《电动汽车电机控制与驱动技术》课件项目四 永磁同步电动机类型及其控制技术.pptVIP

项目四 永磁同步电动机类型及其控制技术 第一节 永磁同步电机类型 永磁电机有多种分类方法，根据输入电机接线端的电流种类可分为，永磁直流电机和永磁交流电机。由于永磁交流驱动电机没有电刷、换向器或集电环，因此也可称为永磁无刷电机。 根据输入电机接线端的交流波形，永磁无刷电机可分为永磁同步电机和永磁无刷直流电机。输入永磁同步电机的是交流正弦或者近似正弦波，采用连续转子位置反馈信号来控制换向；而输入永磁无刷直流电机的是交流方波，采用离散转子位置反馈信号控制转向。 第二节 永磁同步电机的结构和工作原理 三相永磁同步电动机具有定子三相分布的绕组和永磁转子，在磁路结构和绕组分布上保证反电动势波形为正弦波，为了进行磁场定向控制，输入到定子的电压和电流也为正弦波。 (1)内置式永磁同步电机 内置式永磁同步电机按永磁体磁化方向可分为径向式、切向式和混合式，在有阻尼绕组情况下，如图4-1所示。内置式永磁同步电机转子由于内部嵌入永磁体，导致转子机械结构上的凸极特性。 (2)外置式永磁同步电机 外置式永磁同步电机根据永磁体是否嵌入转子铁心中，可以分为面贴式和插入式两种电机，如图4-2所示。 第三节 永磁同步电机的性能特点 永磁同步电机的功率因数大、效率高、功率密度大，是一种比较理想的驱动电机。 (1)电机效率 永磁同步电机低速效率较低，如何通过设计降低低速损耗，减小低速额定电流是目前研究的热点之一。 (2)电机的弱磁能力 永磁同步电机由于转子是永磁体励磁，随着转速的升高，电动机电压会逐渐达到逆变器所能输出的电压极限，这时要想继续升高转速只有靠调节定子电流的大小和相位增加直轴去磁电流来等效弱磁提高转速。 图4-3永磁同步电机的驱动特性 (1)高的短时功率、转矩密度和宽调速范围。低速(恒转矩区)运行应能够提供大转矩，以满足起动、爬坡等要求；能够提供高转速，以满足汽车高速行驶及超车的要求； (2)在整个运行范围内具有高效率。目的是增加电动汽车一次充电的行驶距离； (3)有较强的过载能力、快速的动态响应及良好的加速性能。目的是适应路面变化及频繁起动和刹车等复杂运行工况； (4)可靠性高，重量轻，体积小，成本合理。电动汽车的性能指标主要包括：静加速度、经济车速、最高车速、爬坡度、续驶里程。 第四节 永磁同步电机控制技术 控制策略方面，永磁同步电机控制系统可以采用矢量控制（磁场定向控制）或直接转矩控制等的先进控制策略。采用矢量控制的策略，通过三闭环电流闭环、磁极位置闭环和转速闭环对电机进行控制。 矢量控制最初是应用于异步电机，基本原理是检测和 控制异步电机定子电流矢量，根据磁场定向原理，对异步电机的励磁电流和转矩电流进行控制，以达到控制异步电机转矩为目的。具体原理是将异步电机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量（励磁电流）和产生转矩的电流分量（转矩电流），并分别加以控制，主要是控制两分量的幅值和相位，也就是控制定子电流矢量，因此称这种控制方式为矢量控制方式。 1）最大转矩／电流控制 一般采用最大转矩／电流比的控制方法实现电机的恒转矩控制。 在恒转矩控制的控制过程中，随着电机转速的增大，电枢绕组反电动势也有所增加。当增大到逆变器的允许最大输出电压Uslim时，电动机的转速也就达到恒转矩控制时的最高转速。 2）id =0控制 从本质上id =0控制也属于最大转矩／电流比控制，它相对于面贴式永磁同步电机来说的。由于其dq轴的电感基本相等，其d轴上的电流为0。因此，采用id =0控制策略时，定子电流中只有交流分量，而且定子磁动势空间矢量与转子永磁体产生的磁场空间矢量正交，定子电流只有转矩分量。 如果在永磁同步电机的整个运行过程中保证id =0，转矩将只受到电子电流q轴分量iq的作用。这样，产生相同转矩的条件下，所需的定子电流最小，可以大大降低铜耗，从而提高电机系统的效率。 采用id =0的转子磁链定向矢量控制具有以下的特点： (1)转子磁链ψf与定子电流q轴转矩分量iq解耦，互相独立； (2)定子电流d轴的励磁分量为0，永磁同步电机的数学模型进一步化简； (3)随着负荷增加，定子电流增大这样会造成同步电机功率因素的降低。 3）弱磁控制 通过以上对id=0控制策略的分析可知，它主要是针对转矩的控制，因此若需要改善电机在其他工作区间内的调速性能时，就需要进行弱磁控制。