城軌車輛用牽引電機(jī)分析參考word

1、城軌車輛用牽引電機(jī)分析 學(xué)院：電氣工程學(xué)院 班級(jí)：磁浮01 學(xué)號(hào)：20121485 姓名：孟振強(qiáng)推薦精選城軌車輛牽引永磁同步電機(jī)1 永磁同步電機(jī)的原理 在電動(dòng)機(jī)的定子繞組中通入三相電流，在通入電流后就會(huì)在電動(dòng)機(jī)的定子繞組中形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，由于在轉(zhuǎn)子上安裝了永磁體，永磁體的磁極是固定的，根據(jù)磁極的同性相吸異性相斥的原理，在定子中產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)會(huì)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，最終達(dá)到轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度與定子中產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁極的轉(zhuǎn)速相等，所以可以把永磁同步電機(jī)的起動(dòng)過程看成是由異步啟動(dòng)階段和牽入同步階段組成的。在異步啟動(dòng)的研究階段中，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是從零開始逐漸增大的，造成上訴的主要原因是其在異步轉(zhuǎn)矩、永磁發(fā)電制動(dòng)轉(zhuǎn)矩起

2、的磁阻轉(zhuǎn)矩和單軸轉(zhuǎn)子磁路不對(duì)稱,等一系列的因素共同作用下而引起的，所以在這個(gè)過程中轉(zhuǎn)速是振蕩著上升的。在起動(dòng)過程中，只有異步轉(zhuǎn)矩是驅(qū)動(dòng)性,電動(dòng)機(jī)就是以這個(gè)轉(zhuǎn)矩來得以加速的 , 其他的轉(zhuǎn)矩大部分以制動(dòng)性質(zhì)為主。在電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速由零增加到接近定子的磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速時(shí)，在永磁體脈振轉(zhuǎn)矩的影響下永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速有可能會(huì)超過同步轉(zhuǎn)速，進(jìn)而出現(xiàn)轉(zhuǎn)速的超調(diào)現(xiàn)象。但經(jīng)過一段時(shí)間的轉(zhuǎn)速振蕩后，最終在同步轉(zhuǎn)矩的作用下被牽入同步狀態(tài)。二永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu) 永磁同步電機(jī)主要是由轉(zhuǎn)子、端蓋、及定子等各部件組成的。一般來說，永磁同步電機(jī)的最大的特點(diǎn)是它的定子結(jié)構(gòu)與普通的感應(yīng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)非常的相似，主要是區(qū)別是轉(zhuǎn)子的獨(dú)特的結(jié)構(gòu)與

3、其它電機(jī)形成了差別。和常用的異步電機(jī)的最大不同則是轉(zhuǎn)子的獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)子上放有高質(zhì)量的永磁體磁極。由于在轉(zhuǎn)子上安放永磁體的位置有很多選擇，所以永磁同步電機(jī)通常會(huì)被分為三大類：內(nèi)嵌式、面貼式以及插入式，如圖1.1所示。永磁同步電機(jī)的運(yùn)行性能是最受關(guān)注的，影響其性能的因素有很多，但是最主要的則是永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)。就面貼式、插入式和嵌入式而言，各種結(jié)構(gòu)都各有其各自的優(yōu)點(diǎn)。推薦精選面貼式的永磁同步電機(jī)在工業(yè)上是應(yīng)用最廣泛的，其最主要的原因是其擁有很多其他形式電機(jī)無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，例如其制造方便，轉(zhuǎn)動(dòng)慣性比較小以及結(jié)構(gòu)很簡單等。并且這種類型的永磁同步電機(jī)更加容易被設(shè)計(jì)師來進(jìn)行對(duì)其的優(yōu)化設(shè)計(jì)，其中最主要

4、的方法是設(shè)計(jì)成近似正弦的分布把氣隙磁鏈的分布結(jié)構(gòu)，將其分布結(jié)構(gòu)改成正弦分布后能夠帶來很多的優(yōu)勢(shì)，例如它所帶來的負(fù)面效應(yīng)，能減小磁場(chǎng)的諧波以及應(yīng)用以上的方法能夠很好的改善電機(jī)的運(yùn)行性能。插入式結(jié)構(gòu)的電機(jī)之所以能夠跟面貼式的電機(jī)相比較有很大的改善是因?yàn)樗浞值睦昧怂O(shè)計(jì)出的磁鏈的結(jié)構(gòu)有著不對(duì)稱性所生成的獨(dú)特的磁阻轉(zhuǎn)矩能大大的提高了電機(jī)的功率密度，并且在也能很方便的制造出來，所以永磁同步電機(jī)的這種結(jié)構(gòu)被比較多的應(yīng)用于在傳動(dòng)系統(tǒng)中，但是其缺點(diǎn)也是很突出的，例如制作成本和漏磁系數(shù)與面貼式的相比較都要大的多。嵌入式的永磁同步電機(jī)中的永磁體是被安置在轉(zhuǎn)子的內(nèi)部，相比較而言其結(jié)構(gòu)雖然比較復(fù)雜，但卻有幾個(gè)很明

5、顯的優(yōu)點(diǎn)是毋庸置疑的，因?yàn)橛幸愿邭庀兜拇磐芏?，所很明顯的它跟面貼式的電機(jī)相比較就會(huì)產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)矩；因?yàn)樵谵D(zhuǎn)子永磁體的安裝方式是選擇嵌入式的，所以永磁體在被去磁后所帶來的一系列的危險(xiǎn)的可能性就會(huì)很小，因此電機(jī)能夠在更高的旋轉(zhuǎn)速度下運(yùn)行但是并不需要考慮轉(zhuǎn)子中永磁體是否會(huì)因?yàn)殡x心力過大而被破壞。推薦精選為了體現(xiàn)永磁同步電機(jī)的優(yōu)越性能，與傳統(tǒng)異步電機(jī)來進(jìn)行比較，永磁同步電機(jī)特別是最常用的稀土式的永磁同步電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠性很高；體積非常的小，質(zhì)量特別的輕；損耗也相對(duì)較少，效率也比較高；電機(jī)的形狀以及大小可以靈活多樣的變化等比較明顯的優(yōu)點(diǎn)。正是因?yàn)槠鋼碛羞@么多的優(yōu)勢(shì)所以其應(yīng)用范圍非常的廣泛，幾

6、乎遍及航空航天、國防、工農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)和日常生活等的各個(gè)領(lǐng)域。永磁同步電動(dòng)機(jī)與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相比，可以考慮不輸入無功勵(lì)磁電流，因此可以非常明顯的提高其功率因數(shù)，進(jìn)而減少了定子上的電流以及定子上電阻的損耗，而且在穩(wěn)定運(yùn)行的時(shí)候沒有轉(zhuǎn)子電阻上的損耗，進(jìn)而可以因總損耗的降低而減小風(fēng)扇（小容量的電機(jī)甚至可以不用風(fēng)扇）以及相應(yīng)的風(fēng)磨損耗，從而與同規(guī)格的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相比較其效率可以提高2-8個(gè)百分點(diǎn)。推薦精選3 永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)特性 為了簡化和求解數(shù)學(xué)模型方程，運(yùn)用坐標(biāo)變換理論,通過對(duì)同步電動(dòng)機(jī)定子三相靜止坐標(biāo)軸系的基本方程進(jìn)行線性變換，實(shí)現(xiàn)電機(jī)數(shù)學(xué)模型的解耦 。 ：定子電壓 ：定子三相靜止坐標(biāo)系 ：定子電流 ：

7、定子兩相靜止坐標(biāo)系 ：定子磁鏈?zhǔn)噶?：轉(zhuǎn)子兩相坐標(biāo)系 ：轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶?：轉(zhuǎn)子角位置 ：電機(jī)轉(zhuǎn)矩角推薦精選假設(shè)： 1)忽略電動(dòng)機(jī)鐵心的飽和； 2)不計(jì)電動(dòng)機(jī)中的渦流和磁滯損耗； 3)轉(zhuǎn)子無阻尼繞組。 永磁同步電動(dòng)機(jī)在三相定子參考坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型可以表達(dá)如下：定子電壓：定子磁鏈：電磁轉(zhuǎn)矩： 永磁同步電動(dòng)機(jī)在 坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型可以表達(dá)如下：定子電流：定子磁鏈：推薦精選電磁轉(zhuǎn)矩：永磁同步電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d-q中的數(shù)學(xué)模型可以表達(dá)如下：定子電壓：定子磁鏈：電磁轉(zhuǎn)矩：四永磁同步電機(jī)相比交流異步電機(jī)優(yōu)勢(shì)1、效率高、更加省電：a、由于永磁同步電機(jī)的磁場(chǎng)是由永磁體產(chǎn)生的，從而避免通過勵(lì)磁電流來產(chǎn)生磁場(chǎng)

8、而導(dǎo)致的勵(lì)磁損耗（銅耗）；b、永磁同步電機(jī)的外特性效率曲線相比異步電機(jī)，其在輕載時(shí)效率值要高很多，這是永磁同步電機(jī)在節(jié)能方面，相比異步電機(jī)最大的一個(gè)優(yōu)勢(shì)。因?yàn)橥ǔｋ姍C(jī)在驅(qū)動(dòng)負(fù)載時(shí)，很少情況是在滿功率運(yùn)行，這是因?yàn)椋阂环矫嬗脩粼陔姍C(jī)選型時(shí)，一般是依據(jù)負(fù)載的極限工況來確定電機(jī)功率，而極限工況出現(xiàn)的機(jī)會(huì)是很少的，同時(shí)，為防止在異常工況時(shí)燒損電機(jī)，用戶也會(huì)進(jìn)一步給電機(jī)的功率留裕量；另一方面，設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)電機(jī)時(shí)，為保證電機(jī)的可靠性，通常會(huì)在用戶要求的功率基礎(chǔ)上，進(jìn)一步留一定的功率裕量，這樣導(dǎo)致在實(shí)際運(yùn)行的電機(jī)90%以上是工作在額定功率的70%以下，特別是在驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)或泵類負(fù)載，這樣就導(dǎo)致電機(jī)通常工作在輕載

9、區(qū)。對(duì)異步電機(jī)來講，其在輕載時(shí)效率很低，而永磁同步電機(jī)在輕載區(qū)，仍能保持較高的效率，其效率要高于異步電機(jī)20%以上。推薦精選c、由于永磁同步電機(jī)功率因數(shù)高，這樣相比異步電機(jī)其電機(jī)電流更小，相應(yīng)地電機(jī)的定子銅耗更小，效率也更高。d、系統(tǒng)效率高：永磁電機(jī)參數(shù)，特別是功率因數(shù)，不受電機(jī)極數(shù)的影響，因此便于設(shè)計(jì)成多極電機(jī)（如可以100極以上），這樣對(duì)于傳統(tǒng)需要通過減速箱來驅(qū)動(dòng)負(fù)載電機(jī)，可以做成直接用永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)的直驅(qū)系統(tǒng)，從而省去了減速箱，提高了傳動(dòng)效率。2、功率因數(shù)高： 由于永磁同步電機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)，其功率因數(shù)可以調(diào)節(jié)，甚至可以設(shè)計(jì)成功率因數(shù)等于1，且與電機(jī)極數(shù)無關(guān)。而異步電機(jī)隨著極數(shù)的增加，由于異

10、步電機(jī)本身的勵(lì)磁特點(diǎn)，必然導(dǎo)致功率因數(shù)越來越低，如極數(shù)為8極電機(jī)，其功率因數(shù)通常為0.85左右，極數(shù)越多，相應(yīng)功率因數(shù)越低。即使是功率因數(shù)最高的2極電機(jī)，其功率因數(shù)也難以達(dá)到0.95。電機(jī)的功率因數(shù)高有以下幾個(gè)好處：推薦精選a、功率因數(shù)高，電機(jī)電流小，電機(jī)定子銅耗降低，更節(jié)能；b、功率因數(shù)高，電機(jī)配套的電源，如逆變器，變壓器等，容量可以更低，同時(shí)其他輔助配套設(shè)施如開關(guān)，電纜等規(guī)格可以更小，相應(yīng)系統(tǒng)成本更低；c、由于永磁同步電機(jī)功率因數(shù)高低不受電機(jī)極數(shù)的限制，在電機(jī)配套系統(tǒng)允許的情況下，可以將電機(jī)的極數(shù)設(shè)計(jì)的更高，相應(yīng)電機(jī)的體積可以做得更小，電機(jī)的直接材料成本更低。3、電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單靈活：a、由于

11、異步電機(jī)轉(zhuǎn)子上需要安裝導(dǎo)條、端環(huán)或轉(zhuǎn)子繞組，大大限制了異步電機(jī)結(jié)構(gòu)的靈活性，而永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更為靈活，如對(duì)鐵路牽引電機(jī)，可以將電機(jī)轉(zhuǎn)子的磁鋼可直接安裝在機(jī)車輪對(duì)的轉(zhuǎn)軸上，從而省去了減速齒輪箱，結(jié)構(gòu)大為簡化；又如永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)，電機(jī)做成外轉(zhuǎn)子直驅(qū)結(jié)構(gòu)，電機(jī)的轉(zhuǎn)子與葉輪做成一個(gè)整體，隨葉輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)，而定子固定在支撐塔上。b、由于永磁同步變頻調(diào)速電機(jī)參數(shù)不受電機(jī)極數(shù)的限制，便于實(shí)現(xiàn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，省去噪音大，故障率高的減速箱，增加了機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性。推薦精選4、可靠性高： 從電機(jī)本體來對(duì)比，永磁同步變頻調(diào)速電機(jī)與異步電機(jī)的可靠性相當(dāng)，但由于永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)的靈活性，便于實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)

12、動(dòng)負(fù)載，省去可靠性不高的減速箱；在某些負(fù)載條件下甚至可以將電機(jī)設(shè)計(jì)在其驅(qū)動(dòng)裝置的內(nèi)部，如風(fēng)力發(fā)電直驅(qū)裝置，石油鉆機(jī)的絞車驅(qū)動(dòng)裝置，從而可以省去傳統(tǒng)電機(jī)故障率高的軸承：大大提高了傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠性。5、體積小，功率密度大： 永磁同步變頻調(diào)速電機(jī)體積小，功率密度大的優(yōu)勢(shì)，集中體現(xiàn)在驅(qū)動(dòng)低速大扭矩的負(fù)載時(shí)，一個(gè)是電機(jī)的極數(shù)的增多，電機(jī)體積可以縮小。還有就是：電機(jī)效率的增高，相應(yīng)地?fù)p耗降低，電機(jī)溫升減小，則在采用相同絕緣等級(jí)的情況下，電機(jī)的體積可以設(shè)計(jì)的更??；電機(jī)結(jié)構(gòu)的靈活性，可以省去電機(jī)內(nèi)許多無效部分，如繞組端部，轉(zhuǎn)子端環(huán)等，相應(yīng)體積可以更小。6、起動(dòng)力矩大、噪音小、溫升低 ：a、永磁同步電機(jī)在低頻的

13、時(shí)候仍能保持良好的工作狀態(tài)，低頻時(shí)的輸出力矩較異步電機(jī)大，運(yùn)行時(shí)的噪音?。煌扑]精選b、轉(zhuǎn)子無電阻損耗，定子繞組幾乎不存在無功電流，因而電機(jī)溫升低，同體積、同重量的永磁電機(jī)功率可提高30%左右；同功率容量的永磁電機(jī)體積、重量、所用材料可減少30%。五永磁同步電機(jī)在軌道交通方面的應(yīng)用及特點(diǎn)城軌車輛牽引系統(tǒng)直接決定著車輛運(yùn)行性能,關(guān)系到車的安全性、運(yùn)行質(zhì)量及對(duì)能源的消耗。與一般交通工具相比, 城軌車輛具有客運(yùn)量大 、 站間距離短、行車密度大等特點(diǎn)。早期城軌車輛常采用直流電機(jī)來實(shí)現(xiàn)牽引系統(tǒng)。隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步 , V V V F 逆變器控制的異步電機(jī)牽引系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用, 替代了直流電機(jī)牽引系統(tǒng)

14、 。 與直流電機(jī)相比,異步電機(jī)沒有換向器,維修減少,同時(shí)可做到小型輕量化。近年來隨著永磁材料成本的降低和性能的提高 , 永磁同步電機(jī)( P M S M ) 憑借其高效率和高功率密度的特點(diǎn) , 引起了軌道車輛牽引系統(tǒng)開發(fā)者的密切關(guān)注日本已經(jīng)將P M S M應(yīng)用于低地板電動(dòng)車、獨(dú)立車輪式電動(dòng)車和可變軌距電動(dòng)車,德國和法國也在高速動(dòng)車組和低地板電動(dòng)車上采用了永磁同步牽引電機(jī)。 PM S M在城軌車輛牽引系統(tǒng)的應(yīng)用主要表現(xiàn)為 : 一是取消齒輪箱, 實(shí)現(xiàn)城軌車輛的直接傳動(dòng);另一方面實(shí)現(xiàn)了將牽引電機(jī)做成全封閉電機(jī)。1.P MS M作為直接傳動(dòng)電機(jī) 使用齒輪傳動(dòng)裝置會(huì)帶來傳遞損耗、噪聲和維修等問題 。如采用

15、異步電機(jī)作為直接傳動(dòng)電機(jī) ,牽引電機(jī)的體積會(huì)加大 ,從而導(dǎo)致簧下重量增加 ,對(duì)軌道沖擊加大, 對(duì)牽引電機(jī)的沖擊也隨之增大 。因此,在重量和尺寸受到嚴(yán)格限制的車體地板下采用異步電機(jī)作為直接傳動(dòng)電機(jī)很困難。P M S M與過去的直流電機(jī)和異步電機(jī)相比,具有極對(duì)數(shù)多,轉(zhuǎn)矩密度高的特點(diǎn),因此其體積和重量可大幅減小 ,而且更易實(shí)現(xiàn)多級(jí)低速大扭矩運(yùn)動(dòng), 從而能在現(xiàn)有尺寸和重量條件下實(shí)現(xiàn)直接傳動(dòng)。各發(fā)達(dá)國家均在積極開展 P M S M的直接傳動(dòng)系統(tǒng)研究。德國鐵路公司對(duì)分別采用異步電機(jī)和 P M S M 的 I C E 3原型車進(jìn)行了詳細(xì)的試驗(yàn)對(duì)比 ,結(jié)果見表 1。從表 1可看出采用 P M S M直接驅(qū)動(dòng)不

16、僅減輕了系統(tǒng)重量,而且提高了效率 。推薦精選表 1I C E3異步電動(dòng)機(jī)與 P MS M主要參數(shù)對(duì)比主要參數(shù)異步電動(dòng)機(jī)PMSM額定功率/kW500500傳動(dòng)比1:2.79起動(dòng)牽引力 /(kN m)3.29.0牽引電動(dòng)機(jī)重量 /kg750400牽引電動(dòng)機(jī)最大效率 /(%)94.596.5傳動(dòng)齒輪效率 /(%)97總效率 /(%)91.596.5推薦精選 西門子針對(duì)未來城市軌道車輛 S y n t e g r a 開發(fā)了 P M S M直接傳動(dòng)系統(tǒng)。其中噪聲可降低 15d B ,體積減少 30%, 效率提高 3%。日本鐵道綜合技術(shù) 研究所 ( R T R I ) 先后開 發(fā)了 R M T 9、R

17、M T 11和 R M T 17型直接驅(qū)動(dòng)式 P M S M ,并在 103系通勤車上進(jìn)行了運(yùn)行試驗(yàn), 結(jié)果表明其效率和功率因數(shù)明顯提高, 噪聲水平大幅降低。東日本鐵路公司 A CT r a i n 電動(dòng)車組開發(fā)了直接驅(qū)動(dòng)式P M S M , 并與異步電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了對(duì)比, 試驗(yàn)結(jié)果顯示可節(jié)能 10%以上, 沿線噪聲約可降低 5d B。法國阿爾斯通公司也將開用于單層A G V 高速列車的永磁同步直接傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)作為未來牽引傳動(dòng)先進(jìn)技術(shù)的一部分。 2.P MS M作為全封閉牽引電機(jī) 由于城軌車輛牽引電機(jī)要求體積小、輸出功率大, 所以通常采用強(qiáng)迫冷卻方式,而冷卻風(fēng)中含有塵埃 ,會(huì)污染牽引電機(jī)內(nèi)部,

18、 因此牽引電機(jī)需要定期進(jìn)行解體清掃。車輛的牽引電機(jī)多數(shù)是轉(zhuǎn)子與風(fēng)扇直接相連的自通風(fēng)結(jié)構(gòu), 高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)風(fēng)扇的噪聲很大 。如果電機(jī)為全封閉結(jié)構(gòu) ,灰塵就不會(huì)侵入牽引電機(jī)內(nèi)部 ,也就不需要解體電機(jī)進(jìn)行清掃, 同時(shí)電機(jī)里的噪聲被隔離 ,可實(shí)現(xiàn)低噪聲牽引電機(jī) 。但全封閉電機(jī)比通風(fēng)冷卻電機(jī)的冷卻性能差, 因此全封閉電機(jī)要做到尺寸和性能與以往電機(jī)相同, 就必須采用效率高、發(fā)熱小的 P M S M ,并研究新的冷卻結(jié)構(gòu) ,以使各部分的溫升控制在規(guī)定的限值以內(nèi) 。法國 A L S T O M公司分別為 C i t a d i s 型低地板輕軌車輛( L R V ) 和改進(jìn)型 A G V 高速動(dòng)車組開發(fā)了 120

19、 k W和 720 k W全封閉永磁同步牽引電機(jī),其簡要參數(shù)如表 2所示 。其中采用 P M S M牽引系統(tǒng)的 360 k m/hA G V 高速列車已于 2008年 2月下線。推薦精選表 2 Citadis和 AGV所用 PMSM部分參數(shù)主要參數(shù)Citadis型低地板車輛AGV高速列車最大轉(zhuǎn)速 /(r min-1 )3 6004 500牽引功率 /kW120720制動(dòng)功率 /kW240720極數(shù)8 極12 極外部尺寸380 mm420 mm直徑 650 mm長度 /mm525650總重/kg285730推薦精選六控制技術(shù)1.P MS M矢量控制矢量控制 P MS M矢量控制矢量控制 ( V

20、C ) 最早是在 1971年由 B l a s h -k e等人針對(duì)異步電動(dòng)機(jī)提出的 ,其基本思想源于對(duì)直流電機(jī)的嚴(yán)格模擬 。在 P M S M V C 系統(tǒng)中 ,轉(zhuǎn)子磁極的位置用來決定逆變器的觸發(fā)信號(hào),以保證逆變器輸出頻率始終等于轉(zhuǎn)子角頻率。一般電機(jī)控制策略的選取是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)矩和電流之間的線性度 、 控制過程中電機(jī)端電壓的允許變化程度、功率因數(shù)和調(diào)速范圍等進(jìn)行綜合考慮來確定的。在 P M S MV C 中, 常用的控制模式有直軸電流 id= 0模式、功率因數(shù) c o s = 1模式 、 轉(zhuǎn)矩線性模式和恒磁通模式。其中 id= 0模式應(yīng)用最多 ,該控制方式突出的優(yōu)點(diǎn)是沒有直軸電樞反應(yīng),不會(huì)引起

21、永磁體的去磁現(xiàn)象, 且可以實(shí)現(xiàn)隱極式電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩電流比控制; 不足之處是電機(jī)端電壓隨負(fù)載增大而增大, 因而要求逆變器具有較高的輸出電壓和較大的容量 。在 P M S M控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中 , 最關(guān)鍵、最困難的問題是如何針對(duì)變化復(fù)雜及具有不確定性的被控對(duì)象和環(huán)境作出有效的控制策略 。為提高P M S M調(diào)速系統(tǒng)性能 , 避開負(fù)載或參數(shù)變化對(duì)電機(jī)動(dòng)態(tài)性能的影響 , 自適應(yīng)控制 、滑模變結(jié)構(gòu)控制 、 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 、 模糊控制等現(xiàn)代控制方法和智能控制方法也在 P M S M V C系統(tǒng)中得到 了廣泛應(yīng)用。2. P MS M弱磁控制發(fā)展概況 P M S M的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)由永磁體產(chǎn)生 , 因此不可能直接被減弱。其

22、弱磁控制是利用直軸電樞反應(yīng)使電機(jī)氣隙磁場(chǎng)減弱, 從而達(dá)到等效于減弱磁場(chǎng)的效果 。許多學(xué)者針對(duì)以上基本思想進(jìn)行了研究并提出了眾多方案。提出了六步電壓法 ,其主要思想是: 當(dāng)電機(jī)弱磁運(yùn)行時(shí) , 通過控制電機(jī)的功角 ,調(diào)整電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和減弱電機(jī)的磁場(chǎng)。該方法可實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變器直流母線電壓的最大利用 。提出了基于虛擬瞬時(shí)功率的弱磁控制方法。定義虛擬瞬時(shí)功率 s = ud推薦精選iq+uq id , 通過尋找 s / e的最優(yōu)值實(shí)現(xiàn) P M S M的弱磁控制 。采用過調(diào)制技術(shù), 根據(jù)零電壓矢量作用時(shí)間判斷過調(diào)制起始點(diǎn) , 用查表法確定調(diào)制比 ,提高逆變器直流母線電壓利用率 ,實(shí)現(xiàn)對(duì)P M S M弱磁運(yùn)行區(qū)

23、域的擴(kuò)展。采用電流調(diào)節(jié)器, 實(shí)現(xiàn) P M S M的弱磁控制, 電流調(diào)節(jié)器包括前饋解耦環(huán)節(jié)和電壓補(bǔ)償環(huán)節(jié) , 定子交軸電流由電機(jī)角頻率給定值與實(shí)際值之間的偏差決定,定子直軸電流由每安培最大轉(zhuǎn)矩控制方案決定。為補(bǔ)償直流母線電壓對(duì)弱磁控制的影響,提出了將直流母線電壓作為一個(gè)反饋量用于電壓外環(huán)調(diào)節(jié)的改進(jìn)方案, 從而使系統(tǒng)工作在最大電壓利用狀態(tài)。控制外環(huán)的電壓可以確保電流調(diào)節(jié)器在任何工況下不至于飽和 ,從而取得較滿意的控制效果。提出了自適應(yīng)弱磁控制法以克服電流調(diào)節(jié)器飽和的問題 。設(shè)計(jì)了復(fù)合轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的 P M S M,用于提高弱磁能力 。弱磁控制可使 P M S M在低速時(shí)輸出恒定轉(zhuǎn)矩 ,高速時(shí)輸出恒定功

24、率, 有較寬的調(diào)速范圍。較強(qiáng)的弱磁性能可在逆變器容量不變的情況下提高系統(tǒng)性能。因此 ,對(duì) P M S M進(jìn)行弱磁控制并拓寬弱磁范圍有著重要意義。3. P MS M牽引系統(tǒng)效率優(yōu)化方法發(fā)展概況 近年來 ,隨著建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的要求和對(duì)節(jié)能減排要求的日益提高, 人們對(duì)能耗問題給予了充分關(guān)注。城軌車輛牽引系統(tǒng)是能耗大戶, 因此電機(jī)牽引系統(tǒng)的效率優(yōu)化控制技術(shù)的研究也引起了廣泛關(guān)注 ,尤其是對(duì)異步電機(jī)牽引系統(tǒng)。由于P M S M牽引系統(tǒng)的效率相對(duì)更高 , 并且 P M S M牽引系統(tǒng)尚是一個(gè)全新的系統(tǒng), 使得對(duì)其效率的進(jìn)一步挖掘并不迫切,因而未受到充分重視 ,對(duì)該問題的研究進(jìn)行的也相對(duì)較少。推薦精選 從目

25、前的研究情況來看, P M S M牽引系統(tǒng)的效率優(yōu)化可分為三種類型 : ( 1) 定子電流最小控制策略 ; ( 2) 基于損耗模型的永磁電機(jī)最小損耗控制; ( 3) 檢測(cè)逆變器直流輸入功率的變化 ,動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)控制量達(dá)到降低系統(tǒng)損耗的目的。最大轉(zhuǎn)矩電流比可認(rèn)為是 P M S M牽引系統(tǒng)最簡單的一種效率優(yōu)化方式,該方法實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡單 ,但其只能保證系統(tǒng)的銅耗最小,而不能保證鐵耗的降低,因此系統(tǒng)的總損耗并不一定最小。在建立表面式 P M S M損耗模型的基礎(chǔ)上 , 獲得了表面式P M S M電氣損耗與直軸電流之間的關(guān)系 , 用數(shù)值計(jì)算的方法求得優(yōu)化的直軸電流。在對(duì) P M S M能量分流分析的基礎(chǔ)上 , 建立了