永磁同步電機簡介

關(guān)于永磁同步電機簡介第1頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月2（1）永磁同步電機的發(fā)展現(xiàn)狀（2）永磁同步電機控制技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r（3）永磁同步電機控制系統(tǒng)的控制算法研究現(xiàn)狀綜述（4）永磁同步電機的熱點問題研究（5）永磁同步電機的發(fā)展趨勢第2頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月31.永磁同步電機的發(fā)展現(xiàn)狀永磁同步電機的概念（1）永磁同步電機有高動態(tài)性能，高效率，輕量化等特點，代表著21世紀(jì)電機驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)展方向之一；（2）電機驅(qū)動系統(tǒng)包括電機，驅(qū)動器，電流，位置及速度控制器等；（3）永磁電機是一種電能轉(zhuǎn)化為機械能的裝置，主要通過定子與轉(zhuǎn)子磁場相互作用產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，帶動負(fù)載；（4）與感應(yīng)電機相比，在原理和結(jié)構(gòu)等方面相似，定子結(jié)構(gòu)基本一致，永磁電機的轉(zhuǎn)子激勵不是靠感應(yīng)線圈，而是由固定的永磁鐵實現(xiàn)的。第3頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月4永磁同步電機的發(fā)展歷程第一階段：20世紀(jì)60—70年代，主要集中在航空，航天等特殊行業(yè)高端領(lǐng)域；第二階段：20世紀(jì)80年代，隨著釹鐵硼永磁材料出現(xiàn)和電力電子與微電子的發(fā)展，開始擴(kuò)展到工業(yè)和民用領(lǐng)域；第三階段：20世紀(jì)90年代至今，永磁材料，電力電子，微電子，控制算法等都有了顯著進(jìn)步，使其應(yīng)用更廣泛，已經(jīng)成為驅(qū)動系統(tǒng)的首選電機。第4頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月5永磁同步電機的分類定子繞組轉(zhuǎn)子磁鐵第5頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月6PMSM按轉(zhuǎn)子永磁體的結(jié)構(gòu)可分為兩種（1）表面貼裝式（SM-PMSM）

直交軸電感Ld和Lq相同，定子磁場和轉(zhuǎn)子磁場相互作用時不會產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩。第6頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月7（2）內(nèi)埋式（IPMSM）

交直軸感:Lq>Ld氣隙較小，有較好弱磁能力，易于實現(xiàn)弱磁控制，比較適合高速運行，但是有磁阻轉(zhuǎn)矩，增加了轉(zhuǎn)矩控制的復(fù)雜度。第7頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月8永磁同步電機的特點（1）永磁同步電機有高功率密度，與相同功率的感應(yīng)電機相比體積小，重量輕；（2）具有小轉(zhuǎn)動慣量，易于應(yīng)用對電機驅(qū)動系統(tǒng)要求較高的動態(tài)響應(yīng)領(lǐng)域；（3）與繞線式感應(yīng)電機相比無滑環(huán)和電刷，可靠性提高，更易應(yīng)用于高速場合；（4）與感應(yīng)電機相比，永磁電機的轉(zhuǎn)子激勵不是靠感應(yīng)線圈，而是由固定的永磁鐵實現(xiàn)的，且無直接電能消耗，電機效率提高。第8頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月92.永磁同步電機控制技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r核心器件技術(shù)發(fā)展（1）20世紀(jì)五六十年代以晶閘管為代表；（2）20世紀(jì)七八十年代以GTO,GTR,MOSFET的發(fā)展；（3）20世紀(jì)后期的IGBT出現(xiàn)，成為電力電子領(lǐng)域的主導(dǎo)功率器件；（4）以PIC,HVIC,IPM等功率集成電路為代表，將功率器件與驅(qū)動，檢測和保護(hù)于一體，使電機可靠性更高，功率密度更大；（5）微處理器的發(fā)展，DSP的出現(xiàn)；同時FPGA/CPLD技術(shù)的發(fā)展為實現(xiàn)PWM控制提供了新的進(jìn)展。第9頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月10永磁同步電機控制策略

（1）上世紀(jì)70年代西門子工程師F.Blaschke首先提出異步電機矢量控制理論來解決交流電機轉(zhuǎn)矩控制問題。

控制器VR-12/3電流控制變頻器3/2VR等效直流電機模型+i*mi*t

si*i*i*Ai*Bi*CiAiBiCiiβimit~異步電動機給定信號

矢量控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖第10頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月11（2）繼矢量控制之后，1984年德國魯爾大學(xué)的DepenBrock又提出了交流電動機的直接轉(zhuǎn)矩控制方法，其特點是直接采用空間電壓矢量，直接在定子坐標(biāo)系下計算并控制電機的轉(zhuǎn)矩和磁通。

直接轉(zhuǎn)矩控制原理圖第11頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月123.永磁同步電機控制系統(tǒng)的控制算法研究現(xiàn)狀綜述永磁同步電機是一個多變量，強耦合的非線性系統(tǒng)。實際應(yīng)用中電機的參數(shù)實時變化，且會受到外部干擾的影響，因此很多的先進(jìn)控制算法被應(yīng)用到交流控制系統(tǒng)來解決上述問題。（1）PI控制優(yōu)點：經(jīng)典控制策略，方法簡單，既能提高靜態(tài)精度，又能改善動態(tài)品質(zhì)；缺點：PI控制法屬于線性的控制方法，適應(yīng)負(fù)載能力差，抗干擾能力差，控制性能不夠穩(wěn)定。（2）滑模變結(jié)構(gòu)控制優(yōu)點：不要求精確的數(shù)學(xué)模型，不受參數(shù)變化和外部擾動的影響；缺點：由于慣性，時間延遲等因素，存在抖振現(xiàn)象。第12頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月13（3）自適應(yīng)控制優(yōu)點：無需精確的控制對象，無需進(jìn)行參數(shù)估計；缺點：在線辨識和校正的時間比較長，對一些變化較快的伺服系統(tǒng)，達(dá)不到理想控制效果。（4）模糊控制優(yōu)點：無需精確數(shù)學(xué)模型，魯棒性強，適用于解決非線性，時變系統(tǒng)的問題；缺點：難以達(dá)到較高的控制精度，其本身很難消除穩(wěn)態(tài)誤差。（5）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制優(yōu)點：可以很好改善控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和魯棒性；缺點：算法很復(fù)雜，多用于仿真實驗。第13頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月144.永磁同步電機的熱點問題研究（1）無傳感器控制技術(shù)及各種先進(jìn)智能控制位置傳感器的存在，增加了系統(tǒng)復(fù)雜度和成本，降低系統(tǒng)的魯棒性。難點是初始轉(zhuǎn)子位置的準(zhǔn)確性。應(yīng)于中高速運行的無傳感器控制技術(shù)主要有：●定子磁鏈估計法●模型參考自適應(yīng)法●狀態(tài)觀測器法●滑模變結(jié)構(gòu)法●神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識法●擴(kuò)展卡爾曼濾波法●檢測電機相電感變化的位置估計法第14頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月15適應(yīng)于零速和低速運行的方法有：●旋轉(zhuǎn)高頻電壓信號注入●脈動高頻電壓信號注入●INFORM法●載波頻率成分提取法（2）良好的啟動性能永磁同步電機啟動轉(zhuǎn)矩小，啟動速度慢。啟動方法主要有異步啟動法和變頻啟動法。異步啟動使電機加工工藝變復(fù)雜，機械強度變差；變頻啟動對變頻器的質(zhì)量和性能有較高的要求。第15頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月16（3）弱磁控制永磁同步電機的轉(zhuǎn)子是永磁鐵勵磁，隨著轉(zhuǎn)速的升高，電動機電壓達(dá)到逆變器所能輸出的極限，再想升速就只能靠調(diào)節(jié)定子電流