新能源汽车电子及空调技术0416 新能源汽车电子技术锂离子电池系统结构 3.5新能源汽车电子技术永磁同步电机.ppt

新能源汽车电子及空调技术 一、学习目标 能掌握永磁同步电机的结构 组成能理解永磁同步电机的工作原理 二、学习内容 一、结构组成 二、工作原理 永磁同步电机的分类 按照永磁体结构分类：表面永磁同步电动机（SPMSM）、内置式永磁同步电动机（IPMSM）。 按照定子绕组感应电势波形分类：正弦波永磁同步电动机、无刷永磁直流电动机 永磁同步电机的结构 永磁体的放置方式对电动机性能影响很大。表面式转子结构—永磁体位于转子铁芯的外表面，这种转子结构简单，但产生的异步转矩很小，仅适合于启动要求不高的场合，很少应用。内置式转子结构—永磁体位于鼠笼导条和转轴之间的铁芯中，启动性能好，目前的绝大多数永磁同步电动机都采用这种结构。永磁同步电动机，其结构见图 定子 定子是由导磁的定子铁芯和导电的定子绕组以及固定铁心和绕组用的一些部件组成。这些部件是机座、铁心压板、绕组支架等等。 为了减少定子铁心里的铁损耗，定子铁心是由硅钢片叠装而成，当定子铁心外径较大时，用扇形的硅钢片来拼成一个整圆。在叠装时，把每层的接缝错开，以减少铁心的涡流损耗。 定子铁心内圆开有槽，槽内放置定子绕组。定子槽形一般都做成开口槽，便于嵌线。定子绕组是由许多线圈联接而成，每个线圈又是由多股铜线绕制成的 定子铁芯嵌有三相绕组，按照8极48槽双层叠式绕制 电机机座 定子安装在机座内，机座是整个电机安装的基础，机座壁内有冷却水通道，通道是螺旋状环绕机座，分两层制作，两个冷却水管接头是冷却水的进出口。 在机座两端有端盖，端盖封闭电机并支撑转子，前端盖是传动端的端盖，后端盖是非传动端的端盖，如图 转子 将永磁磁极按N极和S极顺序排列组成交流永磁电机的磁性转子。按照永磁体在转子上的安装方式，可以把转子分为表面永磁式和内置永磁式转子。 这种永磁同步电动机不能直接通三相交流的起动，因转子惯量大，磁场旋转太快，静止的转子根本无法跟随磁场旋转。这种永磁同步电动机多用在变频调速场合，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，是一种很好的变频调速电动机。 凸装式永磁转子 永磁同步电动机与普通异步电动机的不同是转子结构，转子上安装有永磁体磁极，图左就是一个安装有永磁体磁极的转子，永磁体磁极安装在转子铁芯圆周表面上，称为凸装式永磁转子。磁极的极性与磁通走向图右，这是一个4极转子。 根据磁阻最小原理，也就是磁通总是沿磁阻最小的路径闭合，利用磁引力拉动转子旋转，于是永磁转子就会跟随定子产生的旋转磁场同步旋转。 嵌入式永磁转子 图左是另一种安装有永磁体磁极的转子，永磁体磁极嵌装在转子铁芯表面，称为嵌入式永磁转子。磁极的极性与磁通走向见图右，这也是一个4极转子。 笼型绕组永磁铁芯转子 通过在永磁转子上加装笼型绕组，接通电源旋转磁场一建立，就会在笼型绕组感生电流，转子就会像交流异步电动机一样起动旋转。这就是异步起动永磁同步电动机，是近些年开始普及的节能电机。 一般交流感应电动机的磁极数量增大以后，电动机在同样的转速下，工作频率随之增加，定子的铜损耗和铁损耗也相应的增加，将导致功率系数急剧下降。而交流永磁电机的磁极增至一定数量以后，不仅对电机的性能没有明显的影响，还可以有效地减小电机的尺寸和质量。 笼型绕组永磁铁芯转子 笼型绕组永磁铁芯 笼型绕组永磁转子 永磁同步电机的工作原理 与交流感应电动机相比，永磁同步电动机必须装有转子位置传感器，用来检测转子位置，并以此对电枢电流进行控制，达到对永磁同步电动机的控制目的。 永磁同步电动机的工作原理与交流同步电动机相似，动力蓄电池电源经逆变器变换为电压可调的三相正弦波电压，输入给永磁同步电动机的三相对称绕组，产生三相对称电流，在正弦波电流和永磁磁动势的作用下产生电磁转矩，带动转子随着旋转磁场以相同的旋转速度旋转 永磁同步电机的特性 1、电压的调节 自动调节励磁系统可以看成为一个以电压为被调量的负反馈控制系统。无功负荷电流是造成发电机端电压下降的主要原因，当励磁电流不变时，发电机的端电压将随无功电流的增大而降低。但是为了满足用户对电能质量的要求，发电机的端电压应基本保持不变，实现这一要求的办法是随无功电流的变化调节发电机的励磁电流。 2、无功功率的调节： 发电机与系统并联运行时，可以认为是与无限大容量电源的母线运行，要改变发电机励磁电流，感应电势和定子电流也跟着变化，此时发电机的无功电流也跟着变化。当发电机与无限大容量系统并联运行时，为了改变发电机的无功