CPPM混合勵磁同步電機及控制系統

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CPPM同步電動機是一種并聯型混合勵磁驅動電機，電樞鐵心分成兩部分，通過導磁機殼將兩部分鐵心從機械和磁路上耦合起來；類似地，轉子部分也分成兩段，同樣通過轉子鐵心磁軛將兩段耦合起來。定子鐵心槽內安放一套三相交流繞組，定子鐵心中間嵌放了直流勵磁繞組，在勵磁繞組中通入直流勵磁電流可以有效地控制氣隙磁通。與永磁同步電動機相比，CPPM同步電動機具有以下優勢：（1） CPPM同步電動機轉子上裝有鐵極，勵磁磁阻小，調磁能力強，而且通過改變勵磁電流的方向可以實現反向調磁，調磁范圍寬，調磁損耗小，效率高。由于電樞磁場主要走鐵極磁路，永磁極無退磁風險。（2）CPPM同步電動機轉子上一半是鐵極，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機減少約一半。如到2020年500萬輛電動汽車采用CPPM同步電動機驅動，每臺電機按0.6 kG釹鐵硼計算，可少用3000噸高牌號燒結釹鐵硼。（3） CPPM同步電動機高速時若失去弱磁控制，其氣隙磁通只有永磁同步電動機的一半左右，此時電樞繞組感應電動勢也會減半，基本上可以控制在安全電壓范圍內。如2010年Prius永磁同步電動機失去弱磁、最高轉速時的峰值電壓為其直流供電電壓近一倍，若采用CPPM同步電動機驅動，失去弱磁、最高轉速時的峰值電壓接近直流供電電壓。（4）CPPM同步電動機矢量控制策略比較靈活，它有3個電流（即勵磁電流if、直軸電流id和交軸電流iq）可以用來控制，使CPPM同步電動機在恒轉矩區和恒功率區的效率優化成為可能。（5）CPPM同步電動機增磁和弱磁時對氣隙磁場以及電樞繞組電動勢波形影響小。應特別說明的是，與永磁同步電動機相比，CPPM同步電動機需增設導磁機殼和直流勵磁繞組，因而會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同步電動機的材料成本還會有下降。以表1日本Meidensha公司電動汽車50 kW CPPM同步電動機樣機材料消耗為例，導磁機殼材料約20 kG（以6元/kG計），勵磁繞組漆包線約2 kG（以70元/kG計），釹鐵硼用量約0.6 kG（以1000元/kG計），三種材料成本合計為860元。永磁同步電動機釹鐵硼用量1.2 kG，磁鋼成本為1200元，CPPM同步電動機新增材料成本還少340元。此外，CPPM同步電動機直流勵磁繞組位于電機定子側，不需要采用電刷和滑環機構送入勵磁電流，免維護，可靠性高，如同時采用內置式轉子，完全可以滿足電動汽車驅動電機高轉速的要求。