【文章內(nèi)容簡介】 特性是指電動機在保持額度電壓和額定頻率不變的情況下，電動機的轉速、電磁轉矩、定子電流、效率和功率因數(shù)隨輸出功率變化的特性。一般通過負載試驗來測取。圖是異步電動機的工作特性。 第 35 頁 ? 異步電動機的機械特性分為自然機械特性和人為機械特性。 ? 在電源電壓和電源頻率恒定且定、轉子回路不接入任何附加設備時的機械特性稱為自然機械特性， 第 36 頁 ? 電源電壓、電源頻率、電動機極對數(shù)、定子或轉子回路接入其它附屬設備，其中任意一項改變得到的機械特性稱為人為機械特性。 ? 由于電源頻率不變，所以同步轉速點不變，電磁轉矩與電源電壓的平方成比例變化，但各條曲線的最大轉矩點對應的轉差率基本保持不變。 第 37 頁 異步電動機的控制 ? 目前對異步電動機的調(diào)速控制主要有恒壓頻比開環(huán)控制、轉差控制、矢量控制以及直接轉矩控制等。 ? 恒壓頻比開環(huán)控制實際上只控制了電動機磁通而沒有控制電動機的轉矩，采用這樣的控制系統(tǒng)對異步電動機來講根本談不上控制性能，通常只用于對調(diào)速性能要求一般的通用變頻器上。 ? 轉差控制是根據(jù)異步電動機電磁轉矩和轉差頻率的關系來直接控制電動機的轉矩的，可以在一定的轉差頻率范圍內(nèi)、一定程度上通過調(diào)節(jié)轉差來控制電動機的電磁轉矩，從而改善調(diào)速系統(tǒng)的控制性能，但其控制理論是建立在異步電動機的穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型基礎上的，它適合于電動機轉速變化緩慢或者對動態(tài)性能要求不高的場合。 第 38 頁 異步電動機的控制 ? 1．異步電動機的矢量控制 ? 矢量控制理論采用矢量分析的方法來分析交流電動機內(nèi)部的電磁過程，是建立在交流電動機的動態(tài)數(shù)學模型基礎上的控制方法。它模仿對直流電動機的控制技術，將交流電動機的定子電流解耦成互相獨立的產(chǎn)生磁鏈的分量和產(chǎn)生轉矩的分量。分別控制這兩個分量就可以實現(xiàn)對交流電動機的磁鏈控制和轉矩控制的完全解耦，從而達到理想的動態(tài)性能。 ? (1) 異步電動機矢量控制方式的選擇。異步電動機矢量控制是基于磁場定向的方法，其調(diào)速控制系統(tǒng)的方式比較復雜，常用的控制策略有以下 4種。轉子磁場定向矢量控制原理；轉差率矢量控制原理；氣隙磁場定向矢量控制原理；定子磁場定向矢量控制原理。 第 39 頁 異步電動機的控制 ? (2) 異步電動機矢量控制的特點 。 矢量控制變頻器可以分別對異步電動機的磁通和轉矩電流進行檢測和控制 ， 自動改變電壓和頻率 ， 使指令值和檢測實際值達到一致 ， 從而實現(xiàn)了變頻調(diào)速 ， 大大提高了電動機控制靜態(tài)精度和動態(tài)品質 。 轉速精度約等于 %， 轉速響應也較快 。 采用矢量變頻器異步電動機變頻調(diào)速是可以達到控制結構簡單 ， 可靠性高的效果 。 其主要表現(xiàn)在：可以從零轉速起進行速度控制 ， 因此調(diào)速范圍很寬廣；可以對轉矩實行較為精確控制；系統(tǒng)的動態(tài)響應速度很快；電動機的加速度特性很好 。 第 40 頁 異步電動機的控制 ? 2. 異步電動機直接轉矩控制 ? 直接轉矩控制是將電動機輸出轉矩作為直接控制對象，通過控制定子磁場向量控制電動機轉速。它不需要復雜的坐標變換，也不需要依賴轉子數(shù)學模型，只是通過控制 PWM型逆變器的導通和切換方式，控制電動機的瞬時輸入電壓，改變磁鏈的旋轉速度來控制瞬時轉矩，使系統(tǒng)性能對轉子參數(shù)呈現(xiàn)魯棒性。并且這種方法被推廣到弱磁調(diào)速范圍。逆變器的PWM采用電壓空間向量控制方式，性能優(yōu)越。但同時不可避免地產(chǎn)生轉矩脈動，調(diào)速性能降低的問題。該方法對逆變器開關頻率提高的限制較大，定子電阻對電動機低速性能也有較大影響，如在低速區(qū)，定子電阻變化引起的定子電流和磁鏈的畸變，以及轉矩脈動、死區(qū)效應和開關頻率等問題。 第 41 頁 異步電動機的控制 ? (1)異步電動機直接轉矩控制系統(tǒng)的結構與原理。它主要包括磁鏈調(diào)節(jié)器、轉矩調(diào)節(jié)器、磁鏈和轉矩觀測器、轉速調(diào)節(jié)器等。其中磁鏈觀測器對磁鏈的觀測是否準確對整個控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性有著舉足輕重的作用，而開關策略和磁鏈、轉矩調(diào)節(jié)是先進控制算法的核心部分。 第 42 頁 異步電動機的控制 ? (2) 直接轉矩控制的特點 ? ① 直接轉矩控制所需要的信號處理工作特別簡單，所用的控制信號使觀察者對于交流電動機的物理過程能夠做出直接和明確的判斷。 ? ②直接轉矩控制大大減少了矢量控制技術中控制性能易受參數(shù)變化影響的問題。 ? ③直接轉矩控制并非極力獲得理想的正弦波波形，也不專門強調(diào)磁鏈完全理想圓形軌跡。相反，從控制轉矩的角度出發(fā)，它強調(diào)的是轉矩的直接控制效果，因而它采用離散的電壓狀態(tài)和六邊形磁鏈軌跡或近似圓形磁鏈軌跡的概念。 ? ④直接轉矩控制技術對轉矩實行直接控制。它的控制效果不取決于電動機的數(shù)學模型是否能夠簡化，而是取決于轉矩的實際狀況，它的控制既直接又簡化。 第 43 頁 永磁同步電動機 ? 永磁同步電動機的結構與特點 ? 永磁同步電動機的工作原理與運行特性 ? 永磁同步電動機的控制 第 44 頁 永磁同步電動機的結構與特點 ? 永磁同步電動機分為正弦波驅動電流的永磁同步電動機和方波驅動電流的永磁同步電動機。這里介紹的主要是三相正弦波驅動的永磁同步電動機。 ? 永磁同步電動機的結構示意圖如圖所示，和傳統(tǒng)電動機一樣，主要由定子和轉子兩大部分構成。 第 45 頁 永磁同步電動機的結構與特點 ? 按照永磁體在轉子上位置的不同，永磁同步電動機的磁極結構可分為表面式和內(nèi)置式二種。 ? (1) 表面式轉子磁路結構。表面式轉子磁路結構中，永磁體通常呈瓦片形，并位于轉子鐵心的外表面上，永磁體提供磁通的方向為徑向。表面式結構又分為凸出式和嵌入式兩種，如圖所示。 第 46 頁 永磁同步電動機的結構與特點 ? (2) 內(nèi)置式轉子磁路結構。按永磁體磁化方向與轉子旋轉方向的相互關系，內(nèi)置式轉子結構又可分為徑向式、切向式和混合式三種。 第 47 頁 永磁同步電動機的結構與特點 ? 永磁同步電動機與其它電動機相比，具有以下優(yōu)點： ? (1) 用永磁體取代繞線式同步電動機轉子中的勵磁繞組，從而省去了勵磁線圈、滑環(huán)和電刷，以電子換向實現(xiàn)無刷運行，結構簡單，運行可靠； ? (2) 永磁同步電動機的轉速與電源頻率間始終保持準確的同步關系，控制電源頻率就能控制電動機的轉速； ? (3) 永磁同步電動機具有較硬的機械特性，對于因負載的變化而引起的電動機轉矩的擾動具有較強的承受能力，瞬間最大轉矩可以達到額定轉矩的三倍以上，適合在負載轉矩變化較大的工況下運行； 第 48 頁 永磁同步電動機的結構與特點 ? (4) 永磁電動機轉子為永久磁鐵無需勵磁，因此電動機可以在很低的轉速下保持同步運行，調(diào)速范圍寬； ? (5) 永磁同步電動機與異步電動機相比，不需要無功勵磁電流，因而功率因數(shù)高，定子電流和定子銅耗小，效率高； ? (6) 體積小、重量輕。近些年來隨著高性能永磁材料的不斷應用，永磁同步電動機的功率密度得到很大提高，比起同容量的異步電動機來，體積和重量都有較大的減少，使其適合應用在許多特殊場合； ? (7) 結構多樣化，應用范圍廣。 第 49 頁 永磁同步電動機的結構與特點 ? 永磁同步電動機還存在以下缺點： ? (1) 由于永磁同步電動機轉子為永磁體，無法調(diào)節(jié)，必須通過加定子直軸去磁電流分量來削弱磁場，這會增大定子的電流，增加電動機的銅耗； ? (2) 永磁電動機的磁鋼價格較高。 ? 由此可見，永磁電動機體積小，重量輕，轉動慣量小，功率密度高 (可達 1kW/kg)，適合電動汽車空間有限的特點；另外，轉矩慣量比大，過載能力強，尤其低轉速時輸出轉矩大，適合電動汽車的起動加速。因此，永磁電動機得到國內(nèi)外電動汽車界的廣泛重視，并已在日本得到了普遍應用，日本新研制的電動汽車大都采用永磁電動機驅動。比較典型的是在豐田 Prius混聯(lián)式混合動力轎車上的應用。 第 50 頁 ? 1．電樞反應 ? 永磁同步電動機帶負載時，氣隙磁場是永磁體磁動勢和電樞磁動勢共同建立的。電樞磁動勢對氣隙磁場有影響，電樞磁動勢的基波對氣隙磁場