第六章永磁电机驱动系统学习资料
永磁同步电机控制系统培训课件
，电机不转，
iq
is
0
e
id
当给电机定子通如图所示的is电流矢量时
id is cos(e ) iq is sin(e )
电磁转矩方程为： Te 1.5 pis sin(e )
于是通过转子的转动方向可以得出转子的初始位置信息
永磁同步电机控制系统
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一 控制方式 二 SVPWM产生原理 三 转子初始化定位
一 控制方式
它控式
由其它装置带动电机转动
自控式
由自身控制电机转动。永磁同步电机同步就是 指电流频率和转速是同步的，自控式就是控制电 流频率来实现控制转速。通常采取矢量控制
矢量控制原理图
坐标变换图
磁定位法可以精确实现转子的初始定位，但可能造成转子较大幅度的 转动，这在有些机械设备上是不容许的。
基于磁定位原理的摄动定位方法：给定子通以 id 0 iq is 方向为 e 的电流矢量，电动机在上述电流矢量的作用之下开始旋转，通过编码 器脉冲信号可得到电机的转动方向，一旦检测到编码器脉冲数有变化， 便立即封锁PWM输出，转子的位置改变很小，而根据电机转向和给 定的电流矢量就可以大致确定电机转子的位置。接着改变电流矢量方 e 向 ，使给定的电流矢量更接近电机转子的磁极，再检测电机的转 向，通过转向来实现对转子初始位置的定位。
(1)磁定位法即强制启动使转子转到一个已 知位置; (2)静止时通过特定的算法估算转子位置。
永磁同步电机转矩方程
Te 1.5 p[iq ( Ld Lq )id iq ]
对于表面式PMSM， L Lq
d
于是电磁转矩方程为： Te 1.5 piq 。
永磁同步电动机系统原理
永磁同步电动机系统原理永磁同步电动机（Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM）是一种采用永磁体作为励磁源的同步电动机。
与传统的交流感应电动机相比，永磁同步电动机具有更高的效率和功率因数，更快的响应速度和更高的转矩密度。
它在许多领域，如交通工具、工业机械和家用电器中得到了广泛应用。
1.永磁同步电动机结构2.变流器变流器是永磁同步电动机系统的关键部分，用于将直流电源的能量转换为交流电能。
它包括整流单元、逆变单元和滤波电路。
整流单元将交流电源转换为直流电源，逆变单元将直流电源逆变为供给电动机的交流电源。
3.控制系统控制系统负责对永磁同步电动机系统的运行进行控制。
它将传感器得到的电机转速、转矩等信号传递给控制器，并根据系统的工作状态来控制变流器的工作。
控制系统根据需求控制电机的转速和转矩，确保电动机在不同负载条件下的稳定运行。
4.工作原理在永磁同步电动机系统中，控制器会根据传感器传递的信号计算出电机的转速和转矩。
然后，控制器会遵循特定的控制算法，调整变流器的输出电压和频率，以确保电机的转矩和速度与期望值匹配。
当电动机开始运行时，变流器通过向定子绕组加载相应的电流，产生旋转磁场。
永磁体上的永磁场会与定子绕组中的电流产生的磁场相互作用，从而在转子上形成一个旋转磁场。
转子上的磁场会随着旋转，而永磁体保持其磁场方向不变。
这种磁场的相对运动产生了电磁转矩，推动转子旋转。
同时，定子绕组中的交变磁场也会感应出其中一种电势，控制器通过调整变流器的输出电压和频率来保持电势稳定。
通过控制变流器输出的电流和频率，可以实现电动机的速度和转矩控制。
例如，增大电流可以增加电机的转矩，增大频率可以增加电机的速度。
控制器会通过对变流器的电压和频率进行调整，从而使电动机能够满足不同工况下的需求。
总结：永磁同步电动机系统通过使用永磁体作为励磁源，结合功率电子变流器和控制系统，实现对电机速度和转矩的精确控制。
永磁无刷电机及其驱动技术读书笔记
永磁无刷电机及其驱动技术读书笔记1. 简介永磁无刷电机是一种新型的电机结构，它不同于传统的感应电机和永磁同步电机，具有结构简单、效率高、噪音低等优点，因此在各种领域得到了广泛的应用。
本篇文章将从永磁无刷电机的基本原理、结构特点、驱动技术等方面进行深入探讨。
2. 永磁无刷电机的基本原理永磁无刷电机通过永磁体和电磁体产生磁场，利用磁场相互作用的原理，实现电机转动。
与传统的感应电机相比，永磁无刷电机不需要外部激励源，具有结构简单、功率密度高的特点。
永磁无刷电机还具有高效率、低噪音、可靠性高等优点，逐渐成为电动汽车、工业机械等领域的首选电机。
3. 永磁无刷电机的结构特点永磁无刷电机由转子和定子两部分组成，转子上的永磁体产生磁场，而定子上的电磁体产生旋转磁场，通过磁场相互作用实现电机的运转。
永磁无刷电机还采用了无刷结构，减少了摩擦损耗和电刷磨损，提高了电机的使用寿命。
4. 永磁无刷电机的驱动技术为了更好地控制永磁无刷电机的转速和转矩，需要采用先进的驱动技术。
目前常用的驱动技术包括矢量控制、直接转矩控制等。
矢量控制能够实现精确的转速控制，而直接转矩控制则可以实现瞬时响应，适用于要求高动态性能的场合。
5. 个人观点和理解在我看来，永磁无刷电机作为一种新型的电机结构，具有巨大的发展潜力。
随着电动汽车、可再生能源等领域的快速发展，永磁无刷电机将成为未来的主流电机类型。
驱动技术的不断进步也将进一步提高永磁无刷电机的性能，推动其在各个领域的广泛应用。
总结通过本篇文章的阅读，我对永磁无刷电机及其驱动技术有了更深入的了解。
我从基本原理、结构特点、驱动技术等方面了解了永磁无刷电机的工作原理和技术特点，对其未来的发展前景也有了更清晰的认识。
希望本篇文章能够帮助你更全面、深入地了解永磁无刷电机及其驱动技术，期待未来能与你共享更多关于电机技术的知识和见解。
永磁无刷电机及其驱动技术在现代工业中发挥着越来越重要的作用。
它不仅具有高效率、低噪音、结构简单、功率密度高等优点，还可以广泛应用于电动汽车、风力发电、工业机械等领域。
车用永磁电驱动系统应用技术基础
电机系统基本知识
电驱动系统的综合性能比较：
电机类型
结构
调速
效率
电磁 噪声
维护
价格 速度
直流有刷电机 复杂 简单 低 高 复杂 低 低速
开关磁阻电机 简单 较简单 低 高 免维护 低 高速
异步电机 永磁电机
简单 复杂 较低 低 免维护 低 高速 简单 较简单 高 低 免维护 较高 高速
Shanghai Edrive Co., Ltd.
电机基本知识
如何描述电驱动系统性能参数
1、功率 2、力矩
T Nm@____rpm
3、转速 4、效率 5、电压 6、通讯方式
Nm@____rpm Ppk= kW
PN= kW
7、重量
n
0
8、防护等级
9、控制方式
。。。。
2020/1/15
上 海 电 驱 动 有 限11公 司
机械 特性
软
软
软 硬
体积
大 较大 较大
小
2020/1/15
上 海 电 驱 动 有 限12公 司
Shanghai Edrive Co., Ltd.
永磁电机系统在电动汽车中的应用
新能源电动汽车是集机械、电气、化学各领域中 的高新技术于一体，是汽车、电力拖动、功率电 子、自动控制、化学电源、计算机、新能源、新 材料等工程技术中最新成果的产物。
电驱动公司IPM永磁电机的特点和优势
高转矩密度
High torque density
高功率密度
High Power density
高效率
High Efficiency
高可靠性
High Reliability
第六章永磁同步电机控制技术 ppt课件
利用电压误差校正d轴电流指令；
构造q轴电流的校正规律。
68
弱磁控制
• 双电流环法
➢沿用非弱磁区的控制结构
➢根据转速和转矩确定电流分配方案
➢电流环PI的改进
电流调节器极易饱和； 弱磁区电流动态响应慢； 常偏离最优点运行。
69
弱磁控制
• 现有几种弱磁控制方案
➢双电流环法 ➢单电流环法 ➢电压相位法
直流电压 PWM调制方式
dq电流分配方式 永磁体磁链
57
弱磁控制
• 弱磁转折速度
➢弱磁点的判定
公式计算法 空载转折速度 电流跟踪误差判定法 输出电压判定法
58
弱磁控制
• PMSM的运行范围
➢OA：MTPA运行区
转矩逐渐增大 最大转矩点
59
弱磁控制
• PMSM的运行范围
➢AB：弱磁 I 区
17
数学模型
• 坐标系与坐标变换 • 不同坐标系下电机方程 • 模型框图 • 小结
18
数学模型
• 静止与旋转坐标系
➢三相静止坐标系(abc) ➢两相静止坐标系(ab0) ➢两相旋转坐标系(dq0)
同一空间矢量在不同坐标系下的投影 19
• 坐标变换
➢abc→ ab0
数学模型
➢ab → dq0
20
双电流环法单电流环法电压相位法电压幅值不能调节只有相位一个控制量电压幅值不能调节只有相位一个控制量直接给定q轴电压通过d轴电流进行调速70原理分析小信号模型q轴电压固定利用了高速区的强耦合性71运行点f点固定运行在由ef确定的直线上e点随速度升高向c点靠近给定速度和转矩下运行点s2偏离最优点s1带载能力下降72运行过程沿ef直线迅速由s1点运行到s2点同一转速不同负载同一负载不同转速由s1点运行到s2点接近最优运行点增加带载能力双电流环法单电流环法电压相位法电压幅值不能调节只有相位一个控制量电压幅值不能调节只有相位一个控制量电压幅值固定调节电压相位电压相位与转矩间为强非线性关系控制器不易设计电压相位法双电流环单电流环是否最优运行实际有偏差有偏差动态响应简单实现难度复杂较慢较简单弱磁区发生过流等保护不能采用封锁驱动脉冲的方式电机端三相短路保护逆变器电机端加装接触器q轴电流为0d轴电流维持弱磁惰行时接触器断开效率低无需切换效率高进出惰行区需特殊控制弱磁区运行在电压极限上较优几种弱磁方法各有特点静止坐标系下电机方程电压方程磁链方程定子磁链估计转子磁链估计转子角度估计纯积分的改进简单直接动态响应快估计精度依赖于参数准确性不适用于低速qsdsqsdscossindsqsdsqsqsdsqsdsqsdsqsdsqsds原方程原方程观测器观测器87状态观测器框图引入闭环校正环节参数鲁棒性高观测器收敛性问题不适用于低速电机凸极效应电感随转子位置角度而变化注入高频电压信号后电流中包含位置信息90电机凸极效应电机静止在0位置时注入高频电压的电流响应91电机凸极效应电机旋转时注入高频电压的电流响应基波电压与反电势作用产生基波电流高频电压产生含有位置信息的高频电流92高频信号注入法流程框图电流电流基波分量基波分量高频分量高频分量高频正序分量高频正序分量高频负序分量高频负序分量转子位置转子位置信息信息93高频信号注入法实验结果实测角度与观测角度实测角度与观测角度电流波形电流波形观测器法与高频信号注入法需结合使用高频信号注入法适用于低速观测器法适用于中高速需要电机具有较强的凸极效应信号处理复杂计算量大参数鲁棒性强适用于低速电机中速运行电机定子无电流惰行后重新投入运行基本流程初始状态
最新西安交大《电机与拖动基础》精品课件 第 6章 永磁同步电机的原理及仿真
心的，也可以用叠片叠压而成。
6.2
永磁同步电机的结构
转子上安装有永磁体，转子铁心上可以装电枢绕组。为 了减少电机的杂散损耗，定子绕组通常采用星形接法。
图6-1
永磁同步电机的结构示意图
6.2
永磁同步电机的结构
6.3
永磁同步电机调速系统的数学模型
每种控制策略都有其优缺点，但是针对永磁同步 电机不同控制目标下的矢量控制策略进行比较分析，
Id=0控制。Id=0控制称为
磁场定向控制，这种控制方法简单，计算量小，没有
Id=0电流控制旨在将永磁同步电机d轴电流控
制为零，是永磁同步电机最常用的控制策略。将代入 永磁同步电机转矩方程有 Ts=1.5pψ fisq
本节所研究的对象为表面式PMSM，它与普
通电励磁同步电机的定子一样有A、B、C三相对称 绕组，转子上安装有永磁体，定子和转子通过气隙
磁场存在电磁耦合关系。定子和转子之间存在相对
运动，使得这种电磁耦合关系十分复杂，给电机的 分析和控制带来了困难。为了简化永磁同步电机的 数学模型，进行如下假设：
6.3
6.2
永磁同步电机的结构
对于无刷直流电机构成的运动控制系统，通常有着成
本低廉、材料利用率高及控制方式简单等优点。但由于无
刷直流电机原理上存在固有缺陷，使得其转矩脉动较大， 铁心附加损耗较大，因此，只适用于一般精度及性能要求 的场合。交流永磁同步电机作为一种特殊的同步电机，它 能够克服无刷直流电机驱动系统的不足，具有优良的控制 性能，在交流驱动系统中的应用更为广泛。目前，永磁同 步电机已经成为高性能驱动系统的主体。
式中，uA、uB、uC为定子相电压；r为定子绕组每相电阻；iA、iB、 iC为定子相电流。
永磁电机驱动电源系统
永磁电机驱动电源系统永磁电机驱动电源系统是现代工业中常用的一种电源系统，它被广泛应用于电动汽车、工业机械等领域。
本文将详细介绍永磁电机驱动电源系统的原理、特点以及应用。
一、永磁电机驱动电源系统的原理永磁电机驱动电源系统通过控制电流和电压的方式，使永磁电机能够高效稳定地运行。
该系统由直流电源、逆变器、控制器和永磁电机组成。
1. 直流电源永磁电机驱动电源系统的直流电源可以是直流电池、直流电网或者直流发电机。
直流电源的作用是提供稳定的直流电源，为逆变器提供工作电压。
2. 逆变器逆变器是永磁电机驱动电源系统中的核心部件，它将直流电源转换为交流电源，供给永磁电机。
逆变器通常采用高频开关器件（如IGBT）来实现高效的转换。
3. 控制器控制器是永磁电机驱动电源系统中的关键部件，它通过对逆变器的控制，调节电机的转速和扭矩。
控制器根据电机的工作状态和外部输入信号，对逆变器的电流和电压进行精确控制，以实现对电机的精准驱动。
4. 永磁电机永磁电机采用永磁体作为励磁源，具有自带磁场的特点。
永磁电机具有高效率、高功率密度和小体积等优点，广泛应用于各个领域。
二、永磁电机驱动电源系统的特点1. 高效节能永磁电机驱动电源系统具有高效节能的特点。
永磁电机本身具有高效率，通过控制器的精确调节，使得系统的能量转换更为高效，减少能源的浪费。
2. 高性能永磁电机驱动电源系统具有高性能的特点。
永磁电机的磁场稳定，响应快速，可以实现高精度的运动控制，满足各种工业应用的需求。
3. 小体积永磁电机驱动电源系统具有小体积的特点。
永磁电机体积小巧，逆变器和控制器的集成化设计，使得整个系统占用空间小，适用于空间有限的场合。
4. 可靠性高永磁电机驱动电源系统具有较高的可靠性。
永磁电机自带磁场，免去了励磁电流的传输和控制，减少了故障点。
逆变器和控制器采用可靠的电子器件和控制算法，保证了系统的稳定运行。
三、永磁电机驱动电源系统的应用永磁电机驱动电源系统在各个领域都有广泛应用，特别是在电动汽车、工业机械和风力发电等方面。
永磁同步电机驱动系统组成部件
永磁同步电机驱动系统组成部件永磁同步电机驱动系统组成部件一、概述永磁同步电机驱动系统是现代电动车辆和工业设备中常用的关键部件之一。
它通过控制电流和频率来驱动永磁同步电机，实现高效、可控的动力输出。
永磁同步电机驱动系统由多个组成部件构成，包括电机本身、控制器、电源模块等，每个组成部件都起着不可替代的作用。
本文将从深度和广度上对永磁同步电机驱动系统的各个组成部件进行全面评估，帮助读者更深入地理解这一主题。
二、永磁同步电机永磁同步电机作为驱动系统的核心部件，具有高效、高功率密度和高转矩密度等优点。
它由永磁体和定子绕组构成，能够产生恒定磁场并实现同步运转。
在电动车辆和工业设备中，永磁同步电机的选型和设计对系统的性能至关重要。
了解永磁同步电机的特性和工作原理对于驱动系统的设计和优化至关重要。
三、控制器控制器是永磁同步电机驱动系统中的另一个重要组成部件，它负责控制电机的运行状态和输出功率。
控制器通过对电流和频率进行调节，实现对电机的精准控制，以满足不同工况下的动力需求。
控制器还承担着保护电机和系统安全的任务，对温度、过流、过压等参数进行监测和控制。
在永磁同步电机驱动系统中，控制器的性能和稳定性直接影响着整个系统的工作效果和可靠性。
四、电源模块电源模块作为永磁同步电机驱动系统的供电部件，负责为电机和控制器提供电源。
它通常包括直流-交流变换器、电容器、电感等元件，能够将电网提供的交流电转换为电机所需的直流电，并实现电能的有效转换和传递。
电源模块还具备滤波和功率因数校正等功能，可以提高系统的电能利用率和稳定性。
五、个人观点和总结作为永磁同步电机驱动系统的核心组成部件，电机、控制器和电源模块的选择和设计都对系统的性能和效率有着重要影响。
在实际应用中，需要综合考虑系统的功率密度、效率、重量和成本等因素，进行合理的设计和优化。
随着电动车辆和工业设备的发展，永磁同步电机驱动系统的性能需求也在不断提升，对相关组成部件的研发和创新提出了新的挑战。
第六章永磁电机驱动系统
永磁同步电机相比交流异步电机优势
5、体积小，功率密度大： 电机效率的增高，相应地损耗降低，电机温升减小， 则在采用相同绝缘等级的情况下，电机的体积可以设计 的更小；电机结构的灵活性，可以省去电机内许多无效 部分，如绕组端部，转子端环等，相应体积可以更小。 6、起动力矩大、噪音小、温升低 ： a、永磁同步电机在低频的时候仍能保持良好的工作状态， 低频时的输出力矩较异步电机大，运行时的噪音小； b、转子无电阻损耗，定子绕组几乎不存在无功电流，因 而电机温升低，同体积、同重量的永磁电机功率可提高 30%左右；同功率容量的永磁电机体积、重量、所用材 料可减少30%。
永磁同步电机缺点
（1）价格较高：磁钢价格较高。
（2）弱磁能力低：由于永磁同步电动机转子为永
磁体，无法调节，必须通过加定子直轴去磁电流分量 来削弱磁场，这会增大定子的电流，增加电动机的铜 耗； （3）起动困难，高速制动时电势高，给逆变器带
来一定的风险。
二、永磁同步电机的结构
交流永磁电驱动系统由交流永磁电动机和控制器组成。
（2）表面插入式结构
• 可充分利用转子磁路的不对称性所产生的磁阻转矩， 提高电动机的功率密度，动态性能较凸出式有所改善。 制造工艺也较简单。但漏磁系数和制造成本都大。 • 这种结构型式的永磁同步电动机为丰田汽车公司的蓄 电池电动车RAV4所采用。本田汽车公司PLUS电动车的 第一代驱劝电机也采用了这种结构。
永磁无刷电动机可以分为： 由方波驱动的无刷直流电动机系统((BLDCM) 由正弦波驱动的无刷直流电动机系统(PMSM)
PMSM和BDCM每相励磁磁场强度波形 a)PMSM b)BLDCM
一、永磁同步电机的分类
永磁电动机驱动系统可以分为无刷直流电动机(BLDCM) 系统和永磁同步电动机(PMSM)系统。 无刷直流电动机 (BLDCM) 系统具有转矩大、功率密度高、 位置检测和控制方法简单的优点 , 但是由于换相电流很难达 到理想状态, 因此会造成转矩脉动、振动噪声等问题。对于 车速要求不太高的电动汽车驱动领域 ,BLDCM 系统具有一定的 优势, 得到了广泛的重视和普遍应用。 永磁同步电动机 ( PMSM) 系统具有高控制精度、高转矩 密度、良好的转矩平稳性以及低噪声的特点 , 通过合理设计 永磁磁路结构能获得较高的弱磁性能 , 提高电动机的调速范 围, 因此在电动车驱动方面具有较高的应用价值 , 已经受到 国内外电动汽车界的高度重视, 并在日本得到了普遍的应用 , 是一种比较理想的电动汽车驱动系统。
永磁同步电动机教材
（ 3 ）异步电机的功率因数永远小于 1 ，而同步电机的功 率因数可以用励磁电流来调节，可以滞后，可以超前。
同步电机与感应（异步）电机的区别（续）
（ 4 ）同步电机和异步电机的定子是一样的，而 转子绕阻不同。同步电机的转子除励磁绕组外， 还有一个自身短路的阻尼绕阻。当同步机在恒 频下运行时，阻尼绕阻有助于抑制重载时发生 的震荡。但当同步电机重载转速闭环下变频调 速运行时，阻尼绕阻便失去它的主要作用，却 增加了数学模型的复杂性。 （ 5 ）异步电机的气隙都是均匀的，而同步电机 则有隐极式和显极式之分。隐极式电机气隙是 均匀的，而显极式电机的气隙磁阻不均匀，对 于电励磁的电机直轴磁阻小，交轴磁阻大。对 于永磁电机直轴磁阻大，交轴磁阻小。
感应电机变频调速
• 感应电机，特别是笼型感应电机，结构简单、牢固， 价格便宜，运行可靠，无需维护，在交流传动中得到 了极为广泛的应用。感应电机采用变频调速技术后， 调速范围广，调速时因转差功率不变而无附加能量损 失，是一种性能优良的高效的调速方式，是交流电机 调速传动发展的主要方向。 • 在变频调速系统中，由变频器提供给电机的频率变化 的电压或电流激励均是非正弦的，除基波外，还包含 大量的谐波。分析表明，决定感应电机变频运行特性 的主要还是基波，谐波分量只起着使电机电压或电流 畸变、产生谐波损耗、恶化力能指标、引起转矩脉动 的作用。
转差功率中转子铜损部分的消耗是不可避免 的，但在这类系统中，无论转速高低，转差功率 的消耗基本不变，因此效率最高。上述的第⑤、 ⑥两种调速方法属于此类。其中变极对数只能有 级调速，应用场合有限。只有变压变频调速应用 最广，可以构成高动态性能的交流调速系统，取 代直流调速，是最有发展前途的。 3. 变频调速
永磁同步电动机的总体结构
电机驱动系统功能及原理
电机驱动系统功能及原理驱动电机及驱动电机控制器是新能源汽车行驶系统中的核心元件，其决定了车辆的主要性能指标，对新能源汽车整车行驶的动力性、经济性、安全性、操控稳定等性能有着重要的影响。
电机控制器从整车控制器获得整车的扭矩需求，从动力电池包获得电能，经过自身逆变器的调制，获得控制电机所需要的电流和电压，提供给电机，使得电机的转速和转矩满足整车行驶需求。
1.驱动电机（1）驱动电机组成及作用永磁同步电机分为正弦波永磁同步电机和方波驱动的永磁同步电机，其作用主要为车辆行驶提供驱动力，是电动汽车的动力装置。
永磁同步电机主要由定子和转子、端盖、轴承、旋转变压器等部件组成。
电机的温度传感器（热敏电阻），热敏电阻是缠绕在定子绕组里面，监测电机的温度。
（2）永磁同步电机的工作原理永磁同步电机中的永磁是指电机的转子是永磁铁（永磁体），同步是指转子频率与定子频率是一样的，电机是指将电能转化为机械能的装置。
永磁同步电机是通过电转磁的方式，让外圈磁场旋转起来，定子外圈磁场旋转起来就能通过磁场的异性相吸、同性相斥的原理让里面的转子永磁体跟随着旋转。
尼古拉·特拉斯在前人的基础上，创新性的将交流电用在线圈中，通过线圈里面交流电的相位角差，得到可交替变化的磁场。
2.电机控制器（1）驱动电机控制器结构电机控制器内部包含1个逆变器（DC/AC）和1个直流转换器（DC/DC）；逆变器由IGBT、直流母线电容、驱动和控制电路板组成，实现直流（可变的电压、电流）与交流（可变的电压、电流、频率）之间的转变。
直流转换器由高低压功率器件变压器、电感、驱动和控制电路板等组成，实现直流高压向直流低压的能量传递。
电机控制器还包含冷却器（通过冷却液）给电子功率器件散热。
（2）驱动电机控制器功能电机控制器安装在前舱内，采用CAN通讯控制，控制着动力电池组到电机之间能量的传输，同时采集电机位置信号和三相电流检测信号，精确地控制驱动电机运行。
电机控制器是一个既能将动力电池中的直流电转换为交流电以驱动电机，同时具备将车轮旋转的动能转换为电能（交流电转换为直流电）给动力电池充电的设备。
永磁电机原理
永磁电机原理
永磁电机原理
永磁电机是一种由稳定的永磁材料制成的电动机，它具有恒定转矩、高效率、可靠性高、结构紧凑、体积小等特点，广泛应用于航空、航天、机械工程、制造业、医疗保健、仪器仪表和家电等领域。
永磁电机原理解析：永磁电机的转矩与转速之间的关系是：转矩=电流×磁感应×磁场半径，即转矩和电流成正比，和磁感应和磁场半径成正比。
由于磁场半径不变，因此转矩和电流成正比。
同时，永磁电机的转速与电压之间的关系是：转速=电压/比转矩，即转速和电压成反比，和比转矩成反比。
根据这一原理，当电压升高时，转速会降低；当电压降低时，转速会升高。
此外，永磁电机的功率与电压、转速之间的关系是：功率=电压×电流，即功率与电压成正比，与电流成正比，也就是说，功率和转速成正比，和电压成正比。
总之，永磁电机的性能优势在于：它的转矩和电流成正比，转速和电压成反比，功率和转速成正比，且运行比较稳定，抗干扰能力强，维护方便。
因此，永磁电机在各种工业运转中发挥着重要作用，广泛应用于航空、航天、机械工程、制造业、医疗保健、仪器仪表和家电等领域。
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二、永磁同步电机的结构
正弦波永磁同步电动机驱动系统的基本组成框图
二、永磁同步电机的结构
• 模拟结构图
A⊕
Z⊙
B⊕bBiblioteka grr gb
⊙Y
⊕C
定子绕组一般制成三相绕组。三相绕组 沿定子铁心对称分布，在空间互差120度 电角度，通入三相交流电时，产生旋转 磁场。
转子采用永磁体，目前主要以钕铁硼作 为永磁材料。 采用永磁体简化了电机的 结构，提高了可靠性，又没有转子铜耗， 提高电机的效率。
⊙X
二、永磁同步电机的结构
• 实物结构图
转子磁铁
定子绕组 霍尔传感器
二、永磁同步电机的结构
贴面转子结构
（1）表面凸出式结构
• 表面凸出式转子结构中的永磁磁极易于实现最优设 计，使之成为能使电动机气隙磁密波形趋近于正弦波 的磁极形状。可显著提高电动机乃至整个传动系统的 性能；具有结构简单、制造成本较低、转动惯量小、 动态响应快、转矩脉动低等优点。
无刷直流电动机(BLDCM)系统具有转矩大、功率密度高、 位置检测和控制方法简单的优点, 但是由于换相电流很难达 到理想状态, 因此会造成转矩脉动、振动噪声等问题。对于 车速要求不太高的电动汽车驱动领域,BLDCM系统具有一定的 优势, 得到了广泛的重视和普遍应用。
永磁同步电动机( PMSM)系统具有高控制精度、高转矩 密度、良好的转矩平稳性以及低噪声的特点, 通过合理设计 永磁磁路结构能获得较高的弱磁性能, 提高电动机的调速范 围, 因此在电动车驱动方面具有较高的应用价值, 已经受到 国内外电动汽车界的高度重视, 并在日本得到了普遍的应用 , 是一种比较理想的电动汽车驱动系统。
永磁同步电机相比交流异步电机优势
1、效率高、更加省电： a、由于永磁同步电机的磁场是由永磁体产生的，从而避
免通过励磁电流来产生磁场而导致的励磁损耗（铜耗）； b、永磁同步电机的外特性效率曲线相比异步电机，其在
轻载时效率值要高很多。 c、由于永磁同步电机功率因数高，这样相比异步电机其
电机电流更小，相应地电机的定子铜耗更小，效率也更 高。 d、系统效率高：永磁电机参数，特别是功率因数，不受 电机极数的影响，因此便于设计成多极电机（如可以 100极以上），这样对于传统需要通过减速箱来驱动负 载电机，可以做成直接用永磁同步电机驱动的直驱系统， 从而省去了减速箱，提高了传动效率。
（2）表面插入式结构
• 可充分利用转子磁路的不对称性所产生的磁阻转矩， 提高电动机的功率密度，动态性能较凸出式有所改善。 制造工艺也较简单。但漏磁系数和制造成本都大。
• 这种结构型式的永磁同步电动机为丰田汽车公司的蓄 电池电动车RAV4所采用。本田汽车公司PLUS电动车 的第一代驱劝电机也采用了这种结构。
6、起动力矩大、噪音小、温升低 ： a、永磁同步电机在低频的时候仍能保持良好的工作状态，
低频时的输出力矩较异步电机大，运行时的噪音小； b、转子无电阻损耗，定子绕组几乎不存在无功电流，因
而电机温升低，同体积、同重量的永磁电机功率可提高 30%左右；同功率容量的永磁电机体积、重量、所用材 料可减少30%。
• 但由于弱磁调速范围小，功率密度低，所以与其他转 子结构相比在电动车驱动力一面没有优势。
• 1997年本田汽车公司PLUS电动车的驱动电机采用了 这种结构的永磁同步电机。日前可在矩形波永磁同步 电动机的恒功率运行范围不宽的正弦波永磁同步电机 中应用。比较适合用作汽车的电子伺服驱动：如汽车 电子动力力一向盘的伺服电机。
永磁同步电机相比交流异步电机优势
2、功率因数高： 由于永磁同步电机在设计时，其功率因数可以调节，甚至
可以设计成功率因数等于1，且与电机极数无关。 电机的功率因数高有以下几个好处：
a、功率因数高，电机电流小，电机定子铜耗降低，更 节能；
b、功率因数高，电机配套的电源，如逆变器，变压器 等，容量可以更低，同时其他辅助配套设施如开关， 电缆等规格可以更小，相应系统成本更低。
4、可靠性高： 由于永磁同步变频调速电机参数不受电机极数的限
制，便于实现电机直接驱动负载，省去噪音大，故障率 高的减速箱，增加了机械传动系统设计的可靠性和灵活 性。
永磁同步电机相比交流异步电机优势
5、体积小，功率密度大： 电机效率的增高，相应地损耗降低，电机温升减小，
则在采用相同绝缘等级的情况下，电机的体积可以设计 的更小；电机结构的灵活性，可以省去电机内许多无效 部分，如绕组端部，转子端环等，相应体积可以更小。
永磁无刷电动机可以分为： 由方波驱动的无刷直流电动机系统((BLDCM) 由正弦波驱动的无刷直流电动机系统(PMSM)
PMSM和BDCM每相励磁磁场强度波形 a)PMSM b)BLDCM
一、永磁同步电机的分类
永磁电动机驱动系统可以分为无刷直流电动机(BLDCM) 系统和永磁同步电动机(PMSM)系统。
第六章 永磁电机驱动系统的组成和工作原理
一、永磁无刷电机的分类 二、永磁同步电机的结构 三、永磁同步电机的工作原理 四、永磁同步电机的数学模型及控制系统
一、永磁同步电机的分类
永磁电动机既具有交流电动机的无电刷结构、运行可靠等优点, 又具有直流电动机的调速性能好的优点, 且无需励磁绕组, 可以做到 体积小、控制效率高, 是当前电动车用电动机研发与应用的热点。
c、由于永磁同步电机功率因数高低不受电机极数的限 制，在电机配套系统允许的情况下，可以将电机的 极数设计的更高，相应电机的体积可以做得更小， 电机的直接材料成本更低。
永磁同步电机相比交流异步电机优势
3、电机结构简单灵活：
由于异步电机转子上需要安装导条、端环或转子绕 组，大大限制了异步电机结构的灵活性，而永磁同步电 机转子结构设计更为灵活。
永磁同步电机缺点
（1）价格较高：磁钢价格较高。 （2）弱磁能力低：由于永磁同步电动机转子为永 磁体，无法调节，必须通过加定子直轴去磁电流分量 来削弱磁场，这会增大定子的电流，增加电动机的铜 耗； （3）起动困难，高速制动时电势高，给逆变器带 来一定的风险。
二、永磁同步电机的结构
交流永磁电驱动系统由交流永磁电动机和控制器组成。