新能源汽车驱动电机技术 学习情境六 永磁同步电机.ppt

驱动电机及控制技术 学习情境六 永磁同步电机 学习任务1 永磁同步电机的基本结构 知识准备：永磁同步电动机（Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM )具有高效、高控制精度、高转矩密度、良好的转矩平稳性及低振动噪声的特点，通过合理设计永磁三路结构能获得较高的弱磁性能，在电动汽车驱动方面具有很高的应用价值，受到国内外电动汽车界的高度重视，是最具竞争力的电动汽车驱动电动机系统之一。 永磁同步电动机分为正弦波驱动电流的永磁同步电动机和方波驱动电流的永磁同步电动机。 学习任务1 永磁同步电机的基本结构 问题1：永磁同步电动机的定子组成是怎样的？ 定子与普通电动机基本相同，由电枢铁芯和电枢绕组构成。电枢铁芯一般采用0.5mm硅钢冲片叠压而成，对于具有高效率指标或频率较高的电动机，为了减少铁耗，可以考虑使用0.35mm的低损耗冷轧无取向硅钢片。电枢绕组则普遍采用分布、短距绕组；对于极数较多的电动机，则普遍采用分数槽绕组；需要进一步改善电动势波形时，也可以考虑采用正弦绕组或其它绕组。 学习任务1 永磁同步电机的基本结构 问题2：永磁同步电动机的转子组成是怎样的？ 转子主要由永磁体、转子铁心和转轴等构成。其中永磁体主要采用铁氧体永磁和钕铁硼永磁材料；转子铁心可根据磁极结构的不同，选用实心钢，或采用钢板或硅钢片冲制后叠压而成。 学习任务1 永磁同步电机的基本结构 问题3：永磁同步电动机的转子位置传感器是怎样工作的？ 目前，PMSM系统的位置传感器有很多种方式，像光电编码式、磁敏式、和电磁式等，也有控制精度要求相对较高的场合，采用正弦或余弦旋转变压器等位置传感器的，但无论哪种测量方式，其本质都是用来测量转子位置信息的，只是安装的体积、方便程度、成本及可靠性要求不同而已。 位置传感器将转子的位置信号电平反馈给控制芯片，控制芯片经过电流采样和数学变换，并根据反馈的位置信息经过闭环运算，重新按新的PWM占空比输出，来触发功率器件（IGBT或MOSFET），实际上逆变器是自控的，由自身运行来保证电机的转速和电流输入频率同步，并避免震荡和失步的发生。 学习任务2 永磁同步电机的工作原理 问题1：永磁同步电动机的驱动电路是怎样的？ 永磁同步电动机的驱动电路如图所示，定子转组产生旋转磁场的机理与感应电动机是相同的，其转子通过永久磁铁产生磁场，两个磁场相互作用产生转矩，定子绕组产生的旋转磁场，可看作是一对旋转磁极吸引转子的磁极随其一起旋转。永磁同步电动机带负载时，气隙磁场是永磁体磁动势和电枢磁动势共同建立的，电枢磁动势对气隙磁场有影响，电枢磁动势的基波对气隙磁场的影响称为电枢反应。 学习任务2 永磁同步电机的工作原理 问题2：永磁同步电机的工作原理是怎样的？ 图中n为电机转速，n0为同步转速，T为转矩，θ为功率角，电机的转子是一个永磁体，N、S极延圆周方向交替排列，定子可以看成是一个以速度n0旋转的磁场。电机运行时，定子存在旋转磁动势，转子像磁针在旋转磁场中旋转―样，随着定子的旋转磁场同步旋转。 同步电机转速可表示为 学习任务3 永磁同步电机的控制技术 问题1：什么是恒压频比开环控制？ 恒压频比开环控制的控制变量为电动机的外部变量即电压和频率，控制系统将参考电压和频率输入实现控制策略的调制器中，最后由逆变器产生一个交变的正弦电压施加在电动机的定子绕组上，使之运行在指定的电压和参考频率下。 学习任务3 永磁同步电机的控制技术 问题2：什么是矢量控制？ 矢量控制理论的基本思想：以转子磁链旋转空间矢量为参考坐标，将定子电流分解向正交的两个分量，一个与磁链同方向，代表定子电流励磁分量，另一个与磁链方向正交，代表定子电流转矩分量，分别对其进行控制，获得与直流电动机一样良好的动态特性。 学习任务3 永磁同步电机的控制技术 问题2：什么是矢量控制？ 矢量控制本身也存在如下的缺陷。 1）转子磁链的准确观测存在一定的难度，转子磁链的计算对电动机的参数有较强的依顿性，因此对参数变化较为敏感。 2）由于需要进行解耦运算，采用了矢量旋转变换，系统计算比较复杂。 学习任务3 永磁同步电机的控制技术 问题3：什么是直接转矩控制？ 学习任务3 永磁同步电机的控制技术 问题3：什么是直接转矩控制？ 通过检测逆变器输出的三相相电流及逆变器直流侧电压，利用坐标变换和系统控制规律可计算出电动机的定子磁链；根据计算的磁链和实测的电流来计算电动机的瞬时转矩；再根据α、β轴定子磁链米判别其位置所在的扇区θ；速度调节器根据转速参考值和实际转速的偏差来确定转矩参考值，并与反馈转矩相比较，得到的偏差经滞环比较器得到转矩的控制信号τ，电动机的转速可通过光电编码器获得，也可以通过定子磁链的旋转速度估计得到，实现无速度传感器运行；定子磁链参考值与实际值比较后得到的偏差经同样的滞环