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电动汽车永磁同步电机简介

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  • 发布时间:2017/11/6 16:23:30
  • 作者:ly_yinhe

电动汽车永磁同步电机结构

  电动汽车永磁同步电机的基本结构与交流异步电机类似,都包括定子部分和转子部分。电动汽车永磁同步电机的转子结构有瓦片式、嵌入式和内埋式等多种。永磁同步电机的定子是由铁心和三相绕组构成,与交流异步电机相似,但转子为永久磁铁。

电动汽车永磁同步电机的结构

图示:电动汽车永磁同步电机的结构

电动汽车永磁同步电机的基本原理

  与交流异步电机一样,当定子绕组输入三相正弦交流电时,会产生一个旋转磁场。该旋转磁场与转子的永磁体磁场相互作用,使转子产生电磁转矩,并随着定子的旋转磁场转动,由于转子的转动与旋转磁场同步,故称之为永磁同步电机。其绕线形式如图所示,对于某一型号的同步电机,转速只与电源的频率有关。

永磁同步电机的绕线形式

图示:永磁同步电机的绕线形式

电动汽车永磁同步电机控制

  电动汽车永磁同步电机的控制较为复杂,其控制方法也有多种,如矢量控制(磁场定向控制)、直接转矩控制和恒压频比开环控制等控制方式。

01矢量控制

  矢量控制的原理为:以转子磁链旋转空间矢量为参考坐标,将定子电流分解为相互正交的两个分量:一个与磁链同方向,代表定子电流励磁分量;另一个与磁链方向正交,代表定子电流转矩分量,分别对其进行控制。

  永磁同步电机转速和电源频率严格同步,转差率恒等于零,控制效果受转子参数影响小,在永磁同步电机上更容易实现矢量控制。因其控制结构简单,控制软件容易实现,已被广泛应用到调速系统中。

02直接转矩控制

  直接转矩控制不需要矢量控制里面的旋转坐标变换和转子磁链定向,转矩取代电流成为受控对象。电压矢量则是控制系统里唯一的输入,通过电压矢量,直接控制转矩和磁链的增加或减小,控制结构简单,受电机参数变化影响小,能够获得极佳的动态性能。

  由于在电动汽车运行过程中,直接转矩控制需要结合复杂的运行工况进行,使得直接转矩控制较难应用到电动汽车驱动控制系统中。

03恒压频比开环控制

  恒压频比开环控制的控制矢量为电机的外部矢量,即电压和频率。控制系统将参考电压和频率输入到实现控制策略的调整器中,最后由逆变器产生一个交变的正弦电压施加在电机的定子绕组上,使之运行在指定的电压和频率下。

  恒压频比开环控制策略简单,易于实现,转速通过电源频率进行控制。但是,恒压频比开环控制策略未引入速度、位置等反馈信号,因此无法实时捕捉电机状态,致使无法精确控制电磁转矩。在突发加载或者加速指令时,容易发生失步现象。另外,也不具备快速的动态响应特性,控制性能差,通常只用于对调速性能要求一般的通用变频器上。

电动汽车永磁同步电机特点

  电动汽车永磁同步电机驱动系统应用到电动汽车上,具有以下几个独特的优点:

  1. 由于转子无需励磁,电机可在很低的转速下保持同步运行,调速的范围宽;

  2. 效率高、功率密度大:采用了高磁能稀土材料,因此可以大大提高气隙磁通密度和能量转换的效率。另外,采用稀土永磁材料后,电机的体积可以大大缩小,重量可以相应减小,从而有效地提高了功率密度;

  3. 瞬态特性通常都比较好:由于采用了高性能的永磁材料,体积得以减小,从而有较低的转动惯量、更快的响应速度;

  4. 具有良好的机械特性:对于由于负载变化而引起的电机转矩扰动,永磁同步电机具有较强的承受能力;

  5. 结构多样化:转子可以有多种结构,可以内置或外置;不同结构有不同性能特点和适用环境,因而其应用范围厂。

  总体上讲,永磁同步电机具有结构简单、体积小、贡量轻、损耗小、效率高等优点,但与交流异步电机相比,它也有成本高、起动困难等缺点。