《永磁同步電機(jī)原理及應(yīng)用特性研究》3500字（論文）

永磁同步電機(jī)原理及應(yīng)用特性研究目錄TOC\o"1-2"\h\u11855永磁同步電機(jī)原理及應(yīng)用特性研究 127871關(guān)鍵詞：永磁同步電機(jī)；原理；應(yīng)用特性 1103861、引言 1233612、永磁同步電機(jī)原理與應(yīng)用 2281682.1永磁同步電機(jī)基本結(jié)構(gòu) 2247432.2電機(jī)工作原理 2178242.3電機(jī)控制原理 4264073、結(jié)語 515469參考文獻(xiàn) 5摘要：永磁同步電機(jī)具有效率高、功率密度大等優(yōu)點(diǎn)。它的動(dòng)力裝置在電動(dòng)汽車電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中是最有利的存在，比其他的電機(jī)更具有優(yōu)勢，而且還有非常廣闊的用途。作為車輛，安全是一個(gè)非常重要的指標(biāo)。關(guān)鍵詞：永磁同步電機(jī)；原理；應(yīng)用特性1、引言二十一世紀(jì)以來，各學(xué)科之間的相互交流與滲透愈加明顯，對(duì)永磁同步電機(jī)的研究、矢量控制理論、數(shù)字化控制技術(shù)和智能算法的交叉與融合，使現(xiàn)代電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)得到快速發(fā)展。特別是近幾年來，永磁同步電機(jī)硬件不斷升級(jí)，電機(jī)控制方法也在不斷的優(yōu)化創(chuàng)新；數(shù)字處理技術(shù)的不斷進(jìn)步，智能算法的不斷推出，都極大地推動(dòng)了永磁同步電機(jī)控制技術(shù)的進(jìn)步。但隨著永磁同步電機(jī)系統(tǒng)傳統(tǒng)控制技術(shù)的成熟與發(fā)展，以及工業(yè)化的不斷發(fā)展，數(shù)控領(lǐng)域?qū)τ来磐诫姍C(jī)速度控制系統(tǒng)的應(yīng)用要求也越來越苛刻。現(xiàn)有的控制方法已經(jīng)不能夠滿足數(shù)控等領(lǐng)域?qū)﹄姍C(jī)速度的精確要求。所以，對(duì)永磁同步電機(jī)速度的高精度控制成為控制領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。目前，眾多研究者從兩方面來提高對(duì)永磁同步電機(jī)速度控制的精度，一種是替換硬件，更新結(jié)構(gòu)，通過對(duì)永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)的更新，研發(fā)新型材料來替換傳統(tǒng)材料必然會(huì)提高對(duì)速度控制的精準(zhǔn)度；另一種是通過改變控制方法來提高系統(tǒng)的性能。永磁同步電機(jī)依靠其響應(yīng)迅速和扭矩大等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)是電動(dòng)汽車最重要的一部分。尤其是在當(dāng)今工業(yè)發(fā)展的時(shí)代，永磁同步電機(jī)處于不可替代的地位，在好多生產(chǎn)設(shè)備和運(yùn)輸工具中都能看到PMSM。低碳時(shí)代以來，隨著設(shè)備的更新?lián)Q代，以及控制方法的不斷研究發(fā)展，電磁學(xué)和現(xiàn)代計(jì)算機(jī)測控技術(shù)的不斷交叉融合，互相滲透，都給永磁同步電機(jī)控制技術(shù)帶來了一定的進(jìn)步。2、永磁同步電機(jī)原理與應(yīng)用2.1永磁同步電機(jī)基本結(jié)構(gòu)永磁同步電動(dòng)機(jī)的特性最為突出，很容易識(shí)別出與其他電動(dòng)機(jī)的區(qū)別，同時(shí)小部分的結(jié)構(gòu)也與普通異步電動(dòng)機(jī)相似。普通電動(dòng)機(jī)的部件與永磁同步電動(dòng)機(jī)的部件相似，只是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子是永磁體。其主要部件包括永磁轉(zhuǎn)子、定子繞組、電機(jī)風(fēng)扇、外殼等部件。異步電動(dòng)機(jī)有一個(gè)非常獨(dú)特的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，它的質(zhì)量比永磁定子的質(zhì)量高得多。永磁同步電機(jī)基本結(jié)構(gòu)如下圖2-1所示。圖2-1永磁同步電機(jī)基本結(jié)構(gòu)圖2.2電機(jī)工作原理2.2.1永磁同步電機(jī)運(yùn)行條件為了建立永磁同步電機(jī)主磁場的連續(xù)磁場和連接到直流勵(lì)磁力矩的磁場，有必要設(shè)置磁場受極性影響的條件；然后對(duì)稱風(fēng)被分為三個(gè)階段，作為電動(dòng)勢，或作為影響瞬間的電流載體；當(dāng)前面的運(yùn)動(dòng)過程導(dǎo)致車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，磁極相產(chǎn)生的磁場跟隨著軸旋轉(zhuǎn)，按順序一步一步地停止繞組的磁勢。繞組會(huì)提供一個(gè)三相對(duì)稱的交流電勢，其大小和方向會(huì)周期性地改變。在外線上可以提供所需的交流能量。由于對(duì)稱性，潛在工業(yè)的三相對(duì)稱是安全的。對(duì)于旋轉(zhuǎn)引擎，如果用永磁體代替直流旋轉(zhuǎn)，同步發(fā)動(dòng)機(jī)將變成永磁體。電動(dòng)汽車上最常用的電機(jī)也可以稱為正弦波永磁同步電機(jī)電機(jī)，從字面意思理解這種電機(jī)的內(nèi)部構(gòu)成是擁有永磁體的，電機(jī)的轉(zhuǎn)子就是永磁體，為了配合這一類型的轉(zhuǎn)子使其工作效率提高，定子的分布方式也極為特殊。定子的分布方式是三相正弦分布，這樣就可以使氣隙磁密沿空間分布。這就是正弦波永磁同步電機(jī)的名稱。正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)是現(xiàn)在生活中比較常見的電機(jī)也是非常典型的機(jī)電和其他設(shè)備一體化電動(dòng)機(jī)。它主要還是包括電機(jī)本身，還包括位置傳感器、電力電子變換器和驅(qū)動(dòng)電路。將滑模觀測器與高頻電壓信號(hào)注入法相結(jié)合，使內(nèi)置式永磁同步電機(jī)的無位置傳感器矢量控制系統(tǒng)在無位置傳感器的閉環(huán)矢量控制模式下平穩(wěn)啟動(dòng)，并能在低速和高速運(yùn)行時(shí)獲得更準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)子位置觀測信息。在永磁同步電動(dòng)機(jī)定子上施加脈寬調(diào)制的三相交流電時(shí)，定子電樞產(chǎn)生空間磁場，與永磁轉(zhuǎn)子相互作用，產(chǎn)生與定子旋轉(zhuǎn)磁場方向相同的電磁轉(zhuǎn)矩輸出。當(dāng)輸出轉(zhuǎn)矩T超過轉(zhuǎn)子的摩擦轉(zhuǎn)矩和永磁體的阻尼轉(zhuǎn)矩時(shí)，電機(jī)開始向外工作，繼續(xù)加速直至同步。永磁同步電動(dòng)機(jī)的工作原理與同步電動(dòng)機(jī)的工作原理基本相同。永磁同步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用廣泛。而感應(yīng)電動(dòng)機(jī)是一種常見的交流電動(dòng)機(jī)。其特點(diǎn)是：在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率之間的關(guān)系不會(huì)變成同步轉(zhuǎn)速。當(dāng)電網(wǎng)頻率恒定時(shí)，同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速在穩(wěn)態(tài)下是恒定的，與負(fù)載無關(guān)。2.2.2永磁同步電機(jī)運(yùn)行方式電動(dòng)機(jī)有三種主要的運(yùn)行模式，通常是發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和補(bǔ)償器。發(fā)電機(jī)運(yùn)行是同步電機(jī)最重要的運(yùn)行方式，電機(jī)運(yùn)行是同步電機(jī)的另一種重要運(yùn)行方式。同步電機(jī)的功率因數(shù)是可調(diào)的。在無調(diào)速的情況下，使用大型同步電機(jī)可以非常有效的提高運(yùn)行效率。近年來,小型同步電動(dòng)機(jī)在變頻感應(yīng)電動(dòng)機(jī),也被稱為感應(yīng)電動(dòng)機(jī),通過互動(dòng)交流電機(jī)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩氣隙旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電流,并實(shí)現(xiàn)機(jī)械能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。2.2.3永磁同步電機(jī)工作原理永磁同步電動(dòng)機(jī)的工作原理如下：永磁同步電動(dòng)機(jī)主磁場的建立：勵(lì)磁繞組連接上直流勵(lì)磁電流，在極性之間的區(qū)域建立上勵(lì)磁的磁場，就是在建立主磁場。永磁同步電動(dòng)機(jī)載流導(dǎo)體：三相對(duì)稱電樞繞組作為功率繞組，成為感應(yīng)電勢或成為感應(yīng)電流的主載體。永磁同步電動(dòng)機(jī)的切割運(yùn)動(dòng)：原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)（通過機(jī)械能輸入電機(jī)）。兩個(gè)極性相之間的勵(lì)磁磁場隨軸旋轉(zhuǎn)，依次切斷定子繞組（等同于繞組的導(dǎo)體反方向切斷勵(lì)磁磁場）。永磁同步電動(dòng)機(jī)交流電動(dòng)勢的產(chǎn)生：由于電樞、繞組和主磁場之間的相對(duì)剪切運(yùn)動(dòng)，電樞繞組會(huì)產(chǎn)生大小和方向周期性變化的三相對(duì)稱交流電動(dòng)勢。通過出線，就可以供應(yīng)交流電電源。永磁同步電動(dòng)機(jī)的交變對(duì)稱性：由于旋轉(zhuǎn)磁場的極性，感應(yīng)電動(dòng)勢的極性發(fā)生變化；因?yàn)殡姌欣@組的左右對(duì)稱性，這才保證了感應(yīng)電勢的三相對(duì)稱性。2.3電機(jī)控制原理2.3.1永磁同步電機(jī)控制方式受控式:顧名思義，需要其他控制裝置來驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正常運(yùn)行。自動(dòng)控制式:自由控制電機(jī)運(yùn)行，永磁同步電機(jī)是指電流頻率和速度同步運(yùn)行，自動(dòng)控制是控制電流頻率來實(shí)現(xiàn)速度控制，通常采用矢量控制。矢量是通電后指定子繞組產(chǎn)生的具有方向和幅度的磁勢。磁勢與轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生的磁勢相互作用，以旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)子。通過空間坐標(biāo)變換，將定子三相靜止坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化為定子兩相靜止坐標(biāo)系，再將定子兩相靜止坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。旋轉(zhuǎn)框架相對(duì)于轉(zhuǎn)子靜止。2.3.2永磁同步電機(jī)控制原理與要求電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器是整個(gè)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制核心。它決定了驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的速度和轉(zhuǎn)矩指令根據(jù)電信號(hào)等信息的位置變速桿(向前、向后、中性、高速度和低速度),油門,剎車和動(dòng)力電池的剩余力量,以便控制驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行。這實(shí)際上是控制系統(tǒng)根據(jù)每個(gè)信息計(jì)算出的命令數(shù)據(jù)，為驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供電流。早期的電動(dòng)汽車使用直流電機(jī)?？刂浦绷麟姍C(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，速度控制比其他普通電機(jī)容易。同時(shí)，電池作為車輛的主要?jiǎng)恿υ?，也為電機(jī)提供直流。電機(jī)控制器是控制主牽引電源與電機(jī)之間能量傳遞的專用裝置。由外部控制信號(hào)接口電路、電機(jī)控制電路和驅(qū)動(dòng)電路組成。電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)控制器作為電動(dòng)汽車的關(guān)鍵部件，在整個(gè)電動(dòng)汽車系統(tǒng)中起著非常重要的作用，使電動(dòng)汽車得以運(yùn)行。(1)電機(jī)控制器原理:電機(jī)控制器作為整個(gè)汽車制動(dòng)系統(tǒng)的控制中心，由變頻器和控制器組成。逆變器從電池接收直流電能量，并將其轉(zhuǎn)換成三相交流電，為汽車的馬達(dá)提供動(dòng)力。控制器接收電機(jī)速度和其他信號(hào)，并將它們反饋給儀器。當(dāng)發(fā)生制動(dòng)或加速時(shí)，控制器控制變頻器的頻率，達(dá)到加速或減速的目的。(2)電動(dòng)汽車對(duì)電機(jī)控制系統(tǒng)的要求:由于電動(dòng)汽車的特殊性，電動(dòng)汽車的實(shí)際駕駛工況較為復(fù)雜，不僅需要適應(yīng)各種氣候的影響，還需要進(jìn)行不同工況下的安全測試，以確保駕駛員和乘客的舒適性和安全性。電機(jī)控制器作為電動(dòng)汽車的核心部件，直接影響整車的行駛性能。因此，必須滿足以下要求。①要求有優(yōu)良的轉(zhuǎn)矩控制特性，能滿足頻繁啟動(dòng)、停止、加減速、低速高轉(zhuǎn)矩爬升、高速低轉(zhuǎn)矩恒功率運(yùn)行等工況。(2)要有較寬的轉(zhuǎn)速范圍，并能高效率運(yùn)行。③啟動(dòng)、加速時(shí)可提供較大的啟動(dòng)扭矩和輸出功率，運(yùn)行平穩(wěn)時(shí)對(duì)工作效率要求較高。④制動(dòng)能量的回收，實(shí)現(xiàn)電池能量的反饋，提高電動(dòng)汽車的行駛里程。⑤驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)必須符合車輛電氣系統(tǒng)的安全標(biāo)準(zhǔn)。3、結(jié)語本問主要了解永磁同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，闡述永磁同步電機(jī)的種類、運(yùn)行方式、工作原理及控制原理，通過以上內(nèi)容才能了解永磁同步電機(jī)，能夠更快的理解永磁同步電