車用驅動電機原理與控制基礎（第2版）課件：永磁同步電機的空間矢量分析

車用驅動電機原理與控制基礎(第2版)

永磁同步電機的空間矢量分析26.1PMSM轉子結構及物理模型轉子結構插入式PMSM將永磁體嵌入或內裝在轉子鐵芯內，在結構上增強了可靠性，可提高運行速度。特別的，因為永磁鐵的磁導率接近于真空磁導率，所以插入式轉子結構的氣隙是不均勻的，即轉子為“凸極”結構，由此產(chǎn)生的磁阻轉矩可提高PMSM電機的轉矩/電流比，相同轉矩需求下可降低永磁體勵磁磁通，減小永磁體的體積，既有利于弱磁運行，擴展速度范圍，又可降低成本。所以，車用PMSM電機以插入式為主。圖6-1面裝式轉子結構

圖6-2插入式轉子結構36.1.1面裝式PMSM電機物理模型取逆時針方向為轉速和電磁轉矩的正方向。對于面裝式轉子結構，由于永磁體內部磁導率很小，接近于空氣，可以將置于轉子表面的永磁體等效為置于轉子槽內的勵磁繞組，假設勵磁繞組氣隙中產(chǎn)生的正弦分布勵磁磁場與兩個永磁體產(chǎn)生的正弦分布磁場相同。a）結構簡圖b）轉子等效勵磁繞組

圖6-3二極面裝式PMSM物理模型

46.1.2插入式PMSM電機物理模型圖6-4二極插入式PMSM結構簡圖、等效物理模型a）結構簡圖b）轉子等效勵磁繞組c）物理模型

56.1.3PMSM電機物理模型的原型電機等效

圖6-5永磁同步電機等效四線圈物理模型66.2定子磁鏈和電壓方程6.2.1定子磁鏈矢量定子磁鏈矢量

76.2.1定子磁鏈矢量定子磁鏈矢量

86.2.2定子電壓方程定子電壓方程

96.2.3電壓矢量方程在同步坐標系下的分解定子電壓方程圖6-6同步旋轉的DQ軸系

106.2.3電壓矢量方程在同步坐標系下的分解

穩(wěn)態(tài)電壓方程和空間矢量圖116.2.3電壓矢量方程在同步坐標系下的分解面裝式PMSM穩(wěn)態(tài)矢量圖圖6-8面裝式PMSM穩(wěn)態(tài)矢量圖

126.3PMSM轉矩方程6.3.1轉矩方程電磁轉矩公式

136.3.1轉矩方程恒轉矩曲線圖6-10電流相平面上恒轉矩特性曲線

14電磁轉矩公式

6.3.1轉矩方程156.3.2恒轉矩曲線和MTPA圖6-11

最大轉矩電流比的定子電流矢量軌跡

166.3.2恒轉矩曲線和MTPA圖6-13電流極限圓和MTPA曲線

圖6-12不同電流幅值下的矩角特性176.4永磁同步電機的磁場定向控制原理6.4.1電壓極限橢圓、轉折速度

186.4.1電壓極限橢圓、轉折速度1.電壓極限橢圓圖6-14

電壓極限橢圓

196.4.1電壓極限橢圓、轉折速度2.轉折速度和基速

206.4.1電壓極限橢圓、轉折速度2.轉折速度和基速

216.4.2弱磁控制3．弱磁控制方式

圖6-16恒轉矩與恒功率運行(外特性)曲線226.4.2弱磁控制3．弱磁控制方式

236.4.2弱磁控制4．MTPV

246.4.2弱磁控制4．MTPV

256.4.2弱磁控制可以在電流相平面上展示上文中分析的恒轉矩曲線、電流極限圓、電壓極限橢圓、MTPA、MTPV。圖6-18PMSM控制約束及規(guī)律266.4.2弱磁控制

圖6-19弱磁控制與定子電流最優(yōu)控制圖6-16恒轉矩與恒功率運行(外特性)曲線276.4.3永磁同步電機的制動基本原理驅動工況圖6-20永磁同步電機磁場定向控制下的矢量圖a)驅動

286.4.3永磁同步電機的制動基本原理回饋制動和能耗制動

b)回饋制動c)能耗制動圖6-20永磁同步電機磁場定向控制下的矢量圖

29稀土是決定永磁體性能的重要基礎材料，是高性能永磁電機加工制造的核心關鍵材料。中國已探明的稀土儲量位列世界第一，但很長時間卻曾因缺乏技術支撐，萃取技術不過關，中國不得不低價出口稀土精礦和混合稀土，再以幾十倍甚至幾百倍的價格購進深加工的稀土產(chǎn)品。上世紀七、八十年代，以徐光憲為代表的老一輩科學家成功攻克了稀土串級萃取理論難題，創(chuàng)造性地優(yōu)化了生產(chǎn)工藝流程，將串級萃取理論應用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)！自此，我國稀土分離技術開始走在世界前列，根本改變了受制于人的困窘局面。徐光憲因此獲得2008年度國家最高科學技術獎。我國稀土工業(yè)經(jīng)過40余年的努力，今非昔比，生產(chǎn)水平和產(chǎn)品質量都有了質的飛躍。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，我國稀土的出口外銷取得了同步、高速發(fā)展，尤其是高純稀土出口比例逐年提高，出口數(shù)量已穩(wěn)定在世界總出口量的八成以上，高純稀土產(chǎn)品每年進入國際市場已過2萬噸，銷往日本、美國和歐洲。在這些國家和地區(qū)，中國高純稀土已占市場份額的七成以上。中國是世界最大稀土生產(chǎn)國和出口國