永磁電機逆變器

2022-10-15 01:21:03 字數 2443 閱讀 2665

1.轉矩的控制

1)轉矩控制

對於pm電動機(永磁電動機)的控制,正確檢測出磁極位置是必要的,但是位置檢測器要在電動汽車電機開始轉動的同時完成轉速的檢測。將轉矩命令和轉速輸入到轉矩控制部分,首先根據設定演算法決定電流命令值,然後使用向量控制法。電流控制與電源頻率同步,同在乙個旋轉座標(d軸-q軸)中,從轉矩控制部分輸出的電流命令與經由d-q座標軸變換所得的電流反饋一起輸入到電流控制系統,以決定d-q軸上的電壓命令,最後再次施予座標變換得到的輸出即為逆變器電壓命令。

2)逆變器控制電路

圖4-22為pm電動機驅動用逆變器的控制模組圖的乙個例子,這裡的逆變器採用的是電流控制形式opm電動機的情況與非同步電動機採用逆變器的系統構成幾乎相同。電動汽車採用驅動裝置的情況下,對油門踏人量對應的轉矩命令一般進行轉矩控制,特別不需要速度控制環。圖中虛線圍起來的部分為軟體處理部分。

2.向量控制策略

1)向量控制法

id=0控制即令d軸電流恆定為零的控制,一般在無刷直流電動機中採用。假設id=0,由於電流的相位恆與永磁鐵的感應電動勢同步,見式(t=p{ψaiq+(ld-lq)idiq),轉矩與iq成比例。id=0控制中不能有效利用磁阻轉矩,所以選用嵌入式永磁電動機(ipm)不是理想的方法。

然而,在面貼式pm電動機(spm)的情況下,一般ld=lq=la,電動機不產生磁阻轉矩.由id=0控制法即可得到最大轉矩控制。因此,id=0控制是適用於spm的控制方法。這裡的控制是依靠令d軸的電流指令值id*為0,q軸電流指令iq*與轉矩指令tq*成比例而實現的。

圖4-23a的控制模組圖僅為圖4-22中的轉矩控制部分。

2)最大轉矩控制

如圖3-21所示,ipm中電流值相同時其相位同樣可以產生磁阻轉矩,用一定的相位表示軸轉矩的最大值。這時磁阻轉矩得到有效的利用,把這種在相同電流情況下獲得最大轉矩的控制法稱為最大轉矩控制。相同電流情況下由於當轉矩增大的同時端電壓減小,所以效率和功率因數可以得到改善。

當達到最大轉矩的條件時d軸和q軸的電流關係可由式(t=p{ψaiq+(ld-lq)idiq)得到:

(4-12)

因此,最大轉矩控制模組圖的轉矩控制部分可由圖4-23b。

3.無感測器控制

為了進行pm電動機中的轉矩控制,必須要有和轉子位置相應的電流流過,通常會用到編碼器或分相器等位置感測器。但是,從電動汽車電機的小型輕量化、**低廉化以及可靠性等觀點出發,關於無位置感測器控制的各種研究逐漸得到公升溫。

在一般速度範圍內pm電動機的無位置感測器控制佔大部分,理論上根據速度的電動勢,由速度電動勢向量值的大小和方向與各轉子速度和位置之間的對應關係,推斷出位置和速度二但是,根據速度電動勢進行位置、速度推定的時候,由於轉速降低的同時速度電動勢也會降低,因此必須具有低速區域的驅動界限。

停止與低速驅動的情況下,無位置感測器控制的大部分方案是基於ipm的電感與位置之間的相互關係來進行位置和速度推定的。ipm中由轉子位置θ可得到繞組電感是依照2θ的正弦函式變化的,所以由電壓和電流之間響應關係的瞬態變化可以推斷出轉子位置,在磁氣飽和時可根據電流響應的不同進行極性判別。

pm電動機的無位置感測器控制即依靠速度電動勢與繞組電感的位置相關性,實現從零到高速的控制。但是至今在電動汽車上的實際使用還較少,希望在今後得到進一步發展。

4.弱磁及高效率控制

電動汽車電機的端電壓隨著速度的增加而增加,根據逆變器的輸出電壓閥值得到運轉的界限。id=0控制和最大轉矩控制的前提除了要設定電動機最高轉速外,端電壓還要盡可能在逆變器輸出電壓閥值以內,但是這樣會增大電動機電流,也會造成電動機和逆變器本身的不經濟性。電動機和逆變器本身要合適,為了擴大高速區間的定輸出運轉範圍。

電動機端電壓必須控制在逆變器的輸出電壓閥值以內。

圖4-24表示的是式()電壓方程式移相圖。圖中負的id流過時端電壓va降低,我們知道可進行等價弱磁控制。特別對於ipm,為了使負的id流過時產生正的磁阻轉矩,須使產生相同軸轉矩的iq減少,這樣會使有效端電壓減小。

這裡,端電壓上的上限值表示為vam,電流的上限值表示為iam,電壓閥值表示式如下:

(4-13)

式中,vdo=-ωlqiq,vqo=ωψa+ωldid,vom=vam-raiam。由此可得,弱磁控制的條件表示式如下:

(4-14)

這時,端電壓抑制在vam以下,可以高速運轉。弱磁控制的模組圖如圖4-23c所示。

圖4-25所示的是採用不同控制法時ipm運轉速度一轉矩特性示例。當適時地採用最大轉矩控制和弱磁控制時,我們可以看到輸出範圍大幅增加。

作為ipm的控制方法,φ恆定控制和最大效率控制等方法也已經提出,但是考慮到電流以及電壓的限制、電動機的最大輸出範圍等條件,將低速區域的最大轉矩控制以及高速區域的弱磁控制相結合是最合適的控制方法。

pm電動機的最大效率控制法是指電動汽車電機在任意轉速或者轉矩下對應的效率最大,即通過調整id和iq之比(tanφ),使損耗變得最小的控制方法。適時採用弱磁控制是為了減小主磁通,降低定子鐵損。由此可以合理分配銅損和鐵損從而得到較高的效率。

然而,使用效能較好的磁鐵時若進行弱磁控制時則會流過很大的無功電流,銅損反而增加,故不能期望能能得到和非同步電動機一樣的效率改善。

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