电动汽车永磁同步电机调速策略.docx

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1、电动汽车永磁同步电机调速策略网络转载导语：永磁同步电机，2016年，全国电动汽车搭载量最大的一种电机品类。它的日渐成功，主要得益于构造简单带来的电控调速的廉价性和显著占优的功率密度。，2016年，全国电动汽车搭载量最大的一种电机品类。它的日渐成功，主要得益于构造简单带来的电控调速的廉价性和显著占优的功率密度。1工作原理，最根本的组成构造定子和转子。定子与异步电机转子类似，由绝缘铜线绕制而成。转子包含永磁体，并具备确定的极数，建立电机的主磁场。1.1定子的定子与异步电机一样，三相绕组间隔120角，均匀布置。定子的特征参数包括绕组相数一般单相，三相和多相，绕组槽数。绕组槽数的定义，定子槽数的一半，

2、除以定子相数与转子极数的乘积。按照每个定子槽包容的绕组线圈数目不同，永磁可以划分成整数槽绕组和分数槽绕组。分数槽绕组，意味着可能有属于不同相的绕组被放置在同一个定子槽里。相对于整数槽绕组，分数槽绕组，除了绝缘要求比拟高以外，其余都是优点。定子铁芯上需要开挖的槽数目减少，节省了空间留给绕组使用，同时简化加工经过；每个槽包容多个极数，减少工作经过中，槽与槽之间的过度局部产生的冲击震动，改善励磁波形。1.2转子转子是永磁同步自身特点的;。永磁转子由贴心和永磁体两局部构成。外表式根据永磁体在转子上安放位置的不同，可以划分为外表式、内置式、混合式和爪极式。顾名思义，外表式转子，就是把永磁磁片贴在转子外表

3、；而内置式，是在铁芯内部固定永磁铁。混合式那么前面二者的布置方式结合到一起使用。外表式和内置式除了布置方式不同，其产生的磁场也有很大区别。内置式转子输出功率经过中，转矩除了电磁转矩分量还包含一个磁阻转矩分量。使得内置式转子的永磁同步电机功率密度上具备明显上风。1.3永磁同步电机的工作经过永磁同步电机，定子通电，定子绕组成为一组电磁铁，电磁铁的N极，S极，沿着定子内侧，均匀分布。永磁体转子，本身具有稳定的N极，S极。定子与转子之间存在电磁力的作用。当定子磁场以一定转速旋转时，电磁力拉动转子，跟随磁场的运动，并尽力保持与磁场同步的趋势。1.3.1电动机工作形式当转子轴端有系统负载，系统需要电机依靠

4、定子磁场的气力拉动转子转动，使得系统内的电能做功，转换成机械能。转子和定子处于下列图所示的相对位置。图中所示瞬间，定子磁场上的一对磁极，向读者的左手边转动。转子受定子电磁力的拉动，也随着向左侧运动。定子在前，转子在后。这样，转子的运动方向与定子和转子之间的电磁力的作用线之间形成一个夹角，被称为矩角。矩角处于090之间，电机处于电动机工作形式。1.3.2发电机工作形式当转子受到外界机械力的牵引，处于转动状态，定子电路通畅，但并未接入电源。转子转动，形成转动的磁场，使得静止的定子线圈被动切割磁力线，产生感应电流。此时，定子和转子处于下列图所示相对位置。图中所示瞬间，永磁体转子上的一对磁极，向读者左

5、手边运动。定子产生的感应电流与转子之间产生电磁力的作用。此电磁力的作用线方向与转子的运动方向成一个夹角，即矩角。矩角的取值在90180之间，电机处于发电机工作形式。1.3.3发无功工作形式定子持续通固定频率正弦电流。转子在旋转磁场的作用下，跟随磁场同步旋转。转子没有任何负载力矩的作用。转子和定子处于下列图中的相对位置。3调速方法与异步电机相比，永磁同步电机的电、磁和力的关系更简单，经过一定的坐标变换，可以实现电流与力矩的解耦。3.1坐标变换列举，永磁同步电机变频调速用到的相关坐标变换。A-B-C坐标系，以定子铁芯的圆心为原点，以定子三相绕组为A、B、C三个方向为轴向，轴与轴之间夹角120。-坐

6、标系，与A-B-C坐标系在同一个平面，分享同一个原点，轴与A轴重合，轴与轴成90角。d-q坐标系，d轴与转子永磁铁磁极N极重合，并跟随转子转动。q轴，与d轴在逆时针方向上成90角。3.2基频以下调速磁场定向控制磁场定向，即在d-q坐标系下，电机参数中，如励磁电流，影响力矩的局部，是参数投影到q轴的分量。而投影到d轴上的局部，那么不必考虑，即通常所讲的id=0方法。此方法下，电机最大输出转速的决定因素是控制器最高供电电压。磁场定向控制策略的局限在于，不能表达励磁电流影响磁场的局部参数变化，因此不能进展弱磁控制。3.3基频以上调速3.3.1直接转矩控制策略直接转矩法，出发点是想要通过控制转矩公式中

7、的参数去直接对转矩输出值产生影响。选择矩角作为控制对象。以内置式转子永磁同步电机为例，讲明详细方法。在电源电压和定子磁场频率恒定的情况下，电机实时输出转矩，与矩角的正弦值成正比。可以在离线状态下，计算每个转矩角对应的电磁转矩值，形成一张矢量表，存放在上位机。在电机控制器运行经过中，实时观测转矩和转矩角，并提取表格中的原始值进展比对。发现与表格的值有出入，那么调整电源电压值，进展转矩修正。直接转矩法，鲁棒性好，算法简单，并且不需要坐标变换，在早期是应用较多的一种控制方法。但这种方法在低转速情况下，控制精度急剧下降。因此可以选择仅在基频以下使用。3.4最大力矩电流比控制策略将电流在d-q坐标系下解耦，再分别求取每个分量的转矩电流最大比，目的是获得确定励磁电流下的最大转矩。用求取二阶导数的方式确定极大值的存在性。在调速区间内，对转矩电流比求导，二阶导数小于0，那么转矩电流比最大值存在。4总结永磁同步电机，其偏硬的机械特性使它非常合适于需要调速的场合。而电动汽车对功率密度、可操控性等特点的强烈需求，也使得永磁同步电机十分合适电动汽车的应用场景。假如可以进一步克制高温下永磁体的磁场稳定性问题，随着其变频调速技术研究的深化，永磁同步电机必将占领更多的电动汽车。