(1)永磁磁阻同步电动机的结构 永磁磁阻同步电动机是将永久磁铁代替他励同步电动机的转子励磁绕组,将磁铁插入转子内部,形成同步旋转的磁极。电动机的定子和普通同步电动机两层六极永磁磁阻同步电动机的定子一样,如图2-9所示,转子上不再用励磁绕组、集电环以及电刷等来为转子输入励磁电流,输入转子的是三相正弦波电流。永磁磁阻同步电动机具有高效率(达97%)及高比功率(远远超过1kW/kg)的优点。输出转矩与转动惯量比均大于相似的三相感应电动机。在高速转动时有良好的可靠性,平稳工作时电流损耗小。永磁磁阻电动机在材料的电磁性能、磁极数量、磁场衰退等多方面的性能均优于其他种类的电动机,工作噪声也低。 在同步电动机的轴上安装转子位置传感器和速度传感器,它们产生的信号是驱动控制器的输入信号。永磁磁阻同步电动机具有功率密度高、调速范围宽、效率高、性能更加可靠、结构更加简单、体积小的优点。和相同功率的其他类型的电动机相比,它更加适宜作为EV、FCEV和混合动力汽车的驱动电动机。 永磁磁阻电动机为了增加电动机的转矩,采用增加q轴磁阻和d轴磁阻之差,来获得更大的磁阻转矩,所以采用多层的转子结构。不同层数的永磁磁阻同步电动机的转子如图2-10所示,有单层、双层、3层和10层等。转子的层数增加,q轴绕组电感-d轴绕组电感也增大,但增加层数超过3层,q轴绕组电感-d轴绕组电感变化不大,通常为2~3层。
(2)水磁磁阻同步电动机的控制系统 永磁磁阻同步电动机采用带有矢量变换电路的逆变器系统进行控制,其控制系统由直流电源、电容器、三相绝缘栅双极晶体管(IGBT)逆变器、水磁同步电动机(PSM)、电动机转轴位置检测器(PS)、速度传感器、电流检测器、驱动电路及其他一些元件等共同组成微处理器控制模块中有乘法器、矢量变换电路、弱磁控制器、转子位置检测系统、速度调节系统、电流控制系统、PWM逆变器等主要电子器件,PWM逆变器的作用是将直流电通过脉宽调制变为频率和电压可变的交流电,电压波形有正弦波或方波。
①转子位置检测器根据检测转子磁极的位置信号与矢量变换电路发出的控制信号,共同通过电流分配信号发生器来对转子位置信号进行调节,形成电流分配信号,将信号分别输入A、B乘法器中。
②速度传感器、速度变换电路和速度调节器,对电动机的运行状态进行判别及处理,将电动机的运行状态信号分别输入A、B乘法器中。
③控制驱动器采用不同的控制方法,由电流分配信号发生器及速度调节器对系统提供信号,经过乘法器逻辑控制单元的计算后产生控制信号,并和电流传感器输入的电流信号共同保持转子磁链和定子电流之间的确定关系,将电流频率与相位变换信号分别输入各自独立的电流调节器中,然后输出至PWM逆变器中,控制逆变器换流IGBT开关元件的通断,完成脉宽调制,为永磁同步电动机提供正弦波形的三相交流电,同时控制定子绕组的供电频率、电压以及电流的大小,使永磁同步电动机产生恒定的转矩,并对永磁同步电动机进行调速控制。
④系统的给定量是转子转速的大小,系统可以根据不同的给定速度运行,调速范围宽调速精度也较高。
根据电动机转子位置检测器测得的转子的正方向转角0位置的信号DA、DB、DC,使分别属于上桥臂与下桥臂的两只开关元件导通,而且仅在下桥臂的开关元件受控于PWM状态时,电动机处于电动状态运转。
根据电动机转轴位置检测器得到的转子反方向转动的信号DA、DB′、DC时,分别属于上桥臂与下桥臂的6只开关元件按周期规律交替导通,在每个周期中每只开关元件轮流导通工作60°电角度,PWM处于脉宽调制状态时,电动机处于发电状态运转。
永磁磁阻同步电动机的控制系统如图2-11所示。
(3)永磁磁阻同步电动机的机械特性永磁磁阻同步电动机在牵引控制中采取矢量控制方法,在额定转速以下恒转矩运转时,使定子电流相位领先一个β角,这样,一方面可以增加电动机的转矩,另一方面因为β角领先产生的弱薄作用,使电动机额定转速点增高,从而增加了电动机在恒转矩运转时的调速范围,如β角继续增加电动机将运行在恒功率状态。永磁磁阻同步电动机可以实现反馈制动。图2-12所示为永磁磁阻同步电动机的机械特性曲线。
