車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)原理與控制基礎(chǔ)-課件-第5章-永磁同步電機(jī)的空間矢量描述和磁場(chǎng)定向控制

車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)原理與控制基礎(chǔ)第5章永磁同步電機(jī)的空間矢量描述和磁場(chǎng)定向控制25.1PMSM轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)及物理模型插入式PMSM將永磁體嵌入或內(nèi)裝在轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)，在結(jié)構(gòu)上增強(qiáng)了可靠性，可提高運(yùn)行速度。特別的，因?yàn)橛来盆F的磁導(dǎo)率接近于真空磁導(dǎo)率，所以插入式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的氣隙是不均勻的，即轉(zhuǎn)子為“凸極”結(jié)構(gòu)，由此產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩可提高PMSM電機(jī)的轉(zhuǎn)矩/電流比，相同轉(zhuǎn)矩需求下可降低永磁體勵(lì)磁磁通，減小永磁體的體積，既有利于弱磁運(yùn)行，擴(kuò)展速度范圍，又可降低成本。所以，車用PMSM電機(jī)以插入式為主。圖5-1面裝式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

圖5-2插入式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)35.1.1面裝式PMSM電機(jī)物理模型取逆時(shí)針方向?yàn)檗D(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩的正方向。對(duì)于面裝式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，由于永磁體內(nèi)部磁導(dǎo)率很小，接近于空氣，可以將置于轉(zhuǎn)子表面的永磁體等效為置于轉(zhuǎn)子槽內(nèi)的勵(lì)磁繞組，假設(shè)勵(lì)磁繞組氣隙中產(chǎn)生的正弦分布勵(lì)磁磁場(chǎng)與兩個(gè)永磁體產(chǎn)生的正弦分布磁場(chǎng)相同。a）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖b）轉(zhuǎn)子等效勵(lì)磁繞組

圖5-3二極面裝式PMSM物理模型

45.1.2插入式PMSM電機(jī)物理模型圖5-4二極插入式PMSM結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖、等效物理模型a）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖b）轉(zhuǎn)子等效勵(lì)磁繞組c）物理模型

55.2空間矢量方程5.2.1定子磁鏈和電壓方程1．定子磁鏈?zhǔn)噶?/p>

65.2空間矢量方程5.2.1定子磁鏈和電壓方程1．定子磁鏈?zhǔn)噶?/p>

75.2空間矢量方程5.2.1定子磁鏈和電壓方程2．定子電壓方程

85.2.2電壓矢量方程在同步坐標(biāo)系下的分解定子磁鏈?zhǔn)噶糠纸鈭D5-5同步旋轉(zhuǎn)的dq軸系將單軸線圈S分解為dq軸系上的雙軸線圈d和q，每個(gè)軸線圈的有效匝數(shù)仍與單軸線圈相同。

95.2.2電壓矢量方程在同步坐標(biāo)系下的分解定子電壓方程

105.2.2電壓矢量方程在同步坐標(biāo)系下的分解

圖5-6

內(nèi)置式PMSM的穩(wěn)態(tài)矢量圖(id<0)穩(wěn)態(tài)電壓方程和空間矢量圖115.2.2電壓矢量方程在同步坐標(biāo)系下的分解面裝式PMSM穩(wěn)態(tài)矢量圖圖5-7面裝式PMSM穩(wěn)態(tài)矢量圖

125.3PMSM磁共能和轉(zhuǎn)矩模型磁共能的解析表達(dá)

135.3PMSM磁共能和轉(zhuǎn)矩模型電磁轉(zhuǎn)矩公式

145.3PMSM磁共能和轉(zhuǎn)矩模型電磁轉(zhuǎn)矩公式

155.3PMSM磁共能和轉(zhuǎn)矩模型恒轉(zhuǎn)矩曲線圖5-9電流相平面上恒轉(zhuǎn)矩特性曲線

165.4永磁同步電機(jī)的磁場(chǎng)定向控制5.4.1永磁同步電機(jī)的矢量控制和磁場(chǎng)定向

175.4.2恒轉(zhuǎn)矩曲線和電流極限圓、MTPA圖5-11

最大轉(zhuǎn)矩電流比的定子電流矢量軌跡

185.4.2恒轉(zhuǎn)矩曲線和電流極限圓、MTPA圖5-13電流極限圓和MTPA曲線

圖5-12不同電流幅值下的矩角特性195.4.3電壓極限橢圓、弱磁控制和MTPV1.電壓極限橢圓

205.4.3電壓極限橢圓、弱磁控制和MTPV1.電壓極限橢圓圖5-14

電壓極限橢圓

215.4.3電壓極限橢圓、弱磁控制和MTPV2.轉(zhuǎn)折速度和基速

225.4.3電壓極限橢圓、弱磁控制和MTPV3．弱磁控制方式在外特性曲線上,基速是恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行與恒功率運(yùn)行區(qū)的分界點(diǎn)。恒功率區(qū)運(yùn)行的基本原理是增加d軸去磁電流,擴(kuò)大電機(jī)運(yùn)行區(qū)間,因此,恒功率運(yùn)行區(qū)也稱弱磁區(qū)。在部分特性(外特性以內(nèi))曲線上,基速工作點(diǎn)Brb(ωrb,temax)與空載基速工作點(diǎn)(ωrb0,0)之間的連線為弱磁分界線。圖5-16恒轉(zhuǎn)矩與恒功率運(yùn)行(外特性)曲線235.4.3電壓極限橢圓、弱磁控制和MTPV3．弱磁控制方式

245.4.3電壓極限橢圓、弱磁控制和MTPV3．弱磁控制方式

255.4.3電壓極限橢圓、弱磁控制和MTPV3．弱磁控制方式

圖5-17弱磁控制與定子電流最優(yōu)控制圖5-16恒轉(zhuǎn)矩與恒功率運(yùn)行(外特性)曲線265.4.4永磁同步電機(jī)的制動(dòng)基本原理驅(qū)動(dòng)工況圖5-19永磁同步電機(jī)磁場(chǎng)定向控制下的矢量圖a)驅(qū)動(dòng)

275.4.4永磁同步電機(jī)的制動(dòng)基本原理