CPPM混合勵(lì)磁同步電機(jī)及控制系統(tǒng)

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CPPM同步電動(dòng)機(jī)是一種并聯(lián)型混合勵(lì)磁驅(qū)動(dòng)電機(jī)，電樞鐵心分成兩部分，通過導(dǎo)磁機(jī)殼將兩部分鐵心從機(jī)械和磁路上耦合起來；類似地，轉(zhuǎn)子部分也分成兩段，同樣通過轉(zhuǎn)子鐵心磁軛將兩段耦合起來。定子鐵心槽內(nèi)安放一套三相交流繞組，定子鐵心中間嵌放了直流勵(lì)磁繞組，在勵(lì)磁繞組中通入直流勵(lì)磁電流可以有效地控制氣隙磁通。與永磁同步電動(dòng)機(jī)相比，CPPM同步電動(dòng)機(jī)具有以下優(yōu)勢：（1） CPPM同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上裝有鐵極，勵(lì)磁磁阻小，調(diào)磁能力強(qiáng)，而且通過改變勵(lì)磁電流的方向可以實(shí)現(xiàn)反向調(diào)磁，調(diào)磁范圍寬，調(diào)磁損耗小，效率高。由于電樞磁場主要走鐵極磁路，永磁極無退磁風(fēng)險(xiǎn)。（2）CPPM同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上一半是鐵極，一半是永磁極，相同容量條件下，其磁鋼用量比永磁同步電動(dòng)機(jī)減少約一半。如到2020年500萬輛電動(dòng)汽車采用CPPM同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，每臺(tái)電機(jī)按0.6 kG釹鐵硼計(jì)算，可少用3000噸高牌號(hào)燒結(jié)釹鐵硼。（3） CPPM同步電動(dòng)機(jī)高速時(shí)若失去弱磁控制，其氣隙磁通只有永磁同步電動(dòng)機(jī)的一半左右，此時(shí)電樞繞組感應(yīng)電動(dòng)勢也會(huì)減半，基本上可以控制在安全電壓范圍內(nèi)。如2010年P(guān)rius永磁同步電動(dòng)機(jī)失去弱磁、最高轉(zhuǎn)速時(shí)的峰值電壓為其直流供電電壓近一倍，若采用CPPM同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，失去弱磁、最高轉(zhuǎn)速時(shí)的峰值電壓接近直流供電電壓。（4）CPPM同步電動(dòng)機(jī)矢量控制策略比較靈活，它有3個(gè)電流（即勵(lì)磁電流if、直軸電流id和交軸電流iq）可以用來控制，使CPPM同步電動(dòng)機(jī)在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)的效率優(yōu)化成為可能。（5）CPPM同步電動(dòng)機(jī)增磁和弱磁時(shí)對(duì)氣隙磁場以及電樞繞組電動(dòng)勢波形影響小。應(yīng)特別說明的是，與永磁同步電動(dòng)機(jī)相比，CPPM同步電動(dòng)機(jī)需增設(shè)導(dǎo)磁機(jī)殼和直流勵(lì)磁繞組，因而會(huì)增加一些銅鐵材料成本，但由于磁鋼用量減小了一半，兩者相抵，CPPM同步電動(dòng)機(jī)的材料成本還會(huì)有下降。以表1日本Meidensha公司電動(dòng)汽車50 kW CPPM同步電動(dòng)機(jī)樣機(jī)材料消耗為例，導(dǎo)磁機(jī)殼材料約20 kG（以6元/kG計(jì)），勵(lì)磁繞組漆包線約2 kG（以70元/kG計(jì)），釹鐵硼用量約0.6 kG（以1000元/kG計(jì)），三種材料成本合計(jì)為860元。永磁同步電動(dòng)機(jī)釹鐵硼用量1.2 kG，磁鋼成本為1200元，CPPM同步電動(dòng)機(jī)新增材料成本還少340元。此外，CPPM同步電動(dòng)機(jī)直流勵(lì)磁繞組位于電機(jī)定子側(cè)，不需要采用電刷和滑環(huán)機(jī)構(gòu)送入勵(lì)磁電流，免維護(hù)，可靠性高，如同時(shí)采用內(nèi)置式轉(zhuǎn)子，完全可以滿足電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)高轉(zhuǎn)速的要求。