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文档简介
Chapter6
SpaceVectorAnalysisofPermanentMagnetSynchronousMotors车用驱动电机原理与控制基础(第2版)PrincipleandControlFundamentalsofVehicleDriveMotors26.1PMSMRotorStructureandPhysicalModelPlug-inpermanentmagnetsynchronousmotor(PMSM)embedsorencapsulatesthepermanentmagnetswithintherotorcore,enhancingreliabilityandenablinghigheroperatingspeeds.Specifically,duetothefactthatthepermeabilityofthepermanentmagnetmaterialisclosetothatofvacuum,theairgapintheplug-inPMSMwithaninsertedrotorstructureisnon-uniform,resultingina“salientpole”structurefortherotor.Thisgeneratesreluctancetorque,whichcanimprovethetorque-to-currentratioofthePMSMmotor.Withthesametorquerequirements,itreducestheexcitationfluxofthepermanentmagnet,therebyreducingthevolumeofthepermanentmagnet.Thisisbeneficialforweakmagneticfieldoperations,extendingthespeedrange,andreducingcosts.Therefore,theplug-inPMSMispredominantlyusedinautomotivePMSMmotors.Fig.6-1Surfacemountedrotorstructure
Fig.6-2Plug-inrotorstructure36.1.1PhysicalModelofSurfaceMountedPMSMMotorTakingthecounterclockwisedirectionasthepositivedirectionoftherotationalspeedandelectromagnetictorque.
Forasurface-mountedrotorstructure,sincethepermeabilityinsidethepermanentmagnetsisverysmall,closetotheair,thepermanentmagnetsplacedonthesurfaceoftherotorcanbeequivalenttoexcitationwindingsplacedintherotorslots.Itisassumedthatthesinusoidalmagneticfieldproducedbytheexcitationwindingintheairgapisthesameasthesinusoidaldistributionmagneticfieldproducedbythetwopermanentmagnets.a)Structurediagramb)
RotorequivalentexcitationwindingFig.6-3Physicalmodeloftwo-polesurfacemountedPMSM
46.1.2PhysicalModelofPlug-inPMSMMotorFig.6-3Structurediagramandequivalencephysicalmodelandoftwo-poleplug-inPMSMc)Physicalmodel
b)
Rotorequivalentexcitationwindinga)Structurediagram56.1.3EquivalentUnifiedMotorModelofPMSMFig.6-5Equivalentfour-coilunifiedmotormodelofPMSM
66.2StatorFluxLinkageandVoltageEquations6.2.1Statorfluxlinkagevector
76.2.1Statorfluxlinkagevector
86.2.2StatorVoltageEquation
96.2.3DecompositionofVoltageVectorEquationinSynchronousCoordinateSystem
Fig.6-6ThesynchronousrotatingDQcoordinatesystem
106.2.3DecompositionofVoltageVectorEquationinSynchronousCoordinateSystem
11Fig.6-8SteadystatevectordiagramofsurfacemountedPMSM
6.2.3DecompositionofVoltageVectorEquationinSynchronousCoordinateSystem126.3PMSM
TorqueEquation6.3.1TorqueEquation
136.3.1TorqueEquation
14Fig.6-10Characteristiccurvesoftheconstanttorqueonthecurrentphaseplane
6.3.1TorqueEquation156.3.2ConstantTorqueCurveandMTPAFig.6-11ThestatorcurrentvectortrajectoryfortheMTPA
16Fig.6-13CurrentLimitCircleandMTPACurve
Fig.6-12Torque-anglecharacteristicsunderdifferentcurrentamplitudes6.3.2ConstantTorqueCurveandMTPA176.4PrincipleofField-OrientedControlforPMSM6.4.1VoltageLimitEllipseandTurningSpeed
186.4.1VoltageLimitEllipseandTurningSpeedFig.6-14VoltageLimitEllipse
196.4.1VoltageLimitEllipseandTurningSpeed
20
6.4.1VoltageLimitEllipseandTurningSpeed216.4.2FieldWeakeningControl
Fig.6-16Constanttorqueandconstantpoweroperation(externalcharacteristics)curves226.4.2FieldWeakeningControl
236.4.2FieldWeakeningControl
24
6.4.2FieldWeakeningControl25Fig.6-18ConstraintsandprinciplesofPMSMcontrol6.4.2FieldWeakeningControlTheconstanttorquecurve,currentlimitcircle,voltagelimitellipse,MTPA,andMTPVanalyzedabovecanbedisplayedonthecurrentphaseplane.266.4.2FieldWeakeningControl
Fig.6-19FieldWeakeningControlandOptimalControlofStatorCurrentFig.6-16Constanttorqueandconstantpoweroperation(externalcharacteristics)curve276.4.3TheBasicPrincipleofPMSMBrakingFig.6-20PMSMvectordiagramunderfieldorientedcontrola)Driving
286.4.3TheBasicPrincipleofPMSMBrakingb)Regenerationbraking
c)Energyconsumpt
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