学习手册(永磁同步电机控制技术) .pdfVIP

《纯电动汽车构造与检修》在线课程

永磁同步电机的控制

您的学习任务

学习永磁同步电机起动、调速以及制动方法。

相关知识

一、三相永磁同步电机起动三相同步电动机的主要缺点是自身没有启动转矩，因此无

法自己起动。在永磁同步电机转子静止时，在其电源端加上三相额定频率的工作电源，永磁

同步电机转子是无法正常起动的。甚至电机转子转速不高，与同步转速相差比较大的情况

下，在电机定子上加上额定频率的电源，同步电机转子也会静止下来。同步电动机电枢接

入三相电网，电机内建立起旋转磁场。转速ω的建立过程用时很短，可以认为电枢绕组接

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通电源的瞬间，旋转磁场的转速立刻达到。转子为永久磁场，其磁场与电枢边的旋转磁场

之间作用产生磁力，企图使转子启动起来。以一个定子磁场为观察对象，它以很高的转速经

过转子极，对转子极作用，遇到异性磁极时产生吸引力，遇到同性磁极时产生排斥力。由

于转子机械惯量大，电磁力短暂的作用不可能使转子同步旋转。因此，同步电动机电枢绕组

的旋转磁势对转子直流励磁没有启动转矩，即同步电动机基本机是不会自启动的。所以永

磁电机必须采取一定的方法才能起动。一般有三种起动法：拖动起动法、异步起动法、变

频起动法。

1、拖动起动法

图4-15同步电机拖动起动法

图4-15为同步电机拖动起动法图。在起动时，由异步电动机将同步电机拖入异步转速。

当电机进入较高速时，再由同步电机自行进入同步状态运行。利用此方法起动时要求异步电

机和同步电机的极对数是相同的。这样异步电机可以将同步电机拖入与其同步转速相差不多

的转速。异步电机的额定功率与同步电机功率P=（10%~20%）P。在新能源汽车中，由于安

异N

装问题，不能采用此种方法进行起动同步电机。

2、异步起动法

图4-16同步电机异步起动法电气原理图

图4-16为同步电动机的异步起动法原理图。起动时将2QS打到左边，将转子绕组电路中

串入（5~10）R起动电阻。串入起动电阻的目的是降低起动电流。此时即为绕线式异步电动

f

机转子串电阻起动。在起动后再把2QS打到右边，将起动电阻抛开。通过电源和Rf给转子绕

组通电励磁，在转子中产生磁场，将异步起动后的电机牵入同步转速。

但新能源汽车中一般使用的是永磁同步电机，也就是说电机转子中不存在励磁绕组，取

而代之的是永久磁铁。这时就可在转子表面加装笼型起动绕组。在起动时就可按鼠笼型异步

电机的方法进行起动，起动后再由于转子是永久磁铁，将其拖入同步转速。

由于汽车所带负载变化范围很大，例如汽车的上坡和下坡。所带负载太大，有可能使同

步电机失速而停止，所以在新能源汽车中，通常采用旋转变压器或者霍尔传感器来检测电动

机转子位置，以便改变电机同步转速而不至于电机停止。

3、变频起动法

启动时变频器输出频率从0开始上升到工作频率，电机则跟随变频器输出频率同步旋转。

此时由旋转变压器或其霍尔传感器等检测转子位置，从而可以决定电源频率的变化快慢。如

图4-17所示。

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图4-17同步电机变频起动图在新能源汽车中，由动力电池提供直流电源。再

经电机控制器将直流电变为频率可调的三相交流电。电机的转速n=60f/p，由于电

机的极对数不易改变，同时改变极对数也只能是有极调速，所以采用调节频率的方

法。当频率f由0开如往上变化时，电机转速也就随着频率的增加而增大。在此起

动中，由于电机控制器的技术发展已经比较成熟，所以在新能源汽车中一般采用此

法。

二、三相永磁同步电机调速同步电机的调速采用变频调速的方式进行调速。就频

率控制的方法而言，同步电动机变压变频调速系统可以分为他控变频和自控变频两大

类。

1）他控式变频调速

和异步电动机变压变频调速一样，用独立的变压变频装置给同步电动机供电的

系统称为他控变频调速系统。

①若保持U/f=常数，则可