永磁电机概述-课件.pptVIP

*IPM的优势在于减少电枢反应的退磁和在高速运转时离心力的防护，更重要的是该结构适用于电机的弱磁控制。由于d轴和q轴磁阻的不同，提供的附加磁阻转矩也不同，可改善电机的恒功率运行范围。永磁电机概述INITIALELECTROMAGNETICDESIGNCHOICESA.RadialorAxialFlux?B.Ratings,MotorClasses,andTRV（torque-per-unit-rotorVolume）C.ACorDCControl?D.ChoiceofRotorsE.Pole-NumberSelectionF.Noise,Vibration,CoggingTorque,andTorqueRippleG.WindingArrangementH.MagnetSelectionandPC（permeancecoef?cient）I.SteelSelectionandIronLossJ.InsulationSystems,SlotFill,andMechanicalAspectsofRotorStructureACorDCControl?无刷永磁电机分为两种类型：AC、DC两种类型永磁电机的设计有着不同的要求，与其反电动势波形及转子位置检测有关AC：相电流是正弦的，逆变器每个桥臂是180?导通，使用位置编码器，脉宽调制DC：电流波形是梯形的，120?导通，用三个霍尔探测器检测开关位置。因此交流（AC）电机需要由永磁转子产生正弦的反电动势

直流电机（DC）需要梯形的反电动势波形E、I一相反电动势和电流的幅值在一相绕组正向导通120°范围内，输入线电流I为恒值其一相反电动势为恒值转子角速度为?时一相绕组产生的电磁转矩Tep，总电磁转矩T为DC运行特性1）对应梯形反电势的全距和集中绕组2）高的功率密度3）霍尔效应管用于检测正确的电流开关位置（低损耗）4）适于电力驱动AC运行特性1)对应正弦反电动势和平滑运行的分布的分数槽绕组2)更好的控制及延伸的弱磁3)轴上的旋转编码器用以控制电流（高成本）4)适于伺服驱动及驱动需要高质量的弱磁能力ChoiceofRotors转子的两种最基本的拓扑有一点突出的表面磁铁，常用于DC电动机中嵌入式磁铁，有显著的凸极，主要用于AC电机图2表面和内置的永磁四极电机红、蓝色是相反极化的磁铁，灰色是叠片式铁心a）非凸极的表面磁铁转子b）凸极内置式磁铁转子（IPM）对表面磁铁非凸极转子，Xd=Xq，如图2（a）对凸极转子，⑴XqXd，其优点是峰值转矩从q轴移一个距d轴约100~120电角的角度，这意味着当电流在q轴上时，若出现一个瞬时过载，将会有一个额外的转矩将电机拉回正确的触发角，防止磁极滑动。⑵凸极同时还提供了一个额外的磁阻转矩。图3（a）串联充磁并联充磁对应非凸极电机，则Xd=Xq，图3b）为对应非凸极电机的等效电路。两种类型转子的稳态向量图见图3（a）电动机惯例图3（c）对应凸极电机，稳态等效电路分为d、q两个电路。在低饱和的情况下，Xd和Xq是相互独立的，分别对应d轴和q轴的磁阻在高度饱和的情况下，d轴和q轴分量是交叉耦合的。所以Xd=f(Id,Iq)，Xq=f(Id,Iq).这发生在电流向量超前于q轴时，由图3可见，将有一个分量位于d轴上，它具有三个作用：有一个负的XdId向量在q轴上。它减少了电动机磁通，减少了高速时的铁耗它减少了要求逆变器输出的电压它引进了一个磁阻转矩如果转速超过基本同步速，则需要弱磁，这就需要内置式永磁转子（IPM）。简单的表面式永磁转子的弱磁能力受到限制。一般的，三相绕组产生的电流向量应该被放在转子q轴上，除非要用到弱磁。这是用在高于基本转速时，当逆变器电压已经达到最大值，而要求的电流最大值不能达到时。逆变器开关时间是超前的，可以达到约15~20?电角图1是一台小型4极DC控制电机转矩转速曲线。可以看出转矩范围由1500r/min扩展到约2500~3000r/min磁极表面的槽用于控制Xq的大小，它还可以控制交叉饱和，使电机运行更易于控制，更稳定。Pole-NumberSelectionDC电机趋向于选择低极数，（2,4,6等）ac电机趋向于选择高极数（8,12,16等）高的极数使分数槽绕组成为可能，极对数还是电机转速的函数。下列几点是要注意的：1）电机磁通在高频率下是不能改变的，否则将造成铁耗过高。在更高转速下可以用弱磁方法以限制铁耗2）磁通频率=转子旋转频率?