CPPM混合励磁同步电机及控制系统

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CPPM同步电动机是一种并联型混合励磁驱动电机，电枢铁心分成两部分，通过导磁机壳将两部分铁心从机械和磁路上耦合起来；类似地，转子部分也分成两段，同样通过转子铁心磁轭将两段耦合起来。定子铁心槽内安放一套三相交流绕组，定子铁心中间嵌放了直流励磁绕组，在励磁绕组中通入直流励磁电流可以有效地控制气隙磁通。与永磁同步电动机相比，CPPM同步电动机具有以下优势：（1） CPPM同步电动机转子上装有铁极，励磁磁阻小，调磁能力强，而且通过改变励磁电流的方向可以实现反向调磁，调磁范围宽，调磁损耗小，效率高。由于电枢磁场主要走铁极磁路，永磁极无退磁风险。（2）CPPM同步电动机转子上一半是铁极，一半是永磁极，相同容量条件下，其磁钢用量比永磁同步电动机减少约一半。如到2020年500万辆电动汽车采用CPPM同步电动机驱动，每台电机按0.6 kG钕铁硼计算，可少用3000吨高牌号烧结钕铁硼。（3） CPPM同步电动机高速时若失去弱磁控制，其气隙磁通只有永磁同步电动机的一半左右，此时电枢绕组感应电动势也会减半，基本上可以控制在安全电压范围内。如2010年Prius永磁同步电动机失去弱磁、最高转速时的峰值电压为其直流供电电压近一倍，若采用CPPM同步电动机驱动，失去弱磁、最高转速时的峰值电压接近直流供电电压。（4）CPPM同步电动机矢量控制策略比较灵活，它有3个电流（即励磁电流if、直轴电流id和交轴电流iq）可以用来控制，使CPPM同步电动机在恒转矩区和恒功率区的效率优化成为可能。（5）CPPM同步电动机增磁和弱磁时对气隙磁场以及电枢绕组电动势波形影响小。应特别说明的是，与永磁同步电动机相比，CPPM同步电动机需增设导磁机壳和直流励磁绕组，因而会增加一些铜铁材料成本，但由于磁钢用量减小了一半，两者相抵，CPPM同步电动机的材料成本还会有下降。以表1日本Meidensha公司电动汽车50 kW CPPM同步电动机样机材料消耗为例，导磁机壳材料约20 kG（以6元/kG计），励磁绕组漆包线约2 kG（以70元/kG计），钕铁硼用量约0.6 kG（以1000元/kG计），三种材料成本合计为860元。永磁同步电动机钕铁硼用量1.2 kG，磁钢成本为1200元，CPPM同步电动机新增材料成本还少340元。此外，CPPM同步电动机直流励磁绕组位于电机定子侧，不需要采用电刷和滑环机构送入励磁电流，免维护，可靠性高，如同时采用内置式转子，完全可以满足电动汽车驱动电机高转速的要求。