第3章_2_電動(dòng)汽車用電動(dòng)機(jī)

1、HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY3 3.4 4 異步電動(dòng)機(jī)異步電動(dòng)機(jī) 3 3.5 5 永磁同步電動(dòng)機(jī)永磁同步電動(dòng)機(jī) 3 3.6 6 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī) 第 1 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY 異步電動(dòng)機(jī)又稱感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，是由氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電流相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)電能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能量的一種交流電動(dòng)機(jī)。 異步電動(dòng)機(jī)的種類很多。最常見的方法是按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和定子繞組相數(shù)分類。 按照轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)來分，有籠型異步電動(dòng)機(jī)和繞線型異步電動(dòng)機(jī)；按照定子繞組相數(shù)來分，有單相異步電動(dòng)機(jī)、兩相異步電動(dòng)機(jī)和三相異步電動(dòng)機(jī)。 第 2 頁H

2、ARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY1)異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)異步電動(dòng)機(jī)主要由靜止的定子和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩大部分組成。 (1)定子 異步電動(dòng)機(jī)的定子由定子鐵心、定子繞組和機(jī)座構(gòu)成。 (2)轉(zhuǎn)子。異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成。 第 3 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY三相異步電動(dòng)機(jī)的典型結(jié)構(gòu) 第 4 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY轉(zhuǎn)子繞組不需與其他電源相連，其定子電流直接取自交流電力系統(tǒng)；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、使用、維護(hù)方便，運(yùn)行可靠性高，重量輕，成本低。異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與其旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速有固定的轉(zhuǎn)差率，因而

3、調(diào)速性能較差。此外，異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，從電力系統(tǒng)吸取無功功率以勵(lì)磁，這會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)的功率因數(shù)變壞。 第 5 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY異步電動(dòng)機(jī)工作原理圖 第 6 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速之間存在轉(zhuǎn)速差，它的大小決定著轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)及其頻率的大小，直接影響異步電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)。通常將轉(zhuǎn)速差與同步轉(zhuǎn)速的比值，用轉(zhuǎn)差率表示，即有式中， 為轉(zhuǎn)差率； 為定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速； 為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。11nnnss1nn 第 7 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY1)異

4、步電動(dòng)機(jī)的工作特性異步電動(dòng)機(jī)的工作特性是指電動(dòng)機(jī)在保持額度電壓和額定頻率不變的情況下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、電磁轉(zhuǎn)矩、定子電流、效率和功率因數(shù)隨輸出功率變化的特性。轉(zhuǎn)速特性和轉(zhuǎn)矩特性關(guān)系到電動(dòng)機(jī)與機(jī)械負(fù)載匹配的合理性；定子電流特性可以表明電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱情況，關(guān)系到電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的可靠性和使用壽命；效率特性和功率因數(shù)特性關(guān)系到電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。 第 8 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY異步電動(dòng)機(jī)的工作特性 第 9 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY2)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指電動(dòng)機(jī)在恒定電壓和恒定頻率的情況下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之

5、間的關(guān)系。異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性分為自然機(jī)械特性和人為機(jī)械特性。 第 10 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY在電源電壓和電源頻率恒定且定、轉(zhuǎn)子回路不接入任何附加設(shè)備時(shí)的機(jī)械特性稱為自然機(jī)械特性。 第 11 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY電源電壓、電源頻率、電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)、定子或轉(zhuǎn)子回路接入其它附屬設(shè)備，其中任意一項(xiàng)改變得到的機(jī)械特性稱為人為機(jī)械特性。 第 12 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY三相異步電動(dòng)機(jī)的物理模型 第 13 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY（1）電壓方程 三

6、相定子繞組的電壓平衡方程為AAA1BBB1CCC1ddddddui Rtui Rtui Rt 第 14 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY三相轉(zhuǎn)子繞組折算到定子側(cè)后的電壓方程為aaa2bbb2ccc2ddddddui Rtui Rtui Rt 分別為定子和轉(zhuǎn)子相電壓的瞬時(shí)值； 分別為定子和轉(zhuǎn)子相電流的瞬時(shí)值； 分別為各相繞組的全磁鏈； 分別為定子和轉(zhuǎn)子繞組的電阻。 ABCabc,uuuu u uABCabc, , ,iiii i iABCabc, 12,R R 第 15 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY上述各量度已折算到定子側(cè)。將電壓方

7、程寫成矩陣形式，并以微分算子 代替微分符號(hào) 。PddtcbaCBAcbaCBAcbaCBAPiiiiiiRRRRRRuuuuuu222111000000000000000000000000000000 第 16 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY（2）磁鏈方程 六個(gè)繞組的磁鏈可表示為 對(duì)角線元素是各有關(guān)繞組的自感，其余各項(xiàng)是繞組間的互感。 cbaCBAcccbcacCcBcAbcbbbabCbBbAacabaaaCaBaACcCbCaCCCBCABcBbBaBCBBBAAcAbAaACABAAcbaCBAiiiiiiLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLL

8、LLLLLLLLLLL 第 17 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY根據(jù)磁鏈方程和電壓方程，可以得到展開后的電壓方程為ddddiLRiLittuRiP LiddddiLRiLitt 第 18 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY（3）運(yùn)動(dòng)方程 在一般情況下，電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式是式中，TL為負(fù)載轉(zhuǎn)矩；J為機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；D為與轉(zhuǎn)速成正比的負(fù)載轉(zhuǎn)矩阻尼系數(shù)；K為扭轉(zhuǎn)彈性轉(zhuǎn)矩系數(shù)；為極對(duì)數(shù)。對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，D=0，K=0，則pKpDtpJTTLeddtpJTTLedd 第 19 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY

9、（4）轉(zhuǎn)矩方程 按照機(jī)電能量轉(zhuǎn)換原理，可求出電磁轉(zhuǎn)矩Te的表達(dá)式為)120sin()()120sin()(sin)(1oobCcBcAaCcBbAcCbBaAmeiiiiiiiiiiiiiiiiiipLT 第 20 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY三相異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型 將前述式子歸納起來，便構(gòu)成在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下三相異步電動(dòng)機(jī)的多變量非線性數(shù)學(xué)模型。ttpJTTiLtiLRiuLedddddddd 第 21 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY異步電動(dòng)機(jī)是一個(gè)多變量（多輸入輸出）系統(tǒng)，其中變量電壓（電流）、頻率、磁通、轉(zhuǎn)速之間又相互影響，

10、 所以其又是強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)。如何對(duì)這樣一個(gè)非線性、多變量、強(qiáng)耦合的復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行有效控制，成為研究的重點(diǎn)。目前對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制主要有恒壓頻比開環(huán)控制（VVVF）、轉(zhuǎn)差控制、矢量控制（VC）以及直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）等。 第 22 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY1)異步電動(dòng)機(jī)的矢量控制 矢量控制理論采用矢量分析的方法來分析交流電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的電磁過程。 它模仿對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的控制技術(shù)，將交流電動(dòng)機(jī)的定子電流解耦成互相獨(dú)立的產(chǎn)生磁鏈的分量和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的分量。分別控制這兩個(gè)分量就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的磁鏈控制和轉(zhuǎn)矩控制的完全解耦，從而達(dá)到理想的動(dòng)態(tài)性能。 第 23 頁

11、HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY異步電動(dòng)機(jī)矢量控制原理 對(duì)于籠型轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子短路，則有，數(shù)學(xué)模型中的電壓矩陣方程式可簡(jiǎn)化為 轉(zhuǎn)矩方程為2211221111111100000qdqdrsmsrmmmsssmssqdiiiiRLLpLRpLpLLpLRLLpLLpLRuu21qrmeiLLpT 第 24 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY 在矢量控制系統(tǒng)中，被控制量是定子電流，因此，必須從數(shù)學(xué)模型中找出定子電流的兩個(gè)分量與其他物理量的關(guān)系。運(yùn)算得 所以 運(yùn)算得到 式中， 為轉(zhuǎn)子勵(lì)磁時(shí)間常數(shù)。22222210dnddrdmniRpiRiLi

12、Lp222Rpind1221dnmiptL22/RLtr 第 25 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY由簡(jiǎn)化得電壓矩陣方程式可得 02222221dsqdrdmsiRiRiLiL進(jìn)一步計(jì)算可得 122222dmdsitLiR 第 26 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY異步電動(dòng)機(jī)矢量控制的特點(diǎn) (1)可以從零轉(zhuǎn)速起進(jìn)行速度控制，因此調(diào)速范圍很寬廣；(2)可以對(duì)轉(zhuǎn)矩實(shí)行較為精確控制；(3)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度很快；(4)電動(dòng)機(jī)的加速度特性很好。 第 27 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY 2). 異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)

13、矩控制 直接轉(zhuǎn)矩控制是將電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩作為直接控制對(duì)象，通過控制定子磁場(chǎng)向量控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。 通過控制PWM型逆變器的導(dǎo)通和切換方式，控制電動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)輸入電壓，改變磁鏈的旋轉(zhuǎn)速度來控制瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩，使系統(tǒng)性能對(duì)轉(zhuǎn)子參數(shù)呈現(xiàn)魯棒性。 第 28 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)框圖如下圖所示。它主要包括磁鏈調(diào)節(jié)器、轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器、磁鏈和轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器等。 其中磁鏈觀測(cè)器對(duì)磁鏈的觀測(cè)是否準(zhǔn)確對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性有著舉足輕重的作用，而開關(guān)策略和磁鏈、轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)是先進(jìn)控制算法的核心部分。 第 29 頁直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)結(jié)

14、構(gòu)圖 第 30 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY直接轉(zhuǎn)矩控制的特點(diǎn) (1)直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)字模型，控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。 (2)直接轉(zhuǎn)矩控制磁通估算所用的是定子磁鏈，只要知道定子電阻就可以把它觀測(cè)出來。 (3)直接轉(zhuǎn)矩控制采用空間矢量的概念來分析三相交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型和控制其各物理量。 (4)直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)對(duì)轉(zhuǎn)矩實(shí)行直接控制。控制效果不取決于電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型是否能夠簡(jiǎn)化，而是取決于轉(zhuǎn)矩的實(shí)際狀況。 第 31 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY 永磁同步電動(dòng)機(jī)（Permanent Magnet Syn

15、chronous Motor，簡(jiǎn)稱PMSM）具有高效、高控制精度、高轉(zhuǎn)矩密度、良好的轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)性及低振動(dòng)噪聲的特點(diǎn)，通過合理設(shè)計(jì)永磁磁路結(jié)構(gòu)能獲得較高的弱磁性能，在電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)方面具有很高的應(yīng)用價(jià)值，受到國內(nèi)外電動(dòng)汽車界的高度重視，是最具競(jìng)爭(zhēng)力的電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)之一。 第 32 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY1)永磁同步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu) 永磁同步電動(dòng)機(jī)分為正弦波驅(qū)動(dòng)電流的永磁同步電動(dòng)機(jī)和方波驅(qū)動(dòng)電流的永磁同步電動(dòng)機(jī)。這里介紹的主要是以三相正弦波驅(qū)動(dòng)的永磁同步電動(dòng)機(jī)。 第 33 頁永磁同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖 第 34 頁表面嵌入式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) 第 35 頁a）內(nèi)置徑向式

16、b）內(nèi)置切向式 c）內(nèi)置混合式內(nèi)置式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) 第 36 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY 2)永磁同步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：（1）用永磁體取代繞線式同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子中的勵(lì)磁繞組，從而省去了勵(lì)磁線圈、滑環(huán)和電刷，以電子換向?qū)崿F(xiàn)無刷運(yùn)行，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠；（2）永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源頻率間始終保持準(zhǔn)確的同步關(guān)系，控制電源頻率就能控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；（3）永磁同步電動(dòng)機(jī)具有較硬的機(jī)械特性，對(duì)于因負(fù)載的變化而引起的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的擾動(dòng)具有較強(qiáng)的承受能力； 第 37 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY（4）永磁電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子為永久磁鐵無需勵(lì)磁，因此電動(dòng)機(jī)可

17、以在很低的轉(zhuǎn)速下保持同步運(yùn)行，調(diào)速范圍寬；（5）永磁同步電動(dòng)機(jī)與異步電動(dòng)機(jī)相比，不需要無功勵(lì)磁電流，因而功率因數(shù)高，定子電流和定子銅耗小，效率高； （6）體積小、重量輕。（7）結(jié)構(gòu)多樣化，應(yīng)用范圍廣。 第 38 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY缺點(diǎn)：（1）由于永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子為永磁體，無法調(diào)節(jié)，必須通過加定子直軸去磁電流分量來削弱磁場(chǎng)，這會(huì)增大定子的電流，增加電動(dòng)機(jī)的銅耗；（2）永磁電動(dòng)機(jī)的磁鋼價(jià)格較高。 第 39 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY 1)電樞反應(yīng)永磁同步電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載時(shí)，氣隙磁場(chǎng)是永磁體磁動(dòng)勢(shì)和電樞磁動(dòng)勢(shì)共同建立的。電

18、樞磁動(dòng)勢(shì)對(duì)氣隙磁場(chǎng)有影響，電樞磁動(dòng)勢(shì)的基波對(duì)氣隙磁場(chǎng)的影響稱為電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)不僅使氣隙磁場(chǎng)波形發(fā)生畸變，而且還會(huì)產(chǎn)生去磁或增磁作用，因此，氣隙磁場(chǎng)將影響永磁同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性。 第 40 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY 2)電壓方程式忽略磁飽和效應(yīng)的影響，永磁同步電動(dòng)機(jī)的電壓方程式為式中， 為電樞端電壓； 為勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)； 為電樞電流； 為電樞電流在d軸的分量； 為電樞電流在q軸的分量； 為電樞繞組電阻； 為直軸同步電抗； 為交軸同步電抗。 qqddaaXjIXjIRIEU0U0EaIqdaIIIqIaRdXqX 第 41 頁HARBIN INSTITUTE

19、 OF TECHNOLOGY3)功率與轉(zhuǎn)矩 當(dāng)永磁同步電動(dòng)機(jī)具有滯后功率因數(shù)并考慮電樞電阻的影響，電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)輸入的電功率為 式中， 為電動(dòng)機(jī)的功率角。 電動(dòng)機(jī)的電磁功率為 式中， 為電動(dòng)機(jī)的電樞繞組銅耗。 qdaqdaaqaXXRXXUURRXEmUmUIP2012/2sincossincoscuaePPP1cuaP 第 42 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY 如果忽略電樞電阻的影響，則上式的前半部分稱為基本電磁功率，由永磁磁場(chǎng)與電樞磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生；后半部分因凸極效應(yīng)產(chǎn)生，稱為附加電磁功率或磁阻功率。2sin112sin20dqdeXXmUXUmEP 第 43

20、 頁 電磁功率與功率角的關(guān)系稱為永磁同步電動(dòng)機(jī)的功角特性。永磁同步電動(dòng)機(jī)的功角特性和矩角特性 第 44 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY4)運(yùn)行特性 永磁同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性主要是機(jī)械特性和工作特性。 永磁同步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性為平行于橫軸的直線，調(diào)節(jié)電源頻率來調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)速將嚴(yán)格地與頻率成正比例變化。 永磁同步電動(dòng)機(jī)的工作特性是指當(dāng)電源電壓恒定時(shí)，電動(dòng)機(jī)的輸入功率、電樞電流、效率、功率因數(shù)等隨輸出功率變化的關(guān)系。 第 45 頁永磁同步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 第 46 頁永磁同步電動(dòng)機(jī)的工作特性 第 47 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOG

21、Y假定：（1）磁路不飽和，電動(dòng)機(jī)電感不受電流變化影響，不計(jì)渦流和磁滯損耗；（2）忽略齒槽、換相過程和電樞反應(yīng)的影響；（3）電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)是正弦的；（4）電動(dòng)機(jī)各相繞組電阻相等；（5）轉(zhuǎn)子上無阻尼繞組，永磁體也沒有阻尼作用。 第 48 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY靜止三相坐標(biāo)系(ABC)模型 第 49 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYCBACBACCBCABCBBAACABACBACBAPiiiLMMMLMMMLPiiiRRRuuu000000三相繞組的靜止坐標(biāo)系(ABC)電壓方程為 第 50 頁HARBIN INSTITUTE

22、OF TECHNOLOGY 通過坐標(biāo)變換，可以將永磁同步電動(dòng)機(jī)在ABC三相靜止坐標(biāo)系下的電壓電流量變換到轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系下。由此可以得CBAqdiiiiii2/12/12/13/4sin3/2sinsin3/4cos3/2coscos32002/13/4sin3/4cos2/13/2sin3/2sin2/1sincos32uuuuuuqdCBA 第 51 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY電磁轉(zhuǎn)矩方程為式中， 為電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù)； 為永磁體產(chǎn)生的磁鏈； ， 直交流電感； ， 為直交流電流。定子電流空間矢量 與定子磁鏈空間矢量 同相， 且定子磁鏈與永磁體產(chǎn)生的氣隙磁場(chǎng)間的空間

23、角度為 ，則qdqdqfndqqdneiiLLipiipTnpfdLqLdiqisincossqsdiiiisis 第 52 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY下式代入上式得到 由上式可以看出，永磁同步電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩中包含兩個(gè)分量，第一項(xiàng)是由兩磁場(chǎng)互相作用所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩，第二項(xiàng)是由凸極效應(yīng)引起，并與兩軸電感參數(shù)的差值成正比的磁阻轉(zhuǎn)矩。2sin21sin2sqdnsfneiLLpipT 第 53 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY 1).恒壓頻比開環(huán)控制(VVVF ) VVVF的控制變量為電動(dòng)機(jī)的外部變量即電壓和頻率?？刂葡到y(tǒng)將參考電壓和

24、頻率輸入到實(shí)現(xiàn)控制策略的調(diào)制器中，最后由逆變器產(chǎn)生一個(gè)交變的正弦電壓施加在電動(dòng)機(jī)的定子繞組上，使之運(yùn)行在指定的電壓和參考頻率下。 第 54 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY 2)矢量控制 永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制策略與異步電動(dòng)機(jī)矢量控制策略有些不同。由于永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和電源頻率嚴(yán)格同步，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速等于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)差恒等于零，沒有轉(zhuǎn)差功率，控制效果受轉(zhuǎn)子參數(shù)影響小。因此，在永磁同步電動(dòng)機(jī)上更容易實(shí)現(xiàn)矢量控制。 第 55 頁永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)框圖 第 56 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY3)直接轉(zhuǎn)矩控制 實(shí)際系統(tǒng)中，開關(guān)信

25、號(hào)是由轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈的給定值與反饋值的偏差經(jīng)滯環(huán)比較得到。而轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈的給定值是由電磁轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈估算模型計(jì)算得到的。 第 57 頁P(yáng)MSM直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 第 58 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY4)智能控制 采用智能控制方法的永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)，在多環(huán)控制結(jié)構(gòu)中，智能控制器處于最外環(huán)充當(dāng)速度控制器，而內(nèi)環(huán)電流控制、轉(zhuǎn)矩控制仍采用PI控制、直接轉(zhuǎn)矩控制這些方法。 第 59 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY 1. 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)是由雙凸極的定子和轉(zhuǎn)子組成，其定子、轉(zhuǎn)子的凸極均

26、由普通的硅鋼片疊壓而成。 定子極上繞有集中繞組，把沿徑向相對(duì)的兩個(gè)繞組串聯(lián)成一個(gè)兩級(jí)磁極，稱為“一相”；轉(zhuǎn)子既無繞組又無永磁體，僅由硅鋼片疊成。 第 60 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： （1）可控參數(shù)多，調(diào)速性能好； （2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低； （3）損耗小，運(yùn)轉(zhuǎn)效率高； 第 61 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY 缺點(diǎn)： （1）轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)現(xiàn)象較大； （2）振動(dòng)和噪聲較大，特別是在負(fù)載運(yùn)行的時(shí)候； （3）電動(dòng)機(jī)出線頭較多，還有位置檢測(cè)器出線端； （4）電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型比較復(fù)雜，準(zhǔn)確模型難建立； （5）控制復(fù)雜，

27、依賴于電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)。 第 62 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY1)開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的工作原理 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的工作原理示意圖 第 63 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY2).開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性 SR電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性圖 第 64 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY1）基本方程 當(dāng)恒定直流電源給開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)供電時(shí)，其電壓方程為 式中， 為電源電壓； 為繞組電阻； 為繞組電流； 為繞組磁鏈。 繞組磁鏈與繞組電流和轉(zhuǎn)子位置有關(guān)，即 式中，為轉(zhuǎn)子位置角； 定子繞組電感。tRiUsddsURi iLi,L 第

28、65 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY 根據(jù)力學(xué)原理，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡方程式為電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩也可以通過磁共能和轉(zhuǎn)子位置求得式中， 為磁共能。 LTLTeTtKtJTKtJTdddddd22, iWTeW有上述兩式得 ddddddsLiURiLtt 第 66 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY2）繞組電感 相電感與轉(zhuǎn)子位置關(guān)系 第 67 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY由相電感與轉(zhuǎn)子位置的關(guān)系可得開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)任意一相繞組電感方程為 定子磁極極弧。 544max43max3221min21minKLLKLL

29、L sLLLLK/minmax23minmaxs 第 68 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY3）電磁轉(zhuǎn)矩 當(dāng)電流為一恒定值時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩為 綜上得電磁轉(zhuǎn)矩為54243322212/02/0KiKiTedd21,2LiiWTconstie 第 69 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY4）繞組電流 電壓方程可改寫為 設(shè)開通角為 ，關(guān)斷角為 ，若己知初始條件 ， ，則根據(jù)上兩式可得繞組電流。tLiiLUsddddonoff00ion0 43max32min22min21min22LUKLUKLULUionoffoffonoffoffonon 第

30、 70 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)既可以通過控制電動(dòng)機(jī)自身的參數(shù)(如開通角、關(guān)斷角)來實(shí)現(xiàn)，也可以用適用于其它電動(dòng)機(jī)上的控制理論，如PID控制、模糊控制等，對(duì)功率變換器部分進(jìn)行控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的速度調(diào)節(jié)。針對(duì)SRM自身參數(shù)進(jìn)行控制，目前主要使用的幾種基本控制方式有：角度位置控制(APC)、電流斬波控制(CCC)和電壓控制(VC)。j 第 71 頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY1).角度位置控制方式(APC) 角度位置控制是，在加在繞組上的電壓一定的情況下，通過改變繞組上主開關(guān)的開通角和關(guān)斷角，來改變繞組的通、斷