chater5-永磁無刷電動機驅動技術

第5章永磁無刷電動機驅動技術5.1永磁無刷電動機驅動系統5.2永磁無刷電動機5.3永磁無刷電動機控制技術5.4永磁無刷電動機的發(fā)展方向5.1永磁無刷電動機驅動系統一、永磁無刷電動機的優(yōu)點結構緊湊、運行可靠、效率高、功率密度大、損耗小、外形尺寸設計靈活二、類型1、磁通的路徑和電流的走向

徑向型、軸向型和直線型以及橫向磁場2、按永磁體擺放的位置轉子永磁型和定子永磁型3、施加電流和反電動勢的波形永磁無刷交流和永磁無刷直流5.1永磁無刷電動機動系統三、驅動系統的組成四、永磁無刷電動機驅動系統應用于電動汽車上的優(yōu)點效率高、功率密度大瞬態(tài)特性好壽命較長，可靠性高可調參數多，控制靈活發(fā)展促進了相關技術的進步永磁材料的多樣性使其驅動系統靈活多變五、無刷電機的結構無刷直流電機從結構上來看，與傳統的直流電機主要區(qū)別在于：無刷電機具有旋轉的永磁轉子和固定的電磁繞組；有刷電機具有旋轉的電樞繞組和固定的永磁定子。無刷電機的結構無刷直流電機本質上可看作是一臺用電子換相裝置取代機械換相裝置的直流電機。安裝在電機上的位置傳感器來檢測轉子在運轉過程中的位置?？刂破鳛殡娮訐Q相電路提供正確的換相信息，來控制電子換相電路中的功率開關管的開關狀態(tài)，保證電機各相按正確順序導通，在空間形成跳躍式的旋轉磁場，驅動永磁轉子連續(xù)不斷地旋轉。無刷電機的換相原理我們假設在A、B、C三相電流流入為正，電流方向與線圈產生磁場方向相同。如圖中Step1所示，對C相施加正向電壓，對B施相加反向電壓，A相處于高阻態(tài)，C、B兩相產生的合磁場方向指向方位1。在Step2狀態(tài)，對A相施加正向電壓，對B相施加反向電壓，C相處于高阻態(tài)，A、B兩相產生的合磁場方向指向2。磁場偏轉產生電磁扭矩，驅動永磁轉子旋轉。無刷電機的換相原理如此循環(huán)往復，便可以實現無刷直流電機的連續(xù)工作。無刷直流電機正轉的換相狀態(tài)圖如圖所示。從狀態(tài)1至狀態(tài)6，A=Z11Z00，B=00Z11Z，C=1Z01Z0，其中Z為高阻態(tài)。電機反轉與之類似。無刷電機驅動電路的基本結構無刷電機驅動要完成的兩個基本功能：換相和調速無刷直流電機的電子換相和調速需要逆變器來完成，逆變器用來控制電動機定子上各相繞組通電的順序和時間。功率開關單元是換相電路的核心。無刷電機驅動電路的基本結構根據無刷直流電機的換相原理可知，電機各相電流要根據當前的轉子位置來確定，即各繞組的相電壓與位置傳感器的輸出值有嚴格的對應關系。本電機中三個霍爾傳感器用于檢測轉子位置，控制器通過霍爾傳感器的信號控制各功率管的通斷?；魻杺鞲衅髋c各相相電壓之間的關系無刷電機驅動電路的基本結構無刷直流電動機速度控制，就是將合適的定子繞組與直流電源導通，對導通相進行PWM脈寬調制，進而影響磁場強度，改變轉動力矩，調整速度大小永磁無刷電動機基本方程與性能分析不計磁滯、渦流及繞組間互感時，m相SR電機系統示意圖

J—轉子與負載的轉動慣量

D—粘性摩擦系數

TL—負載轉矩電路方程第k相繞組的相電壓平衡方程:磁鏈方程所以：電阻壓降變壓器電動勢運動電動勢(轉子位置改變)機械運動方程：式中 Te——電磁轉矩；

J——系統的轉動慣量；

B——粘性阻力系數；

TL——負載轉矩。

5.2永磁無刷電動機

電動汽車對電動機驅動的基本要求1、具有高的轉矩密度和功率密度2、具有非常寬的速度運行區(qū)間3、在大的轉矩和轉速范圍內，都能保持高的運行效率4、具有很寬的恒功率運行區(qū)5、具有高的轉矩能力6、具有大的過載能力7、高的可靠性和魯棒性8、較低的噪聲9、合理的價格10、有較高的發(fā)電效率和合理的電壓調節(jié)范圍5.2.1永磁材料一、表征永磁材料的主要參數剩余磁感應強度、矯頑力、最大磁能積、回復磁導率、居里溫度和溫度系數二、常見永磁材料鋁鎳鈷、汝鐵硼、鐵氧體、稀土永磁材料5.2.2轉子永磁型無刷電動機一、類型表面式、表面插入式、內置徑向式和內置切向式二、輸出轉矩

5.2.3定子永磁型無刷電動機一、類型軛部直線式、軛部曲線式、齒部表面式和齒部嵌入式磁體結構二、優(yōu)缺點

5.2.4永磁無刷電動機結構比較從效率、功率密度、速度范圍、過載能力、可靠性和成熟度等性能比較（見書本P85頁表5-2）5.3

永磁無刷電動機控制技術一、無刷直流和永磁同步運行1、無刷直流-方波電流、價格低廉但要閉環(huán)控制2、永磁同步-正弦波電流運行，成本高，但可開環(huán)控制二、恒功率運行對ＢＬＡＣ可采用弱磁控制，對ＢＬＤＣ可通過導通角控制來實現。改變反電動勢（多極多相）、改變匝數(雙凸極)三、效率最優(yōu)控制1、對BLAC，通過調節(jié)輸入電壓和d軸電樞電流實現效率最優(yōu)四、直接轉矩控制五、人工智能控制-可靠性和智能性的矛盾六、無位置傳感器控制5.4永磁無刷電動機的發(fā)展方向一、傳統電動機的最大缺點-不能單一完成電動汽車驅動的全部要求二、未來-一體化的電動汽車機電能量傳遞系統三、未來的研究方向：