车用驱动电机原理与控制基础-课件-第5章-永磁同步电机的空间矢量描述和磁场定向控制

车用驱动电机原理与控制基础第5章永磁同步电机的空间矢量描述和磁场定向控制25.1PMSM转子结构及物理模型插入式PMSM将永磁体嵌入或内装在转子铁芯内，在结构上增强了可靠性，可提高运行速度。特别的，因为永磁铁的磁导率接近于真空磁导率，所以插入式转子结构的气隙是不均匀的，即转子为“凸极”结构，由此产生的磁阻转矩可提高PMSM电机的转矩/电流比，相同转矩需求下可降低永磁体励磁磁通，减小永磁体的体积，既有利于弱磁运行，扩展速度范围，又可降低成本。所以，车用PMSM电机以插入式为主。图5-1面装式转子结构

图5-2插入式转子结构35.1.1面装式PMSM电机物理模型取逆时针方向为转速和电磁转矩的正方向。对于面装式转子结构，由于永磁体内部磁导率很小，接近于空气，可以将置于转子表面的永磁体等效为置于转子槽内的励磁绕组，假设励磁绕组气隙中产生的正弦分布励磁磁场与两个永磁体产生的正弦分布磁场相同。a）结构简图b）转子等效励磁绕组

图5-3二极面装式PMSM物理模型

45.1.2插入式PMSM电机物理模型图5-4二极插入式PMSM结构简图、等效物理模型a）结构简图b）转子等效励磁绕组c）物理模型

55.2空间矢量方程5.2.1定子磁链和电压方程1．定子磁链矢量

65.2空间矢量方程5.2.1定子磁链和电压方程1．定子磁链矢量

75.2空间矢量方程5.2.1定子磁链和电压方程2．定子电压方程

85.2.2电压矢量方程在同步坐标系下的分解定子磁链矢量分解图5-5同步旋转的dq轴系将单轴线圈S分解为dq轴系上的双轴线圈d和q，每个轴线圈的有效匝数仍与单轴线圈相同。

95.2.2电压矢量方程在同步坐标系下的分解定子电压方程

105.2.2电压矢量方程在同步坐标系下的分解

图5-6

内置式PMSM的稳态矢量图(id<0)稳态电压方程和空间矢量图115.2.2电压矢量方程在同步坐标系下的分解面装式PMSM稳态矢量图图5-7面装式PMSM稳态矢量图

125.3PMSM磁共能和转矩模型磁共能的解析表达

135.3PMSM磁共能和转矩模型电磁转矩公式

145.3PMSM磁共能和转矩模型电磁转矩公式

155.3PMSM磁共能和转矩模型恒转矩曲线图5-9电流相平面上恒转矩特性曲线

165.4永磁同步电机的磁场定向控制5.4.1永磁同步电机的矢量控制和磁场定向

175.4.2恒转矩曲线和电流极限圆、MTPA图5-11

最大转矩电流比的定子电流矢量轨迹

185.4.2恒转矩曲线和电流极限圆、MTPA图5-13电流极限圆和MTPA曲线

图5-12不同电流幅值下的矩角特性195.4.3电压极限椭圆、弱磁控制和MTPV1.电压极限椭圆

205.4.3电压极限椭圆、弱磁控制和MTPV1.电压极限椭圆图5-14

电压极限椭圆

215.4.3电压极限椭圆、弱磁控制和MTPV2.转折速度和基速

225.4.3电压极限椭圆、弱磁控制和MTPV3．弱磁控制方式在外特性曲线上,基速是恒转矩运行与恒功率运行区的分界点。恒功率区运行的基本原理是增加d轴去磁电流,扩大电机运行区间,因此,恒功率运行区也称弱磁区。在部分特性(外特性以内)曲线上,基速工作点Brb(ωrb,temax)与空载基速工作点(ωrb0,0)之间的连线为弱磁分界线。图5-16恒转矩与恒功率运行(外特性)曲线235.4.3电压极限椭圆、弱磁控制和MTPV3．弱磁控制方式

245.4.3电压极限椭圆、弱磁控制和MTPV3．弱磁控制方式

255.4.3电压极限椭圆、弱磁控制和MTPV3．弱磁控制方式

图5-17弱磁控制与定子电流最优控制图5-16恒转矩与恒功率运行(外特性)曲线265.4.4永磁同步电机的制动基本原理驱动工况图5-19永磁同步电机磁场定向控制下的矢量图a)驱动

275.4.4永磁同步电机的制动基本原理