永磁电机逆变器

1、永磁电动机用逆变器  1转矩的控制   1)转矩控制   对于PM电动机（永磁电动机）的控制，正确检测出磁极位置是必要的，但是位置检测器要在电动汽车电机开始转动的同时完成转速的检测。将转矩命令和转速输入到转矩控制部分，首先根据设定算法决定电流命令值，然后使用矢量控制法。电流控制与电源频率同步，同在一个旋转坐标（d轴-q轴）中，从转矩控制部分输出的电流命令与经由d-q坐标轴变换所得的电流反馈一起输入到电流控制系统，以决定d-q轴上的电压命令，最后再次施予坐标变换得到的输出即为逆变器电压命令。   2)逆变器控制电路

2、  图4-22为PM电动机驱动用逆变器的控制模块图的一个例子，这  里的逆变器采用的是电流控制形式oPM电动机的情况与异步电动机采用逆变器的系统构成几乎相同。电动汽车采用驱动装置的情况下，对油门踏人量对应的转矩命令一般进行转矩控制，特别不需要速度控制环。图中虚线围起来的部分为软件处理部分。     2矢量控制策略   1)矢量控制法   id=0控制 即令d轴电流恒定为零的控制，一般在无刷直流电动机中采用。假设id=0，由于电流的相位恒与永磁铁的感应电动势同步，见式(T=Pa

3、iq+(LdLq)idiq)，转矩与iq成比例。id=0控制中不能有效利用磁阻转矩，所以选用嵌入式永磁电动机(IPM)不是理想的方法。然而，在面贴式PM电动机(SPM)的情况下，一般Ld=Lq=La，电动机不产生磁阻转矩由id=0控制法即可得到最大转矩控制。因此，id=0控制是适用于SPM的控制方法。这里的控制是依靠令d轴的电流指令值id*为0，q轴电流指令iq*与转矩指令Tq*成比例而实现的。   图4-23a的控制模块图仅为图4-22中的转矩控制部分。     2)最大转矩控制   如图3-21所示，IPM中电流值相同时

4、其相位同样可以产生磁阻转矩，用一定的相位表示轴转矩的最大值。这时磁阻转矩得到有效的利用，把这种在相同电流情况下获得最大转矩的控制法称为最大转矩控制。相同电流情况下由于当转矩增大的同时端电压减小，所以效率和功率因数可以得到改善。当达到最大转矩的条件时d轴和q轴的电流关系可由式(T=Paiq+(LdLq)idiq)得到：    （4-12）    因此，最大转矩控制模块图的转矩控制部分可由图4-23b。   3无传感器控制   为了进行PM电动机中的转矩控制，必须要有和转子位置相应的电流流过，通常会用到编码器

5、或分相器等位置传感器。但是，从电动汽车电机的小型轻量化、价格低廉化以及可靠性等观点出发，关于无位置传感器控制的各种研究逐渐得到升温。   在一般速度范围内PM电动机的无位置传感器控制占大部分，理论上根据速度的电动势，由速度电动势矢量值的大小和方向与各转子速度和位置之间的对应关系，推断出位置和速度二但是，根据速度电动势进行位置、速度推定的时候，由于转速降低的同时速度电动势也会降低，因此必须具有低速区域的驱动界限。   停止与低速驱动的情况下，无位置传感器控制的大部分方案是基于IPM的电感与位置之间的相互关系来进行位置和速度推定的。IPM中由转子位置可得到绕

6、组电感是依照2的正弦函数变化的，所以由电压和电流之间响应关系的瞬态变化可以推断出转子位置，在磁气饱和时可根据电流响应的不同进行极性判别。   PM电动机的无位置传感器控制即依靠速度电动势与绕组电感的位置相关性，实现从零到高速的控制。但是至今在电动汽车上的实际使用还较少，希望在今后得到进一步发展。   4弱磁及高效率控制   电动汽车电机的端电压随着速度的增加而增加，根据逆变器的输出电压阀值得到运转的界限。id=0控制和最大转矩控制的前提除了要设定电动机最高转速外，端电压还要尽可能在逆变器输出电压阀值以内，但是这样会增大电动机电流，也会

7、造成电动机和逆变器本身的不经济性。电动机和逆变器本身要合适，为了扩大高速区间的定输出运转范围。电动机端电压必须控制在逆变器的输出电压阀值以内。   图4-24表示的是式()电压方程式移相图。图中负的id流过时端电压Va降低，我们知道可进行等价弱磁控制。特别对于IPM，为了使负的id流过时产生正的磁阻转矩，须使产生相同轴转矩的iq减少，这样会使有效端电压减小。   这里，端电压上的上限值表示为Vam，电流的上限值表示为Iam，电压阀值表达式如下：         &#

8、160;             （4-13）   式中，Vdo=Lqiq，vqo=a+Ldid，Vom=VamRaIam。由此可得，弱磁控制的条件表达式如下：     （4-14）   这时，端电压抑制在Vam以下，可以高速运转。弱磁控制的模块图如图4-23c所示。   图4-25所示的是采用不同控制法时IPM运转速度一转矩特性示例。当适时地采用最大转矩控制和弱磁控制时，我们可以看到输出范围大幅增加。   作为IPM的控制方法，恒定控制和最大效率控制等方法也已经提出，但是考虑到电流以及电压的限制、电动机的最大输出范围等条件，将低速区域的最大转矩控制以及高速区域的弱磁控制相结合是最合适的控制方法。   PM电动机的最大效率控制法是指电动汽车电机在任意转速或者转矩下对应的效率最大，即通过调整id和iq之比（tan），使