别与6、7槽上层元件反串，而7、8槽下层元件分别于12、13槽上层元件反串，从而形成了4个绕组线圈a1、a2、a3、a4。一般的，4个绕组线圈a1、a2、a3、a4根据电机设计的具体要求，可以串联或并联，例如，当并联支路数为1时，绕组线圈a1、a2、a3、a4全部串联。但是，需要注意的是绕组线圈a1、a3电势同相位，而绕组线圈a2和a4相位相同并且滞后a1和a3相位30°电角度。

根据以上分析，将每对极下每相绕组分成两部分，图1（c）给出了A相绕组分成第一套绕组A1和第二套绕组A2和两套绕组的电势矢量图。第一套绕组仅有绕组线圈a1构成，而第二套绕组分别是绕组线圈a2、a3、a4串联连接，因此在绕组匝数上A2是A1的3倍，由于绕组A1和A2有相位差，因此电机内部的绕组A2的反电势幅值是A1的2.9倍，而A1和A2正向串联后的绕组反电势幅值是A1的3.73倍。由于电压逆变器的电压极限圆的存在，因此采用不同的绕组结构将会得到驱动***不同的基速。

类似与A相的绕组***组合原则，B和C相绕组也分别分成第一套绕组B1、C1和第二套绕组B2、C2，这样，永磁同步电机的定子三相绕组即可按照所需的分割比例被分为两套三相绕组。

以上绕组***组合的原则适合与其它转子结构的永磁同步电机，定子绕组只要每极每相绕组的槽数大于2即可；另外，可以根据调速范围调节绕组分配的比例。

本发明中所采用的绕组开关变换装置可采用多种结构实现，且其中的两个逆变器可由同一个直流电源供电，也可分别由各自独立的直流电源供电。下面用四个实施例来对本发明技术方案进行进一步说明。

实施例1、

图2（a）显示了本发明的可切换绕组的永磁同步电机驱动***的一种结构，如图所示，该永磁同步电机驱动***包括：定子三相电枢绕组端部打开的永磁同步电机、逆变器1、逆变器2、绕组开关变换装置和***控制器。其中，永磁同步电机的定子三相电枢绕组采用上述绕组***组合重构的方法被分成由绕组A1、B1、C1组成的一套三相绕组1，以及由绕组A2、B2、C2组成的一套三相绕组2；绕组A1、B1、C1的端部分别与逆变器1的三相输出端连接，绕组A2、B2、C2的端部分别与逆变器2的三相输出端连接；绕组1与绕组2之间的三根中间抽头与绕组开关变换装置连接。如图所示，逆变器1、逆变器2由同一个直流电源Udc供电，两个逆变器的直流母线的高电位端分别设置一个断路器（即图中的S1、S2）连接于直流电源。本实施例中的绕组开关变换装置如图所示，由一个三相全波整流桥和一个功率开关管SW1组成，功率开关管SW1的集电极、发射极分别与三相全波整流桥的共阳极、共阴极连接，三相全波整流桥的三相输入端分别与所述三个中间抽头连接。***控制器与逆变器1、逆变器2、功率开关管SW1、断路器S1、断路器S2分别信号连接，并可对这些部件进行控制。

***控制器通过控制功率开关管SW1的开通和关断控制永磁同步电机的定子两套绕组的工作模式：当绕组开关变换器的功率开关管关断时，绕组1和绕组2串联，采用单逆变器工作模式时，逆变器2上桥臂三个功率开关管全部开通，此时绕组2三相绕组的端部成星型连接，绕组1和绕组2各相串联后由逆变器1馈电；或者逆变器1上桥臂三个功率开关管全部开通，此时绕组1的三相绕组的端部成星型连接，绕组1和绕组2各相串联后由逆变器1馈电；当采用双逆变器工作模式，绕组开关变换器的功率开关管仍然关断，绕组1和绕组2各相串联，逆变器1和逆变器2协调控制从而向两套串联的三相绕组馈电，两套绕组同时通电形成的电枢磁场和转子永磁磁场相互作用,输出电磁转矩。当绕组开关变换器的功率开关管开通时，绕组2被短路，绕组1形成星型连接由逆变器1馈电，输出电磁转矩；此时绕组2和逆变器2可以闲置，也可以协调绕组1和逆变器1工作，增大电机的输出转矩，绕组2实际上也是形成了星型连接，由逆变器2驱动，而在高速区第二套绕组端电压不会超过逆变器的电压极限圆，因此需要采用弱磁控制技术才能保证逆变器2对绕组2的正常驱动。

另外，由于两个逆变器是相对独立的，因此在某一个逆变器发生故障无法正常工作时，另外一个逆变器可以单独向三相绕组馈电，保证***运行的可靠性。例如，逆变器1发生功率开关管发生短路或断路故障时，立即切断直流电源与逆变器1的连接，并且开通绕组开关变换器的开关管，将第一套三相绕组短路，第二套三相绕组形成星型连接，由逆变器2馈电，输出电磁转矩，保证***的继续运行。

本发明的***控制器除控制绕组切换变换装置的功率开关管和断路器外，还同时控制两个逆变器的12个功率开关管。***控制器所采用的控制方法：在低速区，绕组开关变换器的功率开关管关断，逆变器的1的直流母线上的断路器开通，而逆变器2的直流母线上的断路器关断，逆变器2的上桥臂3个功率管始终保持开通，从而使永磁同步电机的定子三相绕组形成了星形连接，而逆变器1主要提供给三相绕组交流电流，驱动电机运行；在中速区，绕组开关变换器的功率开关管关断，逆变器2的直流母线上的断路器开通，逆变器1和2串联工作，共同给永磁同步电机三相绕组提供交流电；在高速区，绕组开关变换器的功率开关管开通，逆变器2的直流母线上的断路器关断，永磁同步电机的第一套绕组形成星形连接，第二套绕组被短路，逆变器1工作为第一套绕组提供三相交流电，第二套绕组和逆变器2闲置，或者也可以协调第一套绕组和逆变器1工作，逆变器2在驱动第二套绕组时采用弱磁控制技术，保证在高速区第二套绕组端电压不会超过逆变器2的电压极限圆.

就整个***的调速功能来说，在低速时，采用转速和电流的双闭环控制策略，可以实现最大转矩电流比控制（最大转矩电流比控制方法的详细内容可参考唐任远院士主编的《现代永磁电机》书中关于永磁同步电机最大转矩电流比控制原理），控制电机的输出电磁转矩最大，此时是单逆变器工作，随着转速的升高，电机绕组端电压达到单逆变器的电压极限值，该转速为第一基速。在转速超过第一基速，进入中速区时，仍然可以实现最大转矩电流比控制算法，此时是双逆变器驱动永磁同步电机，因此在矢量控制算法上采用了双逆变器SVPWM策略，双逆变器的12个功率管的开关信号原理与单逆变器6个功率管的开关信号原理一样，其最终目的是实现永磁同步电机三相绕组交流正弦电的给定；当转速进一步升高，电机绕组端电压达到双逆变器的电压极限值，该转速为第二基速。当转速超过第二基速，不立即采取绕组切换，其原因主要是在第二基速时采用的是两套绕组同时工作的最大转矩电流比控制，如果切换后只有第一套绕组工作，输出转矩将会急剧减小，给调速***带来电气和机械上的冲击。本发明在转速超过第二基速后设置一段弱磁扩速区，在弱磁扩速区不进行绕组切换，而改为弱磁控制方法对电机进行控制，当转速达到某一值，两套绕组工作时电机的输出电磁转矩等于切换后第一套绕组工作的最大输出转矩后进行绕组切换，从而避免了电磁转矩的突变，改善***动态特性；另外，由于切换后第一套绕组反电势远未达到逆变器的电压极限圆，可以进一步扩展电机的运行范围。

实施例2、

图2（b）显示了本发明的可切换绕组的永磁同步电机驱动***的另一种结构，与实施例1的结构不同之处在于，逆变器1和逆变器2分别由两个直流电源Udc1、Udc2独立供电。

实施例3、

图2（c）显示了本发明的可切换绕组的永磁同步电机驱动***的又一种结构，如图所示，本实施例中的绕组开关变换装置包括三个首尾顺次相连形成三角形连接的晶闸管；晶闸管之间的三个连接点分别与所述三个中间抽头连接，三个晶闸管的门极分别与所述***控制器信号连接。

其工作原理和过程与实施例1中的绕组开关变换器装置类似，当需要实现绕组切换时，***控制器给出一个控制信号，分别同时给三个晶闸管的门极，控制三个晶闸管的开通和关断。当三个晶闸管全部开通时，如图2（c）所示，永磁同步电机的三相绕组的三个中间抽头连接在一起形成一个结点，其作用与实施例1中的绕组开关变换器装置一样。当三个晶闸管全部关断时，三相绕组的两部分直接串联，不影响其正常运行工作。三个晶闸管的开通和关断是同步的。

实施例4、

图2（d）显示了本发明的可切换绕组的永磁同步电机驱动***的再一种结构，与实施例3的结构不同之处在于，逆变器1和逆变器2分别由两个直流电源Udc1、Udc2独立供电。

本发明驱动***的矢量控制如图3所示（以实施例1的结构为例），其特殊性在于具有转速范围判断和控制方式选择功能，而转速判断范围和控制方式选择是依据图4所示绕组切换控制策略示意图给出的，图中T₁和T₂分别为双绕组工作和第一套绕组工作时，永磁同步电机输出的最大转矩；n₁为第一基速（第一转速阈值），即单逆变器驱动永磁同步电机的两套串联绕组输出最大转矩工作时达到的最大转速；n₂为第二基速（第二转速阈值），即双逆变器驱动永磁同步电机的两套串联绕组输出最大转矩工作时达到的最大转速；n₃为当双逆变器驱动永磁同步电机的两套串联绕组通过弱磁控制升速后其输出转矩与单逆变器驱动第一套绕组时最大输出转矩相同时的转速，即第三转速阈值。如图3所示，整个***控制的关键在于转速判断选择***工作模式，根据转速的范围可以得到两个逆变器直流母线上的断路器的控制信号（图3中未画出两个断路器的控制信号线）、绕组开关变换器的开关管控制信号、以及采用弱磁控制时矢量控制***的弱磁电流（直轴电流）给定量。

首先，通过位置传感器获取永磁同步电机转子位置和转速信息，根据电机转速判断决定整个驱动***的工作模式。

当转速小于第一基速，此时***工作在低速区，***控制器给出逆变器1直流母线断路器开通和逆变器2直流母线断路器关断的信号，同时控制绕组开关变换器的开关管为关断，另外保证逆变器2上桥臂三个功率开关管完全开通，实现了第一套绕组和第二套绕组串联后形成三相星型连接。两套三相绕组各相串联后用逆变器1供电，逆变器2控制上桥臂的三个驱动信号为开通，下桥臂的三个驱动信号为关断；逆变器1的六个开关管的控制信号的给定依据传统三相永磁同步电机的矢量控制形成SVPWM波形的原则输出驱动控制信号。***的控制策略为最大转矩电流比控制，电流闭环的直轴电流可以据此得到。

当转速大于第一基速而小于第二基速时，此时***工作在中速区，双逆变器驱动***控制器给出逆变器1直流母线断路器和逆变器2直流母线断路器开通的信号，同时控制绕组开关变换器的开关管为关断，第一套绕组和第二套绕组串联，三相绕组的两个端部分别接上逆变器1和逆变器2，此时逆变器1和逆变器2串联工作，逆变器1和逆变器2的十二个开关管的控制信号的给定依据绕组开路三相永磁同步电机双逆变器驱动矢量控制***形成SVPWM波形的原则输出驱动信号。***仍然采用最大转矩电流比控制策略，电流闭环的直轴电流可以据此得到。

当转速大于第二基速后，***控制策略改变，不再采用最大转矩电流比控制，此时选择弱磁控制，电流闭环的直轴电流将根据弱磁控制的要求给定，并且影响交轴电流，因此相应的输出转矩减小。随着速度的进一步上升，输出转矩相应减小，当转速达到，两套绕组同时工作的输出转矩等于第一套绕组工作时输出的最大转矩时，采取绕组切换措施，采用一个逆变器工作，即双逆变器驱动***控制器给出逆变器1直流母线断路器开通和逆变器2直流母线断路器关断的信号，同时控制绕组开关变换器的开关管为开通，第一套绕组形成三相星型连接，第二套绕组被短路，逆变器2闲置备用；采用两个逆变器并联工作时，即双逆变器驱动***控制器给出逆变器1直流母线断路器和逆变器2直流母线断路器开通的信号，同时控制绕组开关变换器的开关管为开通，第一套绕组形成三相星型连接，第二套绕组也形成三相星型连接。逆变器1的六个开关管的控制信号的给定依据传统三相永磁同步电机的矢量控制形成SVPWM波形的原则输出驱动控制信号，逆变器2的六个开关管的控制信号的给定依据传统三相永磁同步电机的矢量控制形成SVPWM波形的原则输出驱动控制信号。两个逆变器的驱动信号是独立控制的，***的控制策略为最大转矩电流比控制，电流闭环的直轴电流可以据此得到。

Claims (5)

1. 一种可切换绕组的永磁同步电机驱动***，其特征在于，包括：定子三相电枢绕组端部打开的永磁同步电机、第一逆变器、第二逆变器、绕组开关变换装置和***控制器；通过在每相绕组中设置中间抽头，所述永磁同步电机的定子三相电枢绕组被分为两套串联的绕组：第一三相绕组、第二三相绕组，这两套三相绕组分别与第一逆变器的输出端、第二逆变器的输出端连接；第一逆变器和第二逆变器的直流母线的高电位端分别连接有一个可控开关装置，可分别通过所述可控开关装置开通/关断第一逆变器、第二逆变器与直流电源的连接；绕组开关变换装置与所述中间抽头连接，可实现第一三相绕组和第二三相绕组串联工作，以及第一三相绕组/第二三相绕组单独工作，这两种绕组工作状态的切换；所述***控制器分别与绕组开关变换装置、第一逆变器、第二逆变器、两个可控开关装置信号连接。

2.如权利要求1所述可切换绕组的永磁同步电机驱动***，其特征在于，所述绕组开关变换装置包括一个三相全波整流桥、一个功率开关元件，该功率开关元件的集电极、发射极分别与所述三相全波整流桥的共阳极、共阴极连接，该功率开关元件的基极与所述***控制器信号连接，三相全波整流桥的三相输入端分别与所述三个中间抽头连接。

3.如权利要求1所述可切换绕组的永磁同步电机驱动***，其特征在于，所述绕组开关变换装置包括三个首尾顺次相连形成三角形连接的晶闸管；晶闸管之间的三个连接点分别与所述三个中间抽头连接，三个晶闸管的门极分别与所述***控制器信号连接。

4.如权利要求1所述可切换绕组的永磁同步电机驱动***，其特征在于，***控制器

根据所述永磁同步电机的转速控制所述两个可控开关装置、第一逆变器、第二逆变器及绕组开关变换装置，具体如下：

当所述永磁同步电机的转速低于第一转速阈值时，***控制器通过绕组开关变换装置将绕组工作状态切换为第一三相绕组和第二三相绕组串联工作的状态，并通过控制两个可控开关装置使得第一逆变器/第二逆变器与直流电源的连接开通，第二逆变器/第一逆变器与直流电源的连接关断；***控制器采用最大转矩电流比控制方法对永磁同步电机进行控制；

当所述永磁同步电机的转速大于等于第一转速阈值且小于第二转速阈值时，***控制器通过绕组开关变换装置将绕组工作状态切换为第一三相绕组和第二三相绕组串联工作的状态，并通过控制两个可控开关装置使得第一逆变器、第二逆变器与直流电源的连接同时开通；***控制器采用基于双逆变器SVPWM策略的最大转矩电流比控制方法对永磁同步电机进行控制；

当所述永磁同步电机的转速大于等于第二转速阈值且小于第三转速阈值时，***控制器通过绕组开关变换装置将绕组工作状态切换为第一三相绕组和第二三相绕组串联工作的状态，并通过控制两个可控开关装置使得第一逆变器、第二逆变器与直流电源的连接同时开通；***控制器采用弱磁控制方法对永磁同步电机进行控制；

当所述永磁同步电机的转速大于等于第三转速阈值时，***控制器通过绕组开关变换装置将绕组工作状态切换为第一三相绕组/第二三相绕组单独工作的状态，并通过控制两个可控开关装置使得第一逆变器/第二逆变器与直流电源的连接开通，或者第一逆变器、第二逆变器与直流电源的连接同时开通；***控制器采用最大转矩电流比控制方法对永磁同步电机进行控制；

所述三个转速阈值满足：第一转速阈值<第二转速阈值<第三转速阈值。

5.如权利要求4所述可切换绕组的永磁同步电机驱动***，其特征在于，所述第三转速阈值按照以下方法确定：在永磁同步电机的转速上升至第二转速阈值后，利用弱磁控制方法限制永磁同步电机端电压不超过逆变器电压极限圆，当电机转速进一步上升达到某一值时，两套绕组工作时永磁同步电机的输出电磁转矩等于切换后第一套绕组工作的最大输出转矩，此时该转速值即为第三转速阈值。

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