浅谈电动汽车电机-永磁同步电机(PMSM)
PMSM 永磁同步电机是一种广泛应用于电动汽车的永磁电机。PMSM 电机的效率比感应电机高出 15%,是功率密度最高的牵引电机。1 什么是永磁同步电机PMSM? 永磁同步电机是交流同步电 ... ...
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PMSM 永磁同步电机是一种广泛应用于电动汽车的永磁电机。PMSM 电机的效率比感应电机高出 15%,是功率密度最高的牵引电机。 1 什么是永磁同步电机PMSM? 永磁同步电机是交流同步电机的一种,其磁场由产生正弦反向电磁场的永磁体激发。它包含与感应电机相同的转子和定子,但转子使用永磁体来产生磁场。因此,转子上无需缠绕磁场绕组。它也被称为三相无刷永磁正弦波电机。 永磁同步电机原理 与传统电机相比,永磁同步电机效率高、无刷、速度快、安全、动态性能高。它能产生平稳的扭矩,噪音低,主要用于机器人等高速应用领域。它是一种三相交流同步电机,与外加交流电源同步运行。 转子不使用绕组,而是安装永久磁铁来产生旋转磁场。由于没有直流电源,这类电机非常简单,成本也较低。它包含一个安装有 3 个绕组的定子和一个安装有永久磁铁以产生磁场磁极的转子。向定子提供三相输入交流电源即可开始工作。 永磁同步电机的工作原理与同步电机类似。它依靠旋转磁场在同步速度下产生电动势。当定子绕组通过三相电源通电时,气隙之间会产生旋转磁场。 当转子磁极以同步速度保持旋转磁场,转子连续旋转时,就会产生扭矩。由于这些电机不是自启动电机,因此有必要提供变频电源。 2 PMSM电机的结构 PMSM 电机的定子:与普通交流感应电机一样,电力通过定子绕组提供。PMSM 定子绕组通常分布在多个槽上,以接近正弦分布,从而产生正弦波形的反向电动势波形。 PMSM 电机的转子: 永磁同步电机的结构与基本同步电机相似,唯一不同的是转子。转子没有任何磁场绕组,但永磁体用于产生磁场磁极。PMSM 中使用的永磁体由钐钴和介质、铁和硼组成,因为它们具有较高的磁导率。 最广泛使用的永磁体是钕硼铁,因为其成本低廉且易于获得。在这种类型中,永磁体安装在转子上。根据永磁体在转子上的安装方式,永磁同步电机的结构可分为两种。 如果磁铁安装在电机转子的表面,则 PMSM 电机称为表面安装式永磁电机Surface-mounted Permanent Magnet(SPM)。 如果磁铁安装在转子内部,则 PMSM 电机称为内部安装永久磁铁同步电机Interior Permanent Magnet (IPM)。带有内部永磁(IPM)转子的电机可提供极高的效率。 IPM SM 电机的结构 3 PMSM控制原理 PMSM 驱动器是用于永磁同步电机的经典矢量控制驱动器。该驱动器采用基于矢量控制方法的闭环速度控制。闭环配置提供速度反馈。通过反馈,驱动器可跟踪转子的准确位置,提供真正的无级调速范围,包括零转速时的全扭矩。 PMSM 电机需要在转子轴上安装位置传感器。电机最常用的传感器是编码器和旋转变压器。 这些永磁驱动器使用电机数据和电流测量值来计算转子位置;数字信号处理器 (DSP) 的计算相当精确。在每个采样间隔内,与时间和速度相关的三相交流系统被转换为旋转的双坐标系统,其中每个电流都以两个矢量之和的形式进行表达和控制。 根据矢量控制策略,得出了与指令转矩相对应的定子电流参考直交和正交 (dq) 分量。然后利用定子电流的参考 dq 分量,获得逆变器所需的栅极驱动信号。 该驱动器的主要优势在于其快速的动态响应。机器中转矩和磁通之间固有的耦合效应可通过解耦控制(定子磁通定向)进行管理,从而实现转矩和磁通的独立控制。然而,由于其计算复杂性,这种驱动器的实施需要快速计算处理器或 DSP。 4 PMSM的优点和缺点 优点
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