第六章永磁电机驱动系统.ppt

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1、第六章　永磁电机驱动系统的组成和工作原理一、永磁无刷电机的分类二、永磁同步电机的结构三、永磁同步电机的工作原理四、永磁同步电机的数学模型及控制系统一、永磁同步电机的分类PMSM和BDCM每相励磁磁场强度波形a)PMSM　b)BLDCM永磁电动机既具有交流电动机的无电刷结构、运行可靠等优点,又具有直流电动机的调速性能好的优点,且无需励磁绕组,可以做到体积小、控制效率高,是当前电动车用电动机研发与应用的热点。永磁无刷电动机可以分为：由方波驱动的无刷直流电动机系统((BLDCM)由正弦波驱动的无刷直流电动机系统(PMSM)一、永磁同步电机的分类永磁电动机驱动系统可以分为无刷直流电动机(B

2、LDCM)系统和永磁同步电动机(PMSM)系统。无刷直流电动机(BLDCM)系统具有转矩大、功率密度高、位置检测和控制方法简单的优点,但是由于换相电流很难达到理想状态,因此会造成转矩脉动、振动噪声等问题。对于车速要求不太高的电动汽车驱动领域,BLDCM系统具有一定的优势,得到了广泛的重视和普遍应用。永磁同步电动机(PMSM)系统具有高控制精度、高转矩密度、良好的转矩平稳性以及低噪声的特点,通过合理设计永磁磁路结构能获得较高的弱磁性能,提高电动机的调速范围,因此在电动车驱动方面具有较高的应用价值,已经受到国内外电动汽车界的高度重视,并在日本得到了普遍的应用,是一种比较理想的电动汽车驱

3、动系统。永磁同步电机相比交流异步电机优势1、效率高、更加省电：a、由于永磁同步电机的磁场是由永磁体产生的，从而避免通过励磁电流来产生磁场而导致的励磁损耗（铜耗）；b、永磁同步电机的外特性效率曲线相比异步电机，其在轻载时效率值要高很多。c、由于永磁同步电机功率因数高，这样相比异步电机其电机电流更小，相应地电机的定子铜耗更小，效率也更高。d、系统效率高：永磁电机参数，特别是功率因数，不受电机极数的影响，因此便于设计成多极电机（如可以100极以上），这样对于传统需要通过减速箱来驱动负载电机，可以做成直接用永磁同步电机驱动的直驱系统，从而省去了减速箱，提高了传动效率。永磁同步电机相比交流异

4、步电机优势2、功率因数高：由于永磁同步电机在设计时，其功率因数可以调节，甚至可以设计成功率因数等于1，且与电机极数无关。电机的功率因数高有以下几个好处：a、功率因数高，电机电流小，电机定子铜耗降低，更节能；b、功率因数高，电机配套的电源，如逆变器，变压器等，容量可以更低，同时其他辅助配套设施如开关，电缆等规格可以更小，相应系统成本更低。c、由于永磁同步电机功率因数高低不受电机极数的限制，在电机配套系统允许的情况下，可以将电机的极数设计的更高，相应电机的体积可以做得更小，电机的直接材料成本更低。永磁同步电机相比交流异步电机优势3、电机结构简单灵活：由于异步电机转子上需要安装导条、端环

5、或转子绕组，大大限制了异步电机结构的灵活性，而永磁同步电机转子结构设计更为灵活。4、可靠性高：由于永磁同步变频调速电机参数不受电机极数的限制，便于实现电机直接驱动负载，省去噪音大，故障率高的减速箱，增加了机械传动系统设计的可靠性和灵活性。永磁同步电机相比交流异步电机优势5、体积小，功率密度大：电机效率的增高，相应地损耗降低，电机温升减小，则在采用相同绝缘等级的情况下，电机的体积可以设计的更小；电机结构的灵活性，可以省去电机内许多无效部分，如绕组端部，转子端环等，相应体积可以更小。6、起动力矩大、噪音小、温升低：a、永磁同步电机在低频的时候仍能保持良好的工作状态，低频时的输出力矩较异

6、步电机大，运行时的噪音小；b、转子无电阻损耗，定子绕组几乎不存在无功电流，因而电机温升低，同体积、同重量的永磁电机功率可提高30%左右；同功率容量的永磁电机体积、重量、所用材料可减少30%。（1）价格较高：磁钢价格较高。（2）弱磁能力低：由于永磁同步电动机转子为永磁体，无法调节，必须通过加定子直轴去磁电流分量来削弱磁场，这会增大定子的电流，增加电动机的铜耗；（3）起动困难，高速制动时电势高，给逆变器带来一定的风险。永磁同步电机缺点二、永磁同步电机的结构图5-57　交流永磁电驱动系统a)交流永磁电驱动系统　b)永磁电机控制器内部结构交流永磁电驱动系统由交流永磁电动机和控制器组成。正弦

7、波永磁同步电动机驱动系统的基本组成框图二、永磁同步电机的结构rrggbbNS⊙⊙⊙⊕⊕ACBZYX⊕模拟结构图二、永磁同步电机的结构定子绕组一般制成三相绕组。三相绕组沿定子铁心对称分布，在空间互差120度电角度，通入三相交流电时，产生旋转磁场。转子采用永磁体，目前主要以钕铁硼作为永磁材料。采用永磁体简化了电机的结构，提高了可靠性，又没有转子铜耗，提高电机的效率。霍尔传感器定子绕组转子磁铁实物结构图二、永磁同步电机的结构贴面转子结构二、永磁同步电机的结构（1）表面凸出式