新能源汽车电工电子技术 课件 57认识永磁同步电机的控制系统

认识永磁同步电机的控制系统《新能源汽车电工电子技术》contents目录二永磁同步电机系统的控制策略一永磁同步电机控制系统的功能三永磁同步电机的优缺点永磁同步电机控制系统的功能一一、永磁同步电机控制系统的功能认识永磁同步电机的控制系统永磁同步电机改变速度改变转向改变电机运行状态一、永磁同步电机控制系统的功能认识永磁同步电机的控制系统（一）电机速度的改变一、永磁同步电机控制系统的功能认识永磁同步电机的控制系统理论转子转速公式:根据法拉第电磁感应定律，变化的电流会产生变化的磁场，我们在电动机定子通入三相交流电，定子中会产生旋转的磁场。

一、永磁同步电机控制系统的功能认识永磁同步电机的控制系统实际转子转速公式:可以通过改变通入定子三相绕组中的三相交流电的频率改变旋转磁场的旋转速度，从而实现改变电机的转速，也就是我们通常所说的变频调速原理。

公式中：𝑛表示旋转磁场转速；𝑛0表示旋转磁场转速；𝑠表示转差率。一、永磁同步电机控制系统的功能认识永磁同步电机的控制系统（二）改变转向前进状态后退状态一、永磁同步电机控制系统的功能认识永磁同步电机的控制系统（二）改变转向MBAAoBoBoAoGNDVCC改变通入定子三相绕组中的三相交流电的相序就可改变旋转磁场的旋转方向，从而改变电机的转向，进而实现前进或后退。一、永磁同步电机控制系统的功能认识永磁同步电机的控制系统（三）改变电机运行状态与其它电机一样，同步电机也是可逆的，既可以作发电机进行能量回收，也可以作电动机驱动车辆，这就是电机的运行状态。驱动状态能量回收状态踏板信号惯性带动电机继续运转电机为电池充电车辆减速电机运行状态电机反向扭矩产生电制动力永磁同步电机控制系统的控制策略二二、永磁同步电机控制系统的控制策略认识永磁同步电机的控制系统根据不同的控制目标调节励磁电流和转矩电流，进而实现对速度和转矩的精确控制，使控制系统获得良好的稳态和动态响应特性，这就是永磁同步电机的控制策略。空间矢量控制基于空间矢量调制的直接转矩控制直接转矩控制模型参考自适应控制智能控制二、永磁同步电机控制系统的控制策略认识永磁同步电机的控制系统空间矢量控制直接转矩控制根据不同的控制目标调节励磁电流和转矩电流，进而实现对速度和转矩的精确控制，使控制系统获得良好的稳态和动态响应特性，这就是永磁同步电机的控制策略。μsopisop二、永磁同步电机控制系统的控制策略认识永磁同步电机的控制系统（一）空间矢量控制永磁同步电机是一个具有多变量、强耦合及非线性的复杂系统。矢量控制是一种模仿直流电机的磁场定向方式，又称磁场定向控制。二、永磁同步电机控制系统的控制策略认识永磁同步电机的控制系统（一）空间矢量控制将交流电机空间磁场矢量的方向，作为坐标轴的基准方向，通过坐标变换，将电机定子电流，正交分解为与磁场方向一致的励磁电流分量和与磁场方向垂直的转矩电流分量，然后就可以像直流电机一样对励磁电流分量和转矩电流分量分别进行控制。磁场定向控制二、永磁同步电机控制系统的控制策略认识永磁同步电机的控制系统（一）空间矢量控制永磁同步电机实际上是对三相电子静止坐标系iA、iB、iC进行矢量控制，但是要想直接控制它非常困难。二、永磁同步电机控制系统的控制策略认识永磁同步电机的控制系统（一）空间矢量控制借助于坐标变换，使各物理量从静止坐标系转换到同步旋转坐标系，站在同步旋转的坐标系上观察，电动机的各空间矢量都变成了停止矢量，在同步坐标系上的各空间矢量就都变成了直流量，可以根据转矩公式的几种形式，找到转矩和被控矢量的各分量之间的关系，实时地计算出转矩控制所需的被控矢量的各分量值。二、永磁同步电机控制系统的控制策略认识永磁同步电机的控制系统（一）空间矢量控制把ABC三组电源iA、iB、iC变换到α和β两项静止坐标系，我们称之为Clarke变换。二、永磁同步电机控制系统的控制策略认识永磁同步电机的控制系统（一）空间矢量控制从两项静止坐标系，变换成同步旋转磁场定向坐标系，等效成同步旋转坐标系下的直流电流iq、id

。iq相当于直流电动机的粒子电流id相当于与转矩成正比的电枢电流这种变换称为Park变换。二、永磁同步电机控制系统的控制策略认识永磁同步电机的控制系统（一）空间矢量控制最后经过相应的坐标逆变换，包括Park逆变换和Clarke逆变换，实现对永磁同步电动机的控制。此时通过对直流量iq、id实时控制，就能模仿直流电动机的控制方法，从而达到控制永磁同步电动机的目的。二、永磁同步电机控制系统的控制策略认识永磁同步电机的控制系统空间矢量控制的优点：具有良好的占据响应精确的速度控制；在零速时可实现全负载。空间矢量控制的缺点：矢量控制系统需要进行坐标变换；预测量大；需要考虑电机转子参数变动，使系统复杂化。二、永磁同步电机控制系统的控制策略认识永磁同步电机的控制系统（二）直接转矩控制直接转距控制是指：通过实施检测电机转矩和磁链，分别与转矩和磁链的给定值，进行比较。有转矩调节器和磁链调节器，直接从开关表中，选择合适的定子电压空间矢量控制逆变器的功率开关状态。μsopisop二、永磁同步电机控制系统的控制策略认识永磁同步电机的控制系统（二）直接转矩控制直接转矩控制优点：μsopisop它的控制结构简单，不需要复杂的矢量坐标变换；受电机参数变化影响较小。二、永磁同步电机控制系统的控制策略认识永磁同步电机的控制系统（二）直接转矩控制直接转矩控制缺点：μsopisop它的逆变器开关频率不固定、转距电流脉动大；实现数字化控制，需要很高的采样频率。永磁同步电机控制系统的特点三三、永磁同步电机控制系统的特点认识永磁同步电机的控制系统永磁同步电机运行速度恒定，能够实现高精度、高动态性能、大范围的调速或者定位控制；它可以和电源频率同步的恒定速度旋转，不受负载和线路电压的影响。因此在转矩不超过极限运行值的情况下，电机速度保持恒定。三、永磁同步电机控制系统的特点认识永磁同步电机的控制系统永磁同步电机的优点永磁同步电机产生的功率密度高、效率高、过载能力强，因此在使用过程中基本不需要进行维护保养。（一）过载能力强三、永磁同步电机控制系统的特点认识永磁同步电机的控制系统永磁同步电机的优点永磁同步电机系统对速度的控制很精确，因此其速度和转矩特性，基本适用于直接驱动大马力、低转速的负载。（二）速度/转矩特性三、永磁同步电机控制系统的特点认识永磁同步电机的控制系统永磁同步电机的优点永磁同步电机以高功率因素运行，从而提高整个系统的功率因素、消除或减少功率因素的损失。（三）功率因素高三、永磁同步电机控制系统的特点认识永磁同步电机的控制系统永磁同步电机的优点永磁同步电机用永磁体代替了传统感应电机的励磁线圈，消除了转子的损能。因此提高了电机的效率峰值和功率重量比。（四）永磁体代替励磁线圈三、永磁同步电机控制系统的特点认识永磁同步电机的控制系统永磁同步电机的缺点由于永磁同步电动机的转子为永磁体，无法调节，必须通过加定子直轴去磁电流分量来削弱磁场，因此会增大定子的电流，增加电动机的铜耗。三、永磁同步电机控制系统的特点认识永磁同步电机的控制系统永磁同步电机的缺点永磁同步电动机的磁钢价格较高，因此制作出来的永磁同步电动机的成本也比较高。认识永磁同步电机的控制系统永磁同步电