新能源汽車電工電子技術(shù) 課件 57認(rèn)識永磁同步電機的控制系統(tǒng)

認(rèn)識永磁同步電機的控制系統(tǒng)《新能源汽車電工電子技術(shù)》contents目錄二永磁同步電機系統(tǒng)的控制策略一永磁同步電機控制系統(tǒng)的功能三永磁同步電機的優(yōu)缺點永磁同步電機控制系統(tǒng)的功能一一、永磁同步電機控制系統(tǒng)的功能認(rèn)識永磁同步電機的控制系統(tǒng)永磁同步電機改變速度改變轉(zhuǎn)向改變電機運行狀態(tài)一、永磁同步電機控制系統(tǒng)的功能認(rèn)識永磁同步電機的控制系統(tǒng)（一）電機速度的改變一、永磁同步電機控制系統(tǒng)的功能認(rèn)識永磁同步電機的控制系統(tǒng)理論轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速公式:根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，變化的電流會產(chǎn)生變化的磁場，我們在電動機定子通入三相交流電，定子中會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場。

一、永磁同步電機控制系統(tǒng)的功能認(rèn)識永磁同步電機的控制系統(tǒng)實際轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速公式:可以通過改變通入定子三相繞組中的三相交流電的頻率改變旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)速度，從而實現(xiàn)改變電機的轉(zhuǎn)速，也就是我們通常所說的變頻調(diào)速原理。

公式中：??表示旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速；??0表示旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速；??表示轉(zhuǎn)差率。一、永磁同步電機控制系統(tǒng)的功能認(rèn)識永磁同步電機的控制系統(tǒng)（二）改變轉(zhuǎn)向前進(jìn)狀態(tài)后退狀態(tài)一、永磁同步電機控制系統(tǒng)的功能認(rèn)識永磁同步電機的控制系統(tǒng)（二）改變轉(zhuǎn)向MBAAoBoBoAoGNDVCC改變通入定子三相繞組中的三相交流電的相序就可改變旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向，從而改變電機的轉(zhuǎn)向，進(jìn)而實現(xiàn)前進(jìn)或后退。一、永磁同步電機控制系統(tǒng)的功能認(rèn)識永磁同步電機的控制系統(tǒng)（三）改變電機運行狀態(tài)與其它電機一樣，同步電機也是可逆的，既可以作發(fā)電機進(jìn)行能量回收，也可以作電動機驅(qū)動車輛，這就是電機的運行狀態(tài)。驅(qū)動狀態(tài)能量回收狀態(tài)踏板信號慣性帶動電機繼續(xù)運轉(zhuǎn)電機為電池充電車輛減速電機運行狀態(tài)電機反向扭矩產(chǎn)生電制動力永磁同步電機控制系統(tǒng)的控制策略二二、永磁同步電機控制系統(tǒng)的控制策略認(rèn)識永磁同步電機的控制系統(tǒng)根據(jù)不同的控制目標(biāo)調(diào)節(jié)勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流，進(jìn)而實現(xiàn)對速度和轉(zhuǎn)矩的精確控制，使控制系統(tǒng)獲得良好的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)響應(yīng)特性，這就是永磁同步電機的控制策略。空間矢量控制基于空間矢量調(diào)制的直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制模型參考自適應(yīng)控制智能控制二、永磁同步電機控制系統(tǒng)的控制策略認(rèn)識永磁同步電機的控制系統(tǒng)空間矢量控制直接轉(zhuǎn)矩控制根據(jù)不同的控制目標(biāo)調(diào)節(jié)勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流，進(jìn)而實現(xiàn)對速度和轉(zhuǎn)矩的精確控制，使控制系統(tǒng)獲得良好的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)響應(yīng)特性，這就是永磁同步電機的控制策略。μsopisop二、永磁同步電機控制系統(tǒng)的控制策略認(rèn)識永磁同步電機的控制系統(tǒng)（一）空間矢量控制永磁同步電機是一個具有多變量、強耦合及非線性的復(fù)雜系統(tǒng)。矢量控制是一種模仿直流電機的磁場定向方式，又稱磁場定向控制。二、永磁同步電機控制系統(tǒng)的控制策略認(rèn)識永磁同步電機的控制系統(tǒng)（一）空間矢量控制將交流電機空間磁場矢量的方向，作為坐標(biāo)軸的基準(zhǔn)方向，通過坐標(biāo)變換，將電機定子電流，正交分解為與磁場方向一致的勵磁電流分量和與磁場方向垂直的轉(zhuǎn)矩電流分量，然后就可以像直流電機一樣對勵磁電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量分別進(jìn)行控制。磁場定向控制二、永磁同步電機控制系統(tǒng)的控制策略認(rèn)識永磁同步電機的控制系統(tǒng)（一）空間矢量控制永磁同步電機實際上是對三相電子靜止坐標(biāo)系iA、iB、iC進(jìn)行矢量控制，但是要想直接控制它非常困難。二、永磁同步電機控制系統(tǒng)的控制策略認(rèn)識永磁同步電機的控制系統(tǒng)（一）空間矢量控制借助于坐標(biāo)變換，使各物理量從靜止坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，站在同步旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系上觀察，電動機的各空間矢量都變成了停止矢量，在同步坐標(biāo)系上的各空間矢量就都變成了直流量，可以根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式的幾種形式，找到轉(zhuǎn)矩和被控矢量的各分量之間的關(guān)系，實時地計算出轉(zhuǎn)矩控制所需的被控矢量的各分量值。二、永磁同步電機控制系統(tǒng)的控制策略認(rèn)識永磁同步電機的控制系統(tǒng)（一）空間矢量控制把ABC三組電源iA、iB、iC變換到α和β兩項靜止坐標(biāo)系，我們稱之為Clarke變換。二、永磁同步電機控制系統(tǒng)的控制策略認(rèn)識永磁同步電機的控制系統(tǒng)（一）空間矢量控制從兩項靜止坐標(biāo)系，變換成同步旋轉(zhuǎn)磁場定向坐標(biāo)系，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流iq、id

。iq相當(dāng)于直流電動機的粒子電流id相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流這種變換稱為Park變換。二、永磁同步電機控制系統(tǒng)的控制策略認(rèn)識永磁同步電機的控制系統(tǒng)（一）空間矢量控制最后經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)逆變換，包括Park逆變換和Clarke逆變換，實現(xiàn)對永磁同步電動機的控制。此時通過對直流量iq、id實時控制，就能模仿直流電動機的控制方法，從而達(dá)到控制永磁同步電動機的目的。二、永磁同步電機控制系統(tǒng)的控制策略認(rèn)識永磁同步電機的控制系統(tǒng)空間矢量控制的優(yōu)點：具有良好的占據(jù)響應(yīng)精確的速度控制；在零速時可實現(xiàn)全負(fù)載?？臻g矢量控制的缺點：矢量控制系統(tǒng)需要進(jìn)行坐標(biāo)變換；預(yù)測量大；需要考慮電機轉(zhuǎn)子參數(shù)變動，使系統(tǒng)復(fù)雜化。二、永磁同步電機控制系統(tǒng)的控制策略認(rèn)識永磁同步電機的控制系統(tǒng)（二）直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)距控制是指：通過實施檢測電機轉(zhuǎn)矩和磁鏈，分別與轉(zhuǎn)矩和磁鏈的給定值，進(jìn)行比較。有轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器和磁鏈調(diào)節(jié)器，直接從開關(guān)表中，選擇合適的定子電壓空間矢量控制逆變器的功率開關(guān)狀態(tài)。μsopisop二、永磁同步電機控制系統(tǒng)的控制策略認(rèn)識永磁同步電機的控制系統(tǒng)（二）直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制優(yōu)點：μsopisop它的控制結(jié)構(gòu)簡單，不需要復(fù)雜的矢量坐標(biāo)變換；受電機參數(shù)變化影響較小。二、永磁同步電機控制系統(tǒng)的控制策略認(rèn)識永磁同步電機的控制系統(tǒng)（二）直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制缺點：μsopisop它的逆變器開關(guān)頻率不固定、轉(zhuǎn)距電流脈動大；實現(xiàn)數(shù)字化控制，需要很高的采樣頻率。永磁同步電機控制系統(tǒng)的特點三三、永磁同步電機控制系統(tǒng)的特點認(rèn)識永磁同步電機的控制系統(tǒng)永磁同步電機運行速度恒定，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度、高動態(tài)性能、大范圍的調(diào)速或者定位控制；它可以和電源頻率同步的恒定速度旋轉(zhuǎn)，不受負(fù)載和線路電壓的影響。因此在轉(zhuǎn)矩不超過極限運行值的情況下，電機速度保持恒定。三、永磁同步電機控制系統(tǒng)的特點認(rèn)識永磁同步電機的控制系統(tǒng)永磁同步電機的優(yōu)點永磁同步電機產(chǎn)生的功率密度高、效率高、過載能力強，因此在使用過程中基本不需要進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。（一）過載能力強三、永磁同步電機控制系統(tǒng)的特點認(rèn)識永磁同步電機的控制系統(tǒng)永磁同步電機的優(yōu)點永磁同步電機系統(tǒng)對速度的控制很精確，因此其速度和轉(zhuǎn)矩特性，基本適用于直接驅(qū)動大馬力、低轉(zhuǎn)速的負(fù)載。（二）速度/轉(zhuǎn)矩特性三、永磁同步電機控制系統(tǒng)的特點認(rèn)識永磁同步電機的控制系統(tǒng)永磁同步電機的優(yōu)點永磁同步電機以高功率因素運行，從而提高整個系統(tǒng)的功率因素、消除或減少功率因素的損失。（三）功率因素高三、永磁同步電機控制系統(tǒng)的特點認(rèn)識永磁同步電機的控制系統(tǒng)永磁同步電機的優(yōu)點永磁同步電機用永磁體代替了傳統(tǒng)感應(yīng)電機的勵磁線圈，消除了轉(zhuǎn)子的損能。因此提高了電機的效率峰值和功率重量比。（四）永磁體代替勵磁線圈三、永磁同步電機控制系統(tǒng)的特點認(rèn)識永磁同步電機的控制系統(tǒng)永磁同步電機的缺點由于永磁同步電動機的轉(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，因此會增大定子的電流，增加電動機的銅耗。三、永磁同步電機控制系統(tǒng)的特點認(rèn)識永磁同步電機的控制系統(tǒng)永磁同步電機的缺點永磁同步電動機的磁鋼價格較高，因此制作出來的永磁同步電動機的成本也比較高。認(rèn)識永磁同步電機的控制系統(tǒng)永磁同步電