城軌車輛用牽引電機(jī)分析報告.doc

. . . .城軌車輛用牽引電機(jī)分析 學(xué)院：電氣工程學(xué)院 班級：磁浮01 學(xué)號：20121485 姓名：孟振強(qiáng)城軌車輛牽引永磁同步電機(jī)1 永磁同步電機(jī)的原理 在電動機(jī)的定子繞組中通入三相電流，在通入電流后就會在電動機(jī)的定子繞組中形成旋轉(zhuǎn)磁場，由于在轉(zhuǎn)子上安裝了永磁體，永磁體的磁極是固定的，根據(jù)磁極的同性相吸異性相斥的原理，在定子中產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場會帶動轉(zhuǎn)子進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，最終達(dá)到轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度與定子中產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁極的轉(zhuǎn)速相等，所以可以把永磁同步電機(jī)的起動過程看成是由異步啟動階段和牽入同步階段組成的。在異步啟動的研究階段中，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速是從零開始逐漸增大的，造成上訴的主要原因是其在異步轉(zhuǎn)矩、永磁發(fā)電制動轉(zhuǎn)矩起的磁阻轉(zhuǎn)矩和單軸轉(zhuǎn)子磁路不對稱,等一系列的因素共同作用下而引起的，所以在這個過程中轉(zhuǎn)速是振蕩著上升的。在起動過程中，只有異步轉(zhuǎn)矩是驅(qū)動性,電動機(jī)就是以這個轉(zhuǎn)矩來得以加速的 , 其他的轉(zhuǎn)矩大部分以制動性質(zhì)為主。在電動機(jī)的轉(zhuǎn)速由零增加到接近定子的磁場旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速時，在永磁體脈振轉(zhuǎn)矩的影響下永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速有可能會超過同步轉(zhuǎn)速，進(jìn)而出現(xiàn)轉(zhuǎn)速的超調(diào)現(xiàn)象。但經(jīng)過一段時間的轉(zhuǎn)速振蕩后，最終在同步轉(zhuǎn)矩的作用下被牽入同步狀態(tài)。二永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu) 永磁同步電機(jī)主要是由轉(zhuǎn)子、端蓋、及定子等各部件組成的。一般來說，永磁同步電機(jī)的最大的特點(diǎn)是它的定子結(jié)構(gòu)與普通的感應(yīng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)非常的相似，主要是區(qū)別是轉(zhuǎn)子的獨(dú)特的結(jié)構(gòu)與其它電機(jī)形成了差別。和常用的異步電機(jī)的最大不同則是轉(zhuǎn)子的獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)子上放有高質(zhì)量的永磁體磁極。由于在轉(zhuǎn)子上安放永磁體的位置有很多選擇，所以永磁同步電機(jī)通常會被分為三大類：內(nèi)嵌式、面貼式以及插入式，如圖1.1所示。永磁同步電機(jī)的運(yùn)行性能是最受關(guān)注的，影響其性能的因素有很多，但是最主要的則是永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)。就面貼式、插入式和嵌入式而言，各種結(jié)構(gòu)都各有其各自的優(yōu)點(diǎn)。面貼式的永磁同步電機(jī)在工業(yè)上是應(yīng)用最廣泛的，其最主要的原因是其擁有很多其他形式電機(jī)無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，例如其制造方便，轉(zhuǎn)動慣性比較小以及結(jié)構(gòu)很簡單等。并且這種類型的永磁同步電機(jī)更加容易被設(shè)計師來進(jìn)行對其的優(yōu)化設(shè)計，其中最主要的方法是設(shè)計成近似正弦的分布把氣隙磁鏈的分布結(jié)構(gòu)，將其分布結(jié)構(gòu)改成正弦分布后能夠帶來很多的優(yōu)勢，例如它所帶來的負(fù)面效應(yīng)，能減小磁場的諧波以及應(yīng)用以上的方法能夠很好的改善電機(jī)的運(yùn)行性能。插入式結(jié)構(gòu)的電機(jī)之所以能夠跟面貼式的電機(jī)相比較有很大的改善是因為它充分的利用了它設(shè)計出的磁鏈的結(jié)構(gòu)有著不對稱性所生成的獨(dú)特的磁阻轉(zhuǎn)矩能大大的提高了電機(jī)的功率密度，并且在也能很方便的制造出來，所以永磁同步電機(jī)的這種結(jié)構(gòu)被比較多的應(yīng)用于在傳動系統(tǒng)中，但是其缺點(diǎn)也是很突出的，例如制作成本和漏磁系數(shù)與面貼式的相比較都要大的多。嵌入式的永磁同步電機(jī)中的永磁體是被安置在轉(zhuǎn)子的內(nèi)部，相比較而言其結(jié)構(gòu)雖然比較復(fù)雜，但卻有幾個很明顯的優(yōu)點(diǎn)是毋庸置疑的，因為有以高氣隙的磁通密度，所很明顯的它跟面貼式的電機(jī)相比較就會產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)矩；因為在轉(zhuǎn)子永磁體的安裝方式是選擇嵌入式的，所以永磁體在被去磁后所帶來的一系列的危險的可能性就會很小，因此電機(jī)能夠在更高的旋轉(zhuǎn)速度下運(yùn)行但是并不需要考慮轉(zhuǎn)子中永磁體是否會因為離心力過大而被破壞。為了體現(xiàn)永磁同步電機(jī)的優(yōu)越性能，與傳統(tǒng)異步電機(jī)來進(jìn)行比較，永磁同步電機(jī)特別是最常用的稀土式的永磁同步電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠性很高；體積非常的小，質(zhì)量特別的輕；損耗也相對較少，效率也比較高；電機(jī)的形狀以及大小可以靈活多樣的變化等比較明顯的優(yōu)點(diǎn)。正是因為其擁有這么多的優(yōu)勢所以其應(yīng)用范圍非常的廣泛，幾乎遍及航空航天、國防、工農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)和日常生活等的各個領(lǐng)域。永磁同步電動機(jī)與感應(yīng)電動機(jī)相比，可以考慮不輸入無功勵磁電流，因此可以非常明顯的提高其功率因數(shù)，進(jìn)而減少了定子上的電流以及定子上電阻的損耗，而且在穩(wěn)定運(yùn)行的時候沒有轉(zhuǎn)子電阻上的損耗，進(jìn)而可以因總損耗的降低而減小風(fēng)扇（小容量的電機(jī)甚至可以不用風(fēng)扇）以及相應(yīng)的風(fēng)磨損耗，從而與同規(guī)格的感應(yīng)電動機(jī)相比較其效率可以提高2-8個百分點(diǎn)。3 永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)特性 為了簡化和求解數(shù)學(xué)模型方程，運(yùn)用坐標(biāo)變換理論,通過對同步電動機(jī)定子三相靜止坐標(biāo)軸系的基本方程進(jìn)行線性變換，實現(xiàn)電機(jī)數(shù)學(xué)模型的解耦 。 ：定子電壓 ：定子三相靜止坐標(biāo)系 ：定子電流 ：定子兩相靜止坐標(biāo)系 ：定子磁鏈?zhǔn)噶?：轉(zhuǎn)子兩相坐標(biāo)系 ：轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶?：轉(zhuǎn)子角位置 ：電機(jī)轉(zhuǎn)矩角假設(shè)： 1)忽略電動機(jī)鐵心的飽和； 2)不計電動機(jī)中的渦流和磁滯損耗； 3)轉(zhuǎn)子無阻尼繞組。 永磁同步電動機(jī)在三相定子參考坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型可以表達(dá)如下：定子電壓：定子磁鏈：電磁轉(zhuǎn)矩： 永磁同步電動機(jī)在 坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型可以表達(dá)如下：定子電流：定子磁鏈：電磁轉(zhuǎn)矩：永磁同步電動機(jī)在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d-q中的數(shù)學(xué)模型可以表達(dá)如下：定子電壓：定子磁鏈：電磁轉(zhuǎn)矩：四永磁同步電機(jī)相比交流異步電機(jī)優(yōu)勢1、效率高、更加省電：a、由于永磁同步電機(jī)的磁場是由永磁體產(chǎn)生的，從而避免通過勵磁電流來產(chǎn)生磁場而導(dǎo)致的勵磁損耗（銅耗）；b、永磁同步電機(jī)的外特性效率曲線相比異步電機(jī)，其在輕載時效率值要高很多，這是永磁同步電機(jī)在節(jié)能方面，相比異步電機(jī)最大的一個優(yōu)勢。因為通常電機(jī)在驅(qū)動負(fù)載時，很少情況是在滿功率運(yùn)行，這是因為：一方面用戶在電機(jī)選型時，一般是依據(jù)負(fù)載的極限工況來確定電機(jī)功率，而極限工況出現(xiàn)的機(jī)會是很少的，同時，為防止在異常工況時燒損電機(jī)，用戶也會進(jìn)一步給電機(jī)的功率留裕量；另一方面，設(shè)計者在設(shè)計電機(jī)時，為保證電機(jī)的可靠性，通常會在用戶要求的功率基礎(chǔ)上，進(jìn)一步留一定的功率裕量，這樣導(dǎo)致在實際運(yùn)行的電機(jī)90%以上是工作在額定功率的70%以下，特別是在驅(qū)動風(fēng)機(jī)或泵類負(fù)載，這樣就導(dǎo)致電機(jī)通常工作在輕載區(qū)。對異步電機(jī)來講，其在輕載時效率很低，而永磁同步電機(jī)在輕載區(qū)，仍能保持較高的效率，其效率要高于異步電機(jī)20%以上。c、由于永磁同步電機(jī)功率因數(shù)高，這樣相比異步電機(jī)其電機(jī)電流更小，相應(yīng)地電機(jī)的定子銅耗更小，效率也更高。d、系統(tǒng)效率高：永磁電機(jī)參數(shù)，特別是功率因數(shù)，不受電機(jī)極數(shù)的影響，因此便于設(shè)計成多極電機(jī)（如可以100極以上），這樣對于傳統(tǒng)需要通過減速箱來驅(qū)動負(fù)載電機(jī)，可以做成直接用永磁同步電機(jī)驅(qū)動的直驅(qū)系統(tǒng)，從而省去了減速箱，提高了傳動效率。2、功率因數(shù)高： 由于永磁同步電機(jī)在設(shè)計時，其功率因數(shù)可以調(diào)節(jié)，甚至可以設(shè)計成功率因數(shù)等于1，且與電機(jī)極數(shù)無關(guān)。而異步電機(jī)隨著極數(shù)的增加，由于異步電機(jī)本身的勵磁特點(diǎn)，必然導(dǎo)致功率因數(shù)越來越低，如極數(shù)為8極電機(jī)，其功率因數(shù)通常為0.85左右，極數(shù)越多，相應(yīng)功率因數(shù)越低。即使是功率因數(shù)最高的2極電機(jī)，其功率因數(shù)也難以達(dá)到0.95。電機(jī)的功率因數(shù)高有以下幾個好處：a、功率因數(shù)高，電機(jī)電流小，電機(jī)定子銅耗降低，更節(jié)能；b、功率因數(shù)高，電機(jī)配套的電源，如逆變器，變壓器等，容量可以更低，同時其他輔助配套設(shè)施如開關(guān)，電纜等規(guī)格可以更小，相應(yīng)系統(tǒng)成本更低；c、由于永磁同步電機(jī)功率因數(shù)高低不受電機(jī)極數(shù)的限制，在電機(jī)配套系統(tǒng)允許的情況下，可以將電機(jī)的極數(shù)設(shè)計的更高，相應(yīng)電機(jī)的體積可以做得更小，電機(jī)的直接材料成本更低。3、電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單靈活：a、由于異步電機(jī)轉(zhuǎn)子上需要安裝導(dǎo)條、端環(huán)或轉(zhuǎn)子繞組，大大限制了異步電機(jī)結(jié)構(gòu)的靈活性，而永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計更為靈活，如對鐵路牽引電機(jī)，可以將電機(jī)轉(zhuǎn)子的磁鋼可直接安裝在機(jī)車輪對的轉(zhuǎn)軸上，從而省去了減速齒輪箱，結(jié)構(gòu)大為簡化；又如永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)，電機(jī)做成外轉(zhuǎn)子直驅(qū)結(jié)構(gòu)，電機(jī)的轉(zhuǎn)子與葉輪做成一個整體，隨葉輪一起轉(zhuǎn)動，而定子固定在支撐塔上。b、由于永磁同步變頻調(diào)速電機(jī)參數(shù)不受電機(jī)極數(shù)的限制，便于實現(xiàn)電機(jī)直接驅(qū)動負(fù)載，省去噪音大，故障率高的減速箱，增加了機(jī)械傳動系統(tǒng)設(shè)計的靈活性。4、可靠性高： 從電機(jī)本體來對比，永磁同步變頻調(diào)速電機(jī)與異步電機(jī)的可靠性相當(dāng)，但由于永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)的靈活性，便于實現(xiàn)直接驅(qū)動負(fù)載，省去可靠性不高的減速箱；在某些負(fù)載條件下甚至可以將電機(jī)設(shè)計在其驅(qū)動裝置的內(nèi)部，如風(fēng)力發(fā)電直驅(qū)裝置，石油鉆機(jī)的絞車驅(qū)動裝置，從而可以省去傳統(tǒng)電機(jī)故障率高的軸承：大大提高了傳動系統(tǒng)的可靠性。5、體積小，功率密度大： 永磁同步變頻調(diào)速電機(jī)體積小，功率密度大的優(yōu)勢，集中體現(xiàn)在驅(qū)動低速大扭矩的負(fù)載時，一個是電機(jī)的極數(shù)的增多，電機(jī)體積可以縮小。還有就是：電機(jī)效率的增高，相應(yīng)地?fù)p耗降低，電機(jī)溫升減小，則在采用相同絕緣等級的情況下，電機(jī)的體積可以設(shè)計的更小；電機(jī)結(jié)構(gòu)的靈活性，可以省去電機(jī)內(nèi)許多無效部分，如繞組端部，轉(zhuǎn)子端環(huán)等，相應(yīng)體積可以更小。6、起動力矩大、噪音小、溫升低 ：a、永磁同步電機(jī)在低頻的時候仍能保持良好的工作狀態(tài)，低頻時的輸出力矩較異步電機(jī)大，運(yùn)行時的噪音小；b、轉(zhuǎn)子無電阻損耗，定子繞組幾乎不存在無功電流，因而電機(jī)溫升低，同體積、同重量的永磁電機(jī)功率可提高30%左右；同功率容量的永磁電機(jī)體積、重量、所用材料可減少30%。五永磁同步電機(jī)在軌道交通方面的應(yīng)用及特點(diǎn)城軌車輛牽引系統(tǒng)直接決定著車輛運(yùn)行性能,關(guān)系到車的安全性、運(yùn)行質(zhì)量及對能源的消耗。與一般交通工具相比, 城軌車輛具有客運(yùn)量大 、 站間距離短、行車密度大等特點(diǎn)。早期城軌車輛常采用直流電機(jī)來實現(xiàn)牽引系統(tǒng)。隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步 , V V V F 逆變器控制的異步電機(jī)牽引系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用, 替代了直流電機(jī)牽引系統(tǒng) 。 與直流電機(jī)相比,異步電機(jī)沒有換向器,維修減少,同時可做到小型輕量化。近年來隨著永磁材料成本的降低和性能的提高 , 永磁同步電機(jī)( P M S M ) 憑借其高效率和高功率密度的特點(diǎn) , 引起了軌道車輛牽引系統(tǒng)開發(fā)者的密切關(guān)注日本已經(jīng)將P M S M應(yīng)用于低地板電動車、獨(dú)立車輪式電動車和可變軌距電動車,德國和法國也在高速動車組和低地板電動車上采用了永磁同步牽引電機(jī)。 PM S M在城軌車輛牽引系統(tǒng)的應(yīng)用主要表現(xiàn)為 : 一是取消齒輪箱, 實現(xiàn)城軌車輛的直接傳動;另一方面實現(xiàn)了將牽引電機(jī)做成全封閉電機(jī)。1.P MS M作為直接傳動電機(jī) 使用齒輪傳動裝置會帶來傳遞損耗、噪聲和維修等問題 。如采用異步電機(jī)作為直接傳動電機(jī) ,牽引電機(jī)的體積會加大 ,從而導(dǎo)致簧下重量增加 ,對軌道沖擊加大, 對牽引電機(jī)的沖擊也隨之增大 。因此,在重量和尺寸受到嚴(yán)格限制的車體地板下采用異步電機(jī)作為直接傳動電機(jī)很困難。P M S M與過去的直流電機(jī)和異步電機(jī)相比,具有極對數(shù)多,轉(zhuǎn)矩密度高的特點(diǎn),因此其體積和重量可大幅減小 ,而且更易實現(xiàn)多級低速大扭矩運(yùn)動, 從而能在現(xiàn)有尺寸和重量條件下實現(xiàn)直接傳動。各發(fā)達(dá)國家均在積極開展 P M S M的直接傳動系統(tǒng)研究。德國鐵路公司對分別采用異步電機(jī)和 P M S M 的 I C E 3原型車進(jìn)行了詳細(xì)的試驗對比 ,結(jié)果見表 1。從表 1可看出采用 P M S M直接驅(qū)動不僅減輕了系統(tǒng)重量,而且提高了效率 。表 1I C E3異步電動機(jī)與 P MS M主要參數(shù)對比主要參數(shù)異步電動機(jī)PMSM額定功率/kW500500傳動比1:2.79起動牽引力 /(kN m)3.29.0牽引電動機(jī)重量 /kg750400牽引電動機(jī)最大效率 /(%)94.596.5傳動齒輪效率 /(%)97總效率 /(%)91.596.5 西門子針對未來城市軌道車輛 S y n t e g r a 開發(fā)了 P M S M直接傳動系統(tǒng)。其中噪聲可降低 15d B ,體積減少 30%, 效率提高 3%。日本鐵道綜合技術(shù) 研究所 ( R T R I ) 先后開 發(fā)了 R M T 9、R M T 11和 R M T 17型直接驅(qū)動式 P M S M ,并在 103系通勤車上進(jìn)行了運(yùn)行試驗, 結(jié)果表明其效率和功率因數(shù)明顯提高, 噪聲水平大幅降低。東日本鐵路公司 A CT r a i n 電動車組開發(fā)了直接驅(qū)動式P M S M , 并與異步電機(jī)傳動系統(tǒng)進(jìn)行了對比, 試驗結(jié)果顯示可節(jié)能 10%以上, 沿線噪聲約可降低 5d B。法國阿爾斯通公司也將開用于單層A G V 高速列車的永磁同步直接傳動電動機(jī)作為未來牽引傳動先進(jìn)技術(shù)的一部分。 2.P MS M作為全封閉牽引電機(jī) 由于城軌車輛牽引電機(jī)要求體積小、輸出功率大, 所以通常采用強(qiáng)迫冷卻方式,而冷卻風(fēng)中含有塵埃 ,會污染牽引電機(jī)內(nèi)部, 因此牽引電機(jī)需要定期進(jìn)行解體清掃。車輛的牽引電機(jī)多數(shù)是轉(zhuǎn)子與風(fēng)扇直接相連的自通風(fēng)結(jié)構(gòu), 高速運(yùn)轉(zhuǎn)時風(fēng)扇的噪聲很大 。如果電機(jī)為全封閉結(jié)構(gòu) ,灰塵就不會侵入牽引電機(jī)內(nèi)部 ,也就不需要解體電機(jī)進(jìn)行清掃, 同時電機(jī)里的噪聲被隔離 ,可實現(xiàn)低噪聲牽引電機(jī) 。但全封閉電機(jī)比通風(fēng)冷卻電機(jī)的冷卻性能差, 因此全封閉電機(jī)要做到尺寸和性能與以往電機(jī)相同, 就必須采用效率高、發(fā)熱小的 P M S M ,并研究新的冷卻結(jié)構(gòu) ,以使各部分的溫升控制在規(guī)定的限值以內(nèi) 。法國 A L S T O M公司分別為 C i t a d i s 型低地板輕軌車輛( L R V ) 和改進(jìn)型 A G V 高速動車組開發(fā)了 120 k W和 720 k W全封閉永磁同步牽引電機(jī),其簡要參數(shù)如表 2所示 。其中采用 P M S M牽引系統(tǒng)的 360 k m/hA G V 高速列車已于 2008年 2月下線。表 2 Citadis和 AGV所用 PMSM部分參數(shù)主要參數(shù)Citadis型低地板車輛AGV高速列車最大轉(zhuǎn)速 /(r min-1 )3 6004 500牽引功率 /kW120720制動功率 /kW240720極數(shù)8 極12 極外部尺寸380 mm420 mm直徑 650 mm長度 /mm525650總重/kg285730六控制技術(shù)1.P MS M矢量控制矢量控制 P MS M矢量控制矢量控制 ( V C ) 最早是在 1971年由 B l a s h -k e等人針對異步電動機(jī)提出的 ,其基本思想源于對直流電機(jī)的嚴(yán)格模擬 。在 P M S M V C 系統(tǒng)中 ,轉(zhuǎn)子磁極的位置用來決定逆變器的觸發(fā)信號,以保證逆變器輸出頻率始終等于轉(zhuǎn)子角頻率。一般電機(jī)控制策略的選取是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)矩和電流之間的線性度 、 控制過程中電機(jī)端電壓的允許變化程度、功率因數(shù)和調(diào)速范圍等進(jìn)行綜合考慮來確定的。在 P M S MV C 中, 常用的控制模式有直軸電流 id= 0模式、功率因數(shù) c o s = 1模式 、 轉(zhuǎn)矩線性模式和恒磁通模式。其中 id= 0模式應(yīng)用最多 ,該控制方式突出的優(yōu)點(diǎn)是沒有直軸電樞反應(yīng),不會引起永磁體的去磁現(xiàn)象, 且可以實現(xiàn)隱極式電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩電流比控制; 不足之處是電機(jī)端電壓隨負(fù)載增大而增大, 因而要求逆變器具有較高的輸出電壓和較大的容量 。在 P M S M控制系統(tǒng)的設(shè)計中 , 最關(guān)鍵、最困難的問題是如何針對變化復(fù)雜及具有不確定性的被控對象和環(huán)境作出有效的控制策略 。為提高P M S M調(diào)速系統(tǒng)性能 , 避開負(fù)載或參數(shù)變化對電機(jī)動態(tài)性能的影響 , 自適應(yīng)控制 、滑模變結(jié)構(gòu)控制 、 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 、 模糊控制等現(xiàn)代控制方法和智能控制方法也在 P M S M V C系統(tǒng)中得到 了廣泛應(yīng)用。2. P MS M弱磁控制發(fā)展概況 P M S M的轉(zhuǎn)子磁場由永磁體產(chǎn)生 , 因此不可能直接被減弱。其弱磁控制是利用直軸電樞反應(yīng)使電機(jī)氣隙磁場減弱, 從而達(dá)到等效于減弱磁場的效果 。許多學(xué)者針對以上基本思想進(jìn)行了研究并提出了眾多方案。提出了六步電壓法 ,其主要思想是: 當(dāng)電機(jī)弱磁運(yùn)行時 , 通過控制電機(jī)的功角 ,調(diào)整電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和減弱電機(jī)的磁場。該方法可實現(xiàn)對逆變器直流母線電壓的最大利用 。提出了基于虛擬瞬時功率的弱磁控制方法。定義虛擬瞬時功率 s = udiq+uq id , 通過尋找 s / e的最優(yōu)值實現(xiàn) P M S M的弱磁控制 。采用過調(diào)制技術(shù), 根據(jù)零電壓矢量作用時間判斷過調(diào)制起始點(diǎn) , 用查表法確定調(diào)制比 ,提高逆變器直流母線電壓利用率 ,實現(xiàn)對P M S M弱磁運(yùn)行區(qū)域的擴(kuò)展。采用電流調(diào)節(jié)器, 實現(xiàn) P M S M的弱磁控制, 電流調(diào)節(jié)器包括前饋解耦環(huán)節(jié)和電壓補(bǔ)償環(huán)節(jié) , 定子交軸電流由電機(jī)角頻率給定值與實際值之間的偏差決定,定子直軸電流由每安培最大轉(zhuǎn)矩控制方案決定。為補(bǔ)償直流母線電壓對弱磁控制的影響,提出了將直流母線電壓作為一個反饋量用于電壓外環(huán)調(diào)節(jié)的改進(jìn)方案, 從而使系統(tǒng)工作在最大電壓利用狀態(tài)。控制外環(huán)的電壓可以確保電流調(diào)節(jié)器在任何工況下不至于飽和 ,從而取得較滿意的控制效果。提出了自適應(yīng)弱磁控制法以克服電流調(diào)節(jié)器飽和的問題 。設(shè)計了復(fù)合轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的 P M S M,用于提高弱磁能力 。弱磁控制可使 P M S M在低速時輸出恒定轉(zhuǎn)矩 ,高速時輸出恒定功率, 有較寬的調(diào)速范圍。較強(qiáng)的弱磁性能可在逆變器容量不變的情況下提高系統(tǒng)性能。因此 ,對 P M S M進(jìn)行弱磁控制并拓寬弱磁范圍有著重要意義。3. P MS M牽引系統(tǒng)效率優(yōu)化方法發(fā)展概況 近年來 ,隨著建設(shè)節(jié)約型社會的要求和對節(jié)能減排要求的日益提高, 人們對能耗問題給予了充分關(guān)注。城軌車輛牽引系統(tǒng)是能耗大戶, 因此電機(jī)牽引系統(tǒng)的效率優(yōu)化控制技術(shù)的研究也引起了廣泛關(guān)注 ,尤其是對異步電機(jī)牽引系統(tǒng)。由于P M S M牽引系統(tǒng)的效率相對更高 , 并且 P M S M牽引系統(tǒng)尚是一個全新的系統(tǒng), 使得對其效率的進(jìn)一步挖掘并不迫切,因而未受到充分重視 ,對該問題的研究進(jìn)行的也相對較少。 從目前的研究情況來看, P M S M牽引系統(tǒng)的效率優(yōu)化可分為三種類型 : ( 1) 定子電流最小控制策略 ; ( 2) 基于損耗模型的永磁電機(jī)最小損耗控制; ( 3) 檢測逆變器直流輸入功率的變化 ,動態(tài)調(diào)節(jié)控制量達(dá)到降低系統(tǒng)損耗的目的。最大轉(zhuǎn)矩電流比可認(rèn)為是 P M S M牽引系統(tǒng)最簡單的一種效率優(yōu)化方式,該方法實現(xiàn)相對簡單 ,但其只能保證系統(tǒng)的銅耗最小,而不能保證鐵耗的降低,因此系統(tǒng)的總損耗并不一定最小。在建立表面式 P M S M損耗模型的基礎(chǔ)上 , 獲得了表面式P M S M電氣損耗與直軸電流之間的關(guān)系 , 用數(shù)值計算的方法求得優(yōu)化的直軸電流。在對 P M S M能量分流分析的基礎(chǔ)上 , 建立了考慮銅耗 、 鐵耗、機(jī)械損耗和雜散損耗模型, 獲得了去除銅耗、鐵耗、機(jī)械損耗和雜散損耗的機(jī)械輸出轉(zhuǎn)矩 ,對機(jī)械輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行最大轉(zhuǎn)矩電流比控制 ,使定子電流最小 , 從而使銅耗、鐵耗和雜散損耗最小 ,保證 P M S M最大效率運(yùn)行 。針對輸入功率最小的效率優(yōu)化方法,提出了采用模糊邏輯的方法來加速系統(tǒng)控制變量尋優(yōu)過程的收斂速度 。針對 P M S M提出了自適應(yīng)的最小輸入功率搜索方法。七研究趨勢 目前, 國內(nèi)外對城軌