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話題“永磁同步電機(jī)” 汽車人 新啟點(diǎn) 話題從一個(gè)問題開始： 未來感應(yīng)式電機(jī)會(huì)被永磁電機(jī)全部取代嗎？ 電機(jī)技術(shù)的話,，未來感應(yīng)式電機(jī)會(huì)被永磁電機(jī)全部取代嗎,？還是說 會(huì)維持一個(gè)比例，比如說在大巴上,，會(huì)占20-30%的份額,？一個(gè)是價(jià)格，一個(gè)是定位,。感應(yīng)機(jī)價(jià)格雖然便宜,，但是性能和效率沒有永磁機(jī)高。這款車應(yīng)該給那些不差錢的客戶準(zhǔn)備的,，在電機(jī)上省的錢比起電池來說可以忽略,。目前永磁機(jī)在電動(dòng)汽車和混動(dòng)汽車上更加普遍，更何況是在稀土資源不是問題的中國,。
朱玉龍 IND4汽車人 目前來看感應(yīng)電機(jī)相比永磁電機(jī)的優(yōu)勢是成本低,，尤其是高速電機(jī)的應(yīng)用場合更加有優(yōu)勢,。短期內(nèi)二者的使用有交叉，兩萬轉(zhuǎn)以上永磁比較困難了,。但同時(shí)永磁電機(jī)也有少磁化的發(fā)展趨勢,，未來出現(xiàn)一種介于二者之間的電機(jī)也不是不可能
abnorman
forpal 永磁材料比較嬌貴，環(huán)境穩(wěn)定性有問題（溫度,、震動(dòng)）,；至于效率，銅轉(zhuǎn)子的感應(yīng)電機(jī)與永磁同步電機(jī)的比較各執(zhí)一詞,，并無定論,；高速弱磁控制，感應(yīng)電機(jī)先天上更易實(shí)現(xiàn)…… 永磁同步電機(jī) 1 什么是力矩控制,？ 永磁同步電機(jī)在汽車上的應(yīng)用越來越廣泛,，從動(dòng)力驅(qū)動(dòng)到轉(zhuǎn)向剎車的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，都可以見到其蹤影,。今天想談?wù)動(dòng)来磐诫姍C(jī)的控制,。 做控制的人都知道，任何電機(jī)的控制,，無非三種不同的控制目標(biāo)：
但無論是哪種控制目標(biāo),，無非是一個(gè)閉環(huán)還是兩個(gè)閉環(huán)還是三個(gè)閉環(huán)的區(qū)別，力矩控制作為最內(nèi)層的環(huán),，是必不可少的,。今天就來講講什么是力矩控制？ 要控制一個(gè)電機(jī),，首先對被控對象的了解是必須的,。讓我們用下面這張動(dòng)圖來幫助理解永磁同步電機(jī)是怎樣運(yùn)動(dòng)起來的。定子三相上通過互差120度的交變電壓以后,，在定子鐵芯上可以看到產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)的磁場（動(dòng)圖中代表磁場方向的紅綠顏色逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)）,，在這個(gè)旋轉(zhuǎn)的磁場作用下，與轉(zhuǎn)子磁場產(chǎn)生力的作用,，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),。
電機(jī)力矩是如何產(chǎn)生的呢？在前文《電機(jī)的力矩,、轉(zhuǎn)速和功率》,，我們分析過力矩與電樞（定子）電流成正比； 那么電流是如何產(chǎn)生的呢,？我們可以把電機(jī)的每一個(gè)繞組想象成一個(gè)在磁場中旋轉(zhuǎn)的電阻+電感,，如下面的等效電路：
假設(shè)電機(jī)開環(huán)運(yùn)行，當(dāng)給定電機(jī)定子三相一個(gè)互差120度的電壓建立起旋轉(zhuǎn)磁場以后,，如果這個(gè)時(shí)候沒有負(fù)載,，電機(jī)會(huì)飛速的轉(zhuǎn)動(dòng)起來（空載）,，直到反電勢和給定電壓完全相等；此時(shí)定子繞組中的電流為仍然為0,，可以將定子的旋轉(zhuǎn)磁場假想（虛擬/等效）成一個(gè)繞著電機(jī)軸心旋轉(zhuǎn)的磁鐵,，假想出來的這塊磁鐵的南極與轉(zhuǎn)子磁鐵的北極軸線相重合； 當(dāng)轉(zhuǎn)子上有了負(fù)載以后,，根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定理，電機(jī)的轉(zhuǎn)速必然會(huì)有一個(gè)減速的過程,，這就意味著上述等效電路中的反電勢降低,，而在給定電壓不變的情況下，剩下的那些電壓就會(huì)在電阻中產(chǎn)生電流了,。在那這一段減速的過程當(dāng)中還發(fā)生了什么事情呢？因?yàn)楸回?fù)載拖拽了一下,，轉(zhuǎn)子磁鐵的軸心比虛擬出來的定子磁鐵軸心要之后一個(gè)角度了,，這個(gè)角度就是我們所謂的“功角”。 關(guān)于電機(jī)的矢量模型,，互聯(lián)網(wǎng)上可以找到各種各樣的圖,，但這些圖要么太抽象，看了半天不知所云,，沒法和實(shí)物對照起來,；要么不夠全面，一張圖里的內(nèi)容有限,，對實(shí)際工作指導(dǎo)意義不大,。 因此筆者在實(shí)際工作過程中，喜歡把大量相關(guān)的矢量都揉在一起,，見下圖：
最中間的小圓是轉(zhuǎn)子（N極和S極）,，轉(zhuǎn)子外圍有排列互差120度的AX，BY,，CZ三相定子,。 靜止兩相坐標(biāo)軸：α與定子A相重合，β比α超前90度（圖中綠色坐標(biāo)軸） 旋轉(zhuǎn)兩相坐標(biāo)找：d軸與轉(zhuǎn)子的N極重合,，q軸比d軸超前90度（圖中紫色坐標(biāo)軸） X軸：定子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢ψs,，可分解為轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢ψf，id*Lq和Iq*Ld（圖中紅色向量） 電壓矢量：三相全橋的開關(guān)組合可以表示的電壓在空間的表現(xiàn)形式（黃色箭頭） 說一千,，道一萬,，所謂的電機(jī)的力矩控制，就是通過一定的控制算法,，去尋找一些開關(guān)管的組合（圖中黃色部分）來合成一個(gè)給電機(jī)定子的給定電壓（圖中的大紅色箭頭）,，這個(gè)電壓抵消掉反電勢后產(chǎn)生的電流所對應(yīng)的力矩剛好與外部負(fù)載平衡,。 永磁同步電機(jī)的力矩控制發(fā)展至今，從大的方面來說可以分為兩個(gè)流派：
2 優(yōu)勢分析 我國2017年第一批新能源汽車推薦目錄,， 永磁同步電機(jī)占據(jù)優(yōu)勢：2017年1月23日,，工信部發(fā)布《新能源汽車推廣應(yīng)用推薦車型目錄》（第1批），包括物流車36款,、乘用車73款,、客車76款，共計(jì) 185款車型,，其中共有150款車型搭載了永磁同步電機(jī),，占比 81%；搭載交流異步電機(jī)的車型有33款車型,，占比18%,，永磁同步電機(jī)占據(jù)絕對市場優(yōu)勢。
由此可以看出,，大部分車型選擇永磁同步電機(jī),。雖然特斯拉采用的是異步電機(jī)，行業(yè)人士認(rèn)為主要是出于成本因素和實(shí)際平均效率因素考慮,，據(jù)悉,，特斯拉Model 3將會(huì)采用永磁同步電機(jī)?？梢哉f永磁同步電機(jī)在新能源汽車行業(yè)的崛起將會(huì)是大勢所趨,！ 根據(jù)信息采集，目前國外知名的車企,，如寶馬的Active Hybrid與i3,，豐田Pruis IV與Leaf，特斯拉Model 3,，本田Civic Hybrid,，雪佛蘭Volt等都采用永磁同步電機(jī)。 那么,，到底是其中哪些優(yōu)勢成就了永磁同步電機(jī)在新能源汽車行業(yè)的崛起,？筆者認(rèn)為以下兩點(diǎn)是其中的關(guān)鍵。 1,、節(jié)能,、效率高 a、由于永磁同步電機(jī)的磁場是由永磁體產(chǎn)生的,，從而避免通過勵(lì)磁電流來產(chǎn)生磁場而導(dǎo)致的勵(lì)磁損耗（銅耗）,；異步感應(yīng)電機(jī)由于單邊勵(lì)磁，產(chǎn)生單位轉(zhuǎn)矩需要的電流較多，因此能耗較大,。 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。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)的功率留有裕量；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，這樣就導(dǎo)致電機(jī)通常工作在輕載區(qū),。對異步電機(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。 節(jié)能對于新能源汽車意義重大,，一般而言永磁同步電機(jī)比異步電機(jī)節(jié)能20%以上,，這也意味著在不增加電池組容量的情況下，同等車況下,，采用同步電機(jī)的汽車可比采用異步電機(jī)的汽車?yán)m(xù)航里程適當(dāng)增加,。
2、小體積與輕量化 由于異步感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度低于永磁同步電機(jī),，使得小體積,、輕量化難以實(shí)現(xiàn)。而對于新能源汽車,，尤其是混合動(dòng)力汽車,，小體積與輕量化至關(guān)重要。輕量化進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了汽車的節(jié)能進(jìn)而降低能耗、延長續(xù)航里程,。小體積對于混合動(dòng)力汽車至關(guān)重要,，因?yàn)槠涑?qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)外還有燃油驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，體積過大會(huì)大大增加其汽車電路設(shè)計(jì)難度,。 那么永磁同步電機(jī)何以能實(shí)現(xiàn)小體積與輕量化呢,？ ——選自《永磁同步電機(jī)的優(yōu)勢》 3 劣勢分析 永磁同步電機(jī)在新能源汽車行業(yè)的興起似乎成了必然，而在此過程中也暴露出了一些問題,。本文將介紹永磁同步電機(jī)在進(jìn)一步提高性能過程中所要解決的幾個(gè)問題,。
1.成本問題 相對于異步電機(jī)，永磁同步電機(jī)最大的成本增加來自于永磁材料,，或者說稀土永磁材料,，其成本占整臺電機(jī)材料成本近1/4以上。以釹鐵硼材料為例,，特斯拉Model3將會(huì)采用永磁同步電機(jī)的消息成為釹鐵硼板塊的最重要催化因素,，價(jià)格不斷攀升。釹鐵硼行業(yè)開始出現(xiàn)因購買不到原材料而停產(chǎn)的現(xiàn)象,，且下游釹鐵硼的價(jià)格開始快速上漲,。相關(guān)機(jī)構(gòu)認(rèn)為，磁性材料將繼鋰,、鈷之后,，成為新能源汽車第三大重要的上游原材料。 在設(shè)計(jì)時(shí)既需要根據(jù)具體使用場合和要求進(jìn)行性能,、價(jià)格的比較后取舍,，又要進(jìn)行結(jié)構(gòu)工藝的創(chuàng)新和設(shè)計(jì)優(yōu)化，以降低成本,。 2.弱磁調(diào)速問題 隨著電機(jī)調(diào)速控制理論,、電力電子和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展以及永磁材料性能價(jià)格比的不斷提高，永磁同步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速進(jìn)入了深入研究和廣泛應(yīng)用的階段,。與此同時(shí),，對永磁同步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制性能也提出了更高的要求，高性能的永磁同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)除了要有良好的轉(zhuǎn)矩控制性能外,，還應(yīng)具有較寬的調(diào)速范圍,。隨著永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加，電機(jī)定子繞組的反電動(dòng)勢必然升高,，當(dāng)反電動(dòng)勢達(dá)到電機(jī)的額定電壓或是逆變器的直流側(cè)電壓時(shí),，電機(jī)的輸入電流將不能跟蹤控制器的輸出給定電流，電流調(diào)節(jié)器處于飽和狀態(tài),。此時(shí),，要設(shè)法減小永磁同步電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢，即采用弱磁控制以達(dá)到擴(kuò)速的目的。 理論上,，弱磁控制可以實(shí)現(xiàn)永磁同步電動(dòng)機(jī)在低速時(shí)能輸出恒定轉(zhuǎn)矩,，高速時(shí)能輸出恒定功率，有較寬的調(diào)速范圍,。較強(qiáng)的弱磁性能能夠在逆變器容量不變的情況下提高系統(tǒng)性能;或者說在保持系統(tǒng)性能不變的前提下降低電機(jī)的最大功率,，從而降低逆變器的容量。目前,，高倍速下的弱磁調(diào)速依然有很大的進(jìn)步空間,。 3.退磁問題 釹鐵硼永磁材料由于具有較高的最大磁能積、剩磁和矯頑力,，而被廣泛應(yīng)用于永磁電機(jī),。但是，釹鐵硼永磁材料最突出的不足之處是熱穩(wěn)定性差,，其居里溫度一般為310～410℃左右,。下圖為釹鐵硼永磁材料在不同溫度下的退磁曲線。
這種熱穩(wěn)定性缺陷增加了永磁電機(jī)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性,，也降低了電機(jī)運(yùn)行的可靠性,。如果設(shè)計(jì)或使用不當(dāng)，永磁同步電機(jī)在過高(釹鐵硼永磁)或過低(鐵氧體永磁)溫度時(shí),，在沖擊電流產(chǎn)生的電樞反應(yīng)作用下，或在劇烈的機(jī)械振動(dòng)時(shí)有可能產(chǎn)生不可逆退磁,，或叫失磁,，使電機(jī)性能下降，甚至無法使用,。 因此,，既要研究開發(fā)適用于電機(jī)制造廠使用的檢查永磁材料熱穩(wěn)定性的方法和裝置，又要分析各種不同結(jié)構(gòu)型式的抗去磁能力,，以便設(shè)計(jì)和制造時(shí),，采用相應(yīng)措施保證永磁同步電機(jī)不退磁。 4.控制問題 永磁同步電機(jī)不需外界能量 即可維持其磁場,，但這也造成從外部調(diào)節(jié),、控制其磁場極為困難。這個(gè)問題隨著MOSFET,、IGBT等電力電子器件和控制技術(shù)的發(fā)展,，大多數(shù)永磁同步電機(jī)在應(yīng)用中，可以不進(jìn)行磁場控制而只進(jìn)行電樞控制,。設(shè)計(jì)時(shí)需把永磁材料,、電力電子器件和微機(jī)控制三項(xiàng)新技術(shù)結(jié)合起來，使永磁同步電機(jī)在嶄新的工況下運(yùn)行。 此外,，由于永磁同步電機(jī)本身具有一定非線性,、強(qiáng)耦合性和時(shí)變性，同時(shí)以永磁同步電機(jī)作為執(zhí)行元件的永磁交流伺服系統(tǒng),，其伺服對象也存在較強(qiáng)的不確定性和非線性,，加之系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)易受到不同程度的干擾 ，這些原因使得永磁同步電機(jī)的控制難上加難,。 進(jìn)一步優(yōu)化控制策略和控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式是提高永磁同步電機(jī)控制性能的必經(jīng)之路,。 ——選自《淺析永磁同步電機(jī)的性能提升》 4 相關(guān)話題討論 汽車工程師“百萬英雄”征集令 你還在每天守著一場一場的答題賽嗎？ 我就問你賬戶里有攢到一百塊沒有,？ IND4汽車人給你一個(gè) 用技術(shù)成為“百萬英雄”的機(jī)會(huì) 下載【IND4汽車人】App 馬上參與懸賞問題回答 十塊錢的問題答對多少就有一百塊了,？ A. 一題 B. 十題 C. 一百題 馬上開始”百萬工程師“之旅 永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速問題（懸賞10元） 請教各位大神，為何永磁同步電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速比異步的低呢,？ 永磁同步電機(jī)電流PI控制的一些問題 永磁同步電機(jī)電流PI控制,，我在調(diào)試永磁同步電機(jī)電流環(huán)PI控制的時(shí)候，當(dāng)我給定一個(gè)設(shè)定值,，然后修改Kp與Ki的值,，當(dāng)Kp的值 小的時(shí)候，電機(jī)不轉(zhuǎn),，但用手去旋轉(zhuǎn)電機(jī)軸時(shí),，發(fā)現(xiàn)軸很有力，但是當(dāng)將Kp的值改大的時(shí)候,，電機(jī)旋轉(zhuǎn),，但是用一點(diǎn)力就能讓其停止旋轉(zhuǎn)，這是怎么回事,？ |
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