電力電子與現(xiàn)代控制（電機(jī)數(shù)學(xué)模型與分析）第二部分

1、電力電子與現(xiàn)代控制電力電子與現(xiàn)代控制 Power Electronics and Modern Control 一般結(jié)構(gòu)同步電動(dòng)機(jī)一般結(jié)構(gòu)同步電動(dòng)機(jī) n 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理 n 數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型 n 穩(wěn)態(tài)特性穩(wěn)態(tài)特性 n 動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性 同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) NS A- B+ A+ C+ C- B- N S A+ B+ C+ B- A- C- 凸極轉(zhuǎn)子凸極轉(zhuǎn)子(Salient Rotor)同步電機(jī)同步電機(jī) 隱極轉(zhuǎn)子隱極轉(zhuǎn)子(Round Rotor)同步電機(jī)同步電機(jī) 通常的同步電動(dòng)機(jī)有兩類：通常的同步電動(dòng)機(jī)有兩類： 1、凸極轉(zhuǎn)子(Salient Rotor

2、)同步電機(jī)（LdLq） 2 2、隱極轉(zhuǎn)子(Round Rotor)同步電機(jī)（Ld=Lq） Pole DC excitation winding Fan Slip rings 大型凸極水輪發(fā)電機(jī)的定子 大型凸極水輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子 隱極轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) 凸極轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) 同步電動(dòng)機(jī)的工作原理同步電動(dòng)機(jī)的工作原理 同步電動(dòng)機(jī)的組成，見左圖所示： 定子：abc三相對(duì)稱繞組as、bs和cs； 轉(zhuǎn)子：勵(lì)磁繞組fd和等效d軸阻尼繞組Dd和等效q 軸阻尼繞組Dq。 勵(lì)磁繞組所在的軸線稱之d軸或橫軸，按逆時(shí)針 方向超前90度電角度的軸線稱之為q軸或交軸。d 軸和q軸以同步角頻率1在空間逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，定 子三相繞組所在軸線a軸、

3、b軸和c軸在空間上靜 止不動(dòng)，a軸與d軸的夾角為： 其中0為初始時(shí)刻d軸與a相軸線的夾角，一般認(rèn) 為零。 r為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角頻率，同步旋轉(zhuǎn)時(shí)等于 1。 dt r 0 定子abc三相繞組的供電電壓Ua、Ub和Uc為三相對(duì)稱交流電壓，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組供電電壓為直流 電壓，d軸和q軸阻尼繞組與異步電機(jī)的鼠籠條類似，處于短路狀態(tài)，其供電電壓為零。穩(wěn)態(tài)運(yùn) 行時(shí)，d軸和q軸的旋轉(zhuǎn)速度r與供電頻率一致，即同步角頻率1，此時(shí)，定子三相繞組電流 也為正弦對(duì)稱系統(tǒng)，其頻率為1=2f1，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組的電流為恒定的直流，d軸和q軸阻尼 繞組電流為零。只有當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角頻率r 1時(shí)， d軸和q軸阻尼繞組電流才不為零。 同步電機(jī)的

4、空間位置關(guān)系 同步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型同步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型 n相坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型相坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型 ndqdq坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型 同步電動(dòng)機(jī)在相坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模同步電動(dòng)機(jī)在相坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模 型型 DqDqDqDq DdDdDdDd fdfdfdfd ccc bbb aaa piru piru piru pi ru pi ru pi ru 0 0 1 1 1 Dq Dd fd c b a DqcDqbDqaDq DdfDdcDdbDdaDd fDdfdcfdbfdafd cDqcDdcfdccbcac bDqbDdbfdbcbbab aDqaDdafdacabaa Dq Dd

5、 fd c b a i i i i i i LMMM LMMMM MLMMM MMMLMM MMMMLM MMMMML 00 0 0 電壓方程為：電壓方程為： 磁鏈方程為：磁鏈方程為： )3/2(2cos );3/2(2cos ;2cos 20 20 20 ssbb ssbb ssaa LLL LLL LLL 2/ )(; 2/ )( 20aaqaadsaaqaadaals LLLLLLL )6/5(2cos );2/(2cos );6/(2cos 20 20 20 ssac ssbc ssab MMM MMM MMM 2200 ; 2/4/ )( sssaaqaadmls LMLLLMM )

6、3/2cos( );3/2cos( ;cos 0 0 0 afdcfd afdbfd afdafd MM MM MM )3/2cos( );3/2cos( ;cos 0 0 0 aDdcDd aDdbDd aDdaDd MM MM MM )3/2sin( );3/2sin( ;sin 0 0 0 aDqcDq aDqbDq aDqaDq MM MM MM 其中： 上式中：Laad(Laaq)分別為d軸(q軸)線與a軸線重合時(shí)對(duì)應(yīng)的a相繞組的主電感；Mafd0、MaDd0 和MaDq0分別為a相軸線分別與fd、Dd和Dq軸線重合時(shí)a相繞組與fd、Dd和Dq繞組的互感系數(shù)； Lfd、MfDd、LD

7、d和LDq為常數(shù)。 LI I L I n WnT Tp mpem 2 電磁轉(zhuǎn)矩為： 同步電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)子同步電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)子dqdq坐坐 標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型 按照前面介紹坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的知識(shí)， 將同步電機(jī)定子abc三相繞組轉(zhuǎn) 換到dq坐標(biāo)系中，分別用一個(gè)d 軸繞組ds和一個(gè)q軸繞組qs來代 替，見右圖所示。轉(zhuǎn)換矩陣如下 式所示。此時(shí)同步電機(jī)共有五套 繞組，即： 定子：ds和qs繞組； 轉(zhuǎn)子：fd繞組、Dd和Dq繞組 這五個(gè)繞組都固定在轉(zhuǎn)子上，隨 轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)，見右圖所示。 2 1 2 1 2 1 )120sin()120sin(sin )120cos()120cos(cos 3 2 0 dqa

8、bc T 1)120sin()120cos( 1)120sin()120cos( 1sincos 0 abcdq T 同步電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)子同步電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)子dqdq坐坐 標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型 DqDqDq DdDdDd fdfdfdfd dqqq qddd pir pir piru ppi ru ppi ru 0 0 1 1 DqDqqaDqDq DdDdfdfDddaDdDd DdfDdfdfddafdfd DqaDqqqq DdaDdfdafdddd iLiM iLiMiM iMiLiM iMiL iMiMiL 0 0 0 0 00 2 3 2 3 2 3 電壓方程為： 磁鏈方程為：

9、 其中： aqslaaqaalsssq adslaadaalsssd LLLLLMLL LLLLLMLL )( 2 3 2 3 )( 2 3 2 3 200 200 電磁轉(zhuǎn)矩為：)( 2 3 dqqdpem iinT 從同步電機(jī)磁鏈方程可見：經(jīng)過變換后同步 電機(jī)的電感系數(shù)不對(duì)稱。（采用相對(duì)變換） 同步電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)子同步電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)子dqdq坐標(biāo)坐標(biāo) 系下的數(shù)學(xué)模型系下的數(shù)學(xué)模型 DqDqDq DdDdDd fdfdfdfd dqqq qddd pir pir piru ppiru ppiru 0 0 1 1 DqDqqaqDq DdDdfdfDddadDd DdfDdfdfddadfd Dqaqq

10、qq Ddadfdadddd iLiL iLiMiL iMiLiL iLiL iLiLiL 電壓方程為： 磁鏈方程為： 按照以下變換關(guān)系： Dq aDq aq DqDd aDd ad Ddfd afd ad fd i M L ii M L ii M L i 000 ; 此時(shí)，同步電機(jī)的電壓和磁鏈方程如 右式所示，可見其電感矩陣變得對(duì)稱了， 又得以簡(jiǎn)化。省去上標(biāo)*號(hào)，并有： DqDqqaqDq DdDdfdaddadDd Ddadfdfddadfd Dqaqqqq Ddadfdadddd iLiL iLiLiL iLiLiL iLiL iLiLiL 電壓方程：磁鏈方程： adfDd LM 則同步

11、電機(jī)的方程可以簡(jiǎn)化為：則同步電機(jī)的方程可以簡(jiǎn)化為： DqDqDq DdDdDd fdfdfdfd dqqq qddd pir pir piru ppi ru ppi ru 0 0 1 1 Dq aDq aq DqDd aDd ad Ddfd afd ad fd u M L uu M L uu M L u 000 3 2 ; 3 2 ; 3 2 電磁轉(zhuǎn)矩：)( 2 3 dqqdpem iinT 穩(wěn)態(tài)性能分析穩(wěn)態(tài)性能分析 穩(wěn)態(tài)時(shí)，同步電機(jī)的阻尼繞組不起作用，在 dq坐標(biāo)系下，同步電機(jī)所有量都為直流量， 且保持不變，則有： fdfdfd dqq qdd iru i ru i ru 11 11 fdf

12、ddafdfd qqq fdafdddd iLiM iL iMiL 0 0 2 3 qd qdqddq pdqqdpem LL uuLLuLE niinT 2 1 0 )( 2 3 )( 2 3 另有： 01111 )()(jEiLjrjiLjrjuuU qqddqd 其中： fdafd iME 010 其穩(wěn)態(tài)矢量圖見右圖所示。在上圖中，為同步電機(jī) 的功率角，為同步電機(jī)的外功率角，如不考慮定子電阻 的影響，兩者相等。根據(jù)上圖所示的矢量關(guān)系，在不考慮 定子電阻的情況下，穩(wěn)態(tài)時(shí)同步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為： 在上圖中，有：cos,sinUuUu qd 則有： 2 0 22 11 3 sinsin2 22

13、dq emp ddq E U LL TnU LL L 同步電機(jī)的矩 角特性 同步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)矢量圖 勵(lì)磁電磁轉(zhuǎn)矩 磁阻電磁轉(zhuǎn)矩 動(dòng)態(tài)性能分析動(dòng)態(tài)性能分析 )( )( 2 3 )( 2 3 00 0 dDqaDqqDdaDd qdqd qfdafdp dqqdpem iiMiiM iiLL iiMn iinT 基于動(dòng)態(tài)方程，同步電機(jī)的動(dòng)態(tài)電磁轉(zhuǎn)矩為： 可見動(dòng)態(tài)性況下，同步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩由三部分組成。同步電機(jī)在啟 動(dòng)過程中，如果轉(zhuǎn)子角頻率小于定子角頻率，此時(shí)，同步電機(jī)的電磁 轉(zhuǎn)矩以異步轉(zhuǎn)矩為主，同步轉(zhuǎn)矩是變化的；達(dá)到同步時(shí)，即轉(zhuǎn)子角頻 率等于定子角頻率，此時(shí)，同步電機(jī)的異步轉(zhuǎn)矩為零，只有同步電磁

14、轉(zhuǎn)矩存在。 勵(lì)磁電磁轉(zhuǎn)矩 磁阻電磁轉(zhuǎn)矩 異步電磁轉(zhuǎn)矩 同步電磁轉(zhuǎn)矩 同步電機(jī)同步電機(jī)matlabmatlab仿真模型的建立仿真模型的建立 mqDqDqlDqDqqaqDq mdDdDdlDdDdfdaddadDd mdfdfdlDdadfdfddadfd mqqslDqqaqqslq mddslDdfddaddsld iLiLiL iLiLiLiL iLiLiLiL iLiiLiL iLiiiLiL )( )( aqDqlsl Dql Dq sl q Dqqaqmq adDdlfdlsl Ddl Dd fdl fd sl d Ddfddadmd LLL LL iiL LLLL LLL iiiL

15、 111 )( 1111 )( DqDqqaqDq DdDdfdaddadDd Ddadfdfddadfd Dqaqqqq Ddadfdadddd iLiL iLiLiL iLiLiL iLiL iLiLiL 電壓方程： 磁鏈方程： DqDqDq DdDdDd fdfdfdfd dqqq qddd pir pir piru ppi ru ppi ru 0 0 1 1 電磁轉(zhuǎn)矩： )( 2 3 dqqdpem iinT DqlmdDqDq DdlmdDdDd fdlmdfdfd slmqqq slmddd Li Li Li Li Li / )( / )( / )( / )( / )( 1、最好利

16、用轉(zhuǎn)子dq坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型： 2、以各繞組磁鏈為狀態(tài)變量； 3、為了避便在計(jì)算電流時(shí)的矩陣求逆的計(jì)算， 應(yīng)以氣隙磁鏈為中間變量。 同步電機(jī)動(dòng)態(tài)仿真模型同步電機(jī)動(dòng)態(tài)仿真模型 （轉(zhuǎn)子（轉(zhuǎn)子dq坐標(biāo)系）坐標(biāo)系） 仿真事例一：空載啟動(dòng)過程仿真事例一：空載啟動(dòng)過程 仿真事例一：空載啟動(dòng)過程仿真事例一：空載啟動(dòng)過程 仿真事例二：帶仿真事例二：帶300Nm負(fù)載啟動(dòng)過程負(fù)載啟動(dòng)過程 仿真事例二：帶仿真事例二：帶300Nm負(fù)載啟動(dòng)過程負(fù)載啟動(dòng)過程 仿真事例三：空載啟動(dòng)穩(wěn)定后突加仿真事例三：空載啟動(dòng)穩(wěn)定后突加300Nm負(fù)載負(fù)載 仿真事例三：空載啟動(dòng)穩(wěn)定后突加仿真事例三：空載啟動(dòng)穩(wěn)定后突加300Nm負(fù)載負(fù)載 特殊

17、結(jié)構(gòu)同步電動(dòng)機(jī)特殊結(jié)構(gòu)同步電動(dòng)機(jī) n 分類分類 n 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) n 數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型 n 特性特性 特種同步電機(jī)的分類特種同步電機(jī)的分類 n特種的同步電機(jī)有：永磁同步電機(jī)、同步磁阻 電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī)等 n永磁同步電機(jī)與普通同步電機(jī)相比，其勵(lì)磁磁 鏈由位于電機(jī)轉(zhuǎn)子上的永磁體產(chǎn)生； n按照其氣隙磁鏈波形的不同可分為：永磁無刷 直流電機(jī)和永磁同步交流電機(jī)兩種，永磁無刷直 流電機(jī)的氣隙磁鏈和反電勢(shì)波形為方波或梯形波， 永磁同步交流電機(jī)的氣隙磁鏈和反電勢(shì)波形為正 弦波； n永磁同步交流電機(jī)按照其轉(zhuǎn)子永磁體的安裝方 式不同又分為表面貼裝式永磁同步交流電機(jī)和內(nèi) 嵌式永磁同步交流電機(jī)； n永磁交流電機(jī)按照其氣

18、隙磁鏈行走路線不同可 分為徑向磁通式、軸向磁通式和橫向磁通式等。 永永 磁磁 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 的的 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 子子 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 面貼式（Surface mounted Magnet ） 內(nèi)嵌式（Inset Magnet ） 內(nèi)埋式（Interior Magnet） 磁場(chǎng)集中式（Flux Concentration） 面貼帶極靴式 內(nèi)埋式 根據(jù)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的Ld和Lq的 差異，永磁同步電機(jī)分為SPMSM （LdLq）和IPMSM（LdLq） 兩種。 SPMSM IPMSM IPMSM IPMSM IPMSM IPMSMIPMSM的多層轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的多層轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) 兩層轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的兩層轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的IPM

19、SMIPMSM具有較好的性能和較低的造價(jià)具有較好的性能和較低的造價(jià) 同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與其凸極率的關(guān)系同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與其凸極率的關(guān)系 同步電機(jī)的凸極率同步電機(jī)的凸極率(Salient Ratio)：Lq/Ld 一臺(tái) 30 kW徑向氣隙的 IPMSM的參數(shù)： SPMSM IPMSM 多層SPMSM 永磁同步磁阻電機(jī)PMSynRM 多層永磁同步磁阻 電機(jī)PMSynRM 同步磁阻電機(jī)SynRM 多層同步磁阻電機(jī)SynRM 徑徑 向向 磁磁 通通 永永 磁磁 同同 步步 電電 機(jī)機(jī) 其主磁通沿徑向穿過氣隙其主磁通沿徑向穿過氣隙 軸向氣隙永磁同步電機(jī)軸向氣隙永磁同步電機(jī) 其主磁通沿軸向穿過氣隙（上圖

20、中有兩個(gè)氣隙）其主磁通沿軸向穿過氣隙（上圖中有兩個(gè)氣隙） 橫向磁通永磁同步電機(jī)（橫向磁通永磁同步電機(jī)（Transversal-flux） 永磁同永磁同 步交流步交流 電機(jī)電機(jī) (PMSM)(PMSM) 氣隙磁通密度分布為正弦波 正弦電壓供電時(shí)電流也為正弦波 氣隙磁力線分布為正弦波 空載電勢(shì)為正弦波 永磁無永磁無 刷直流刷直流 電機(jī)電機(jī) (BLDC)(BLDC) 氣隙磁力線分布為方波 氣隙磁通密度分布為方波 空載電勢(shì)為方波方波電流供電時(shí)電壓也為方波 同步磁阻電機(jī)（同步磁阻電機(jī)（SynRMSynRM）的結(jié)構(gòu)）的結(jié)構(gòu) 永磁輔助同步磁阻電機(jī) 凸極轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)多層轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) (TLA) 多層轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) (ALA

21、) 三種電機(jī)的比較三種電機(jī)的比較 n三種同步電機(jī)：三種同步電機(jī)：SynRM, SPMSM, IPMSM n比較之性能：比較之性能：Cogging torque、轉(zhuǎn)矩特性、效率及損 失、成本。 n定位轉(zhuǎn)矩定位轉(zhuǎn)矩(Cogging torque)：IPMSM與SPMSM具有 Cogging torque，其中IPMSM較大，因其具有凸極效應(yīng) (Saliency)，在壓縮機(jī)負(fù)載的應(yīng)用上，應(yīng)具有較小的 Cogging torque，因需具有低噪音及低振動(dòng)特性; n效率及損耗：效率及損耗：IPMSM的效率最高，因其除具永磁轉(zhuǎn)矩外， 還具有磁阻轉(zhuǎn)矩，其所需的定子電流最小，而具有最小 的銅損。SPMSM無磁

22、阻轉(zhuǎn)矩，其銅損增大。另外，因外 包鋼膜上的感生渦流所造成的鐵損，以及較大的氣隙， 使其效率稍低。而SynRM因無永磁轉(zhuǎn)矩，全靠磁阻轉(zhuǎn)矩 而效率較低，但仍比IM高約2-3%； n成本：成本：以SynRM為1.0當(dāng)比較對(duì)象，IM、IPMSM、SPMSM 分別為其的1.13、1.42、1.5倍。 由上之比叫可知，欲得高性能高效率的控制特性， 可選用IPMSM，而如欲得最低成本者，可選用SynRM， 只是效率較低，但仍比IM高些。 永磁同步電動(dòng)機(jī)在相坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模永磁同步電動(dòng)機(jī)在相坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模 型型 ccc bbb aaa pi ru pi ru pi ru 1 1 1 ) 3 2 cos( )

23、 3 2 cos( cos m m m c b a ccbcac bcbbab acabaa c b a i i i LMM MLM MML 磁鏈方程為： )3/2(2cos );3/2(2cos ;2cos 20 20 20 ssbb ssbb ssaa LLL LLL LLL 2/ )(; 2/ )( 20aaqaadsaaqaadaals LLLLLLL )6/5(2cos );2/(2cos );6/(2cos 20 20 20 ssac ssbc ssab MMM MMM MMM 2200 ; 2/4/ )( sssaaqaadmls LMLLLMM 其中電壓方程為： 上式中：Laa

24、d(Laaq)分別為d軸(q軸)線與a軸線 重合時(shí)對(duì)應(yīng)的a相繞組的主電感；m為永磁磁極 在一相定子繞組中產(chǎn)生的基波磁鏈幅值。 I L I n WnT Tp mpem 2 電磁轉(zhuǎn)矩為： 永磁同步電動(dòng)機(jī)的組成，見右圖所示：定子： abc三相對(duì)稱繞組as、bs和cs；轉(zhuǎn)子：永磁勵(lì)磁磁極 其中： 永磁同步電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)子永磁同步電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)子 dqdq坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型 按照前面介紹坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的知識(shí)，將同步電 機(jī)定子abc三相繞組轉(zhuǎn)換到dq坐標(biāo)系中，分 別用一個(gè)d軸繞組ds和一個(gè)q軸繞組qs來代 替，見右圖所示。轉(zhuǎn)換矩陣如下式所示。 此時(shí)同步電機(jī)只有定子ds和qs兩套繞組， 它們都固定在轉(zhuǎn)子

25、上，隨轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)。 2 1 2 1 2 1 )120sin()120sin(sin )120cos()120cos(cos 3 2 0 dqabc T 1)120sin()120cos( 1)120sin()120cos( 1sincos 0 abcdq T ppi ru ppi ru dqqq qddd 1 1 電壓方程為： qqq mddd iL iL 磁鏈方程為： 電磁轉(zhuǎn)矩為： )( 2 3 dqqdpem iinT 其中： aqslaaqaalsssq adslaadaalsssd LLLLLMLL LLLLLMLL )( 2 3 2 3 )( 2 3 2 3 200 200 穩(wěn)態(tài)性

26、能分析穩(wěn)態(tài)性能分析 穩(wěn)態(tài)時(shí)，永磁同步電機(jī)在dq坐標(biāo)系下的 所有量都為直流量，且保持不變，則有： dqq qdd i ru i ru 11 11 qqq mddd iL iL qd qdqddq pdqqdpem LL uuLLuLE niinT 2 1 0 )( 2 3 )( 2 3 另有： 01111 )()(jEiLjrjiLjrjuuU qqddqd 其中： m E1 0 其穩(wěn)態(tài)矢量圖見右圖所示。在上圖中，為同步電機(jī)的外功 率角，為同步電機(jī)的內(nèi)功率角，如不考慮定子電阻的影響， 兩者相等。根據(jù)上圖所示的矢量關(guān)系，在不考慮定子的情況 下，穩(wěn)態(tài)時(shí)同步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為： 在上圖中，有： cos,

27、sinUuUu qd 則有： 2sin 2 sin 2 3 2 1 2 1 0 qd qd d pem LL LL L UE nT 永磁同步電機(jī) 的矩角特性 永磁同步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)矢量圖 穩(wěn)態(tài)性能分析穩(wěn)態(tài)性能分析 )( 2 3 )( 2 3 qdqdqmpdqqdpem iiLLiniinT 永磁同步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩可寫為： 可見永磁同步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩由勵(lì)磁電磁轉(zhuǎn)矩和磁阻電磁轉(zhuǎn)矩兩部分組成。 勵(lì)磁電磁轉(zhuǎn)矩磁阻電磁轉(zhuǎn)矩 永磁輔助同步磁阻電機(jī)PMa-SynRM的矩角特性永磁同步電機(jī)IPMSM的矩角特性 可見永磁輔助同步磁阻電機(jī)可見永磁輔助同步磁阻電機(jī)PMa-SynRM其磁阻轉(zhuǎn)矩占主要部分，而永磁同步電

28、機(jī)其磁阻轉(zhuǎn)矩占主要部分，而永磁同步電機(jī) IPMSM其電磁轉(zhuǎn)矩占主要部分。其電磁轉(zhuǎn)矩占主要部分。 2sin 2 sin 2 3 2 1 2 1 0 qd qd d pem LL LL L UE nT 穩(wěn)態(tài)時(shí)為：穩(wěn)態(tài)時(shí)為： 開關(guān)磁阻電機(jī)開關(guān)磁阻電機(jī) n開關(guān)磁阻電機(jī)是一種雙凸極的磁阻電機(jī)，也可 以視為一種大步距的步進(jìn)電機(jī)； n其結(jié)構(gòu)有6/4、8/6、10/8和12/10極等，左圖 為8/6極結(jié)構(gòu)，即定子有8個(gè)極，轉(zhuǎn)子有6個(gè)極， 定子安裝有八套集中繞組，相對(duì)應(yīng)極的繞組的 首尾相連都成一相，故8/6極電機(jī)定子共有四相 繞組； n其優(yōu)點(diǎn)有： (1)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，可獲得較低的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； (2)定

29、子繞組為集中式繞組，簡(jiǎn)單可靠; (3)主要損耗由定子繞組產(chǎn)生，易散熱; (4)由于轉(zhuǎn)子無永磁磁體，可允許較高的運(yùn)行溫度; (5)簡(jiǎn)單的單極性驅(qū)動(dòng)，無直通問題; (6)在沒有浪涌電流的情況下可獲得較高的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩; (7)可運(yùn)行在極高的速度; (8)轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速特性易于調(diào)整以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)合的需要。 n缺點(diǎn)有： (1)雙凸極結(jié)構(gòu)引起震動(dòng)和噪音； (2)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較高。 n主要應(yīng)用場(chǎng)合： (1)已獲得應(yīng)用的場(chǎng)合：Washing machine/Vacuum, blower/Motorcycle/Automotive cruise control drives. (2)正在考慮應(yīng)用的場(chǎng)合：Conventional automotive actuators/Aerospace starter-generators/High- speed adjustable speed fluid Pumps/Robotic prime movers. 定子結(jié)構(gòu)定子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) 每相電壓方程：每相電壓方程： 轉(zhuǎn)矩方程：轉(zhuǎn)矩方程： 控制方法：控制方法： n低速電流斬波控制； n高速控制每相繞組的導(dǎo)通角和關(guān)斷角。 理想狀態(tài)每相電感波形 電動(dòng)狀態(tài)電流波形 電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生機(jī)理 制動(dòng)狀態(tài)電流波形 采用的驅(qū)動(dòng)裝