永磁电机、驱动、控制的集成开发
一永磁电机驱动系统
永磁电机的应用主要包括两类，一类用于异步起动的同步电动机，另一类用于运动控制系统和传动。前者主要为了节能的目的，因为永磁同步电动机的效率、功率因素都高于异步电机，其电源是50Hz的三相交流电，但同步电动机不能在高频直接起动，转子上需放置起动绕组。后者则需要调速，需要专用的电源变换装置，俗称变频器或驱动器。小于5kW的永磁电机驱动系统大部分用于伺服控制，即控制系统的转矩、速度、位置、加速度，甚至加速度的变化率，改善应用系统的动态过程。在日本，这类小功率的应用系统被称为机械电子系统，欧美则称为运动控制系统。功率较大的系统即功率从5kW到30kW，一般称为传动系统，因为这类系统主要用来控制系统的速度，位置及加减速不是重要指标。在我国笼统地将运动控制系统和数十千瓦的传动系统称为驱动系统。
用于上述第二类的永磁电机常常称为永磁无刷电机，根据电流或电势波形可分为无刷直流和无刷交流两种。用逆变器和位置传感器代替直流电机的电刷和换向器，并将电枢绕组放到定子上，磁极移到转子上就得到直流无刷电机，转子发热显著改善，传感器采用霍尔（Hall）元
件或光电器件，转子每转60°电角度产生一个位置信号，任一瞬间只有两相绕组导通，即120°通电方式，绕组电流为方波或梯形波，控制软件简单。无刷交流电机也叫永磁同步电机，绕组电流为正弦波，多采用磁场定向控制，又称矢量控制，传感器为相对或绝对编码器，分辨率从每转几百到几千个脉冲。因此，无刷直流电机多用于调速场合，永磁同步电机多用于速度及位置控制等伺服系统。
在30kW以下的调速系统中，永磁电机调速系统和异步电机调速系统相比有以下优点：
（1）节能：由于异步电机的绕组电流包含励磁电流分量，同样功率的电机，永磁电机的效率高于异步电机；
（2）可控性：方波控制的直流无刷电机比电压频率比恒定的开环控制的异步电机速度响应快，永磁同步电机的磁场定向控制比异步电机的磁场定向控制简洁，控制性能较少受电机参数变化的影响；
（3）省材料：永磁电机的功率密度高于异步电机，同样的输出功率，机座号显著减小，节省的硅钢片和漆包线等材料，弥补了永磁电机中
永磁材料的成本。
近年，随着我国产业结构的调整和升级，需要大量电机驱动系统，不论是原来使用异步电机以恒定转速运转的场合，还是已用异步电机调速系统的场合，改用永磁电机驱动系统都有其独特的优势。用于工业缝纫机的550W伺服系统，以及油田螺杆泵1000Nm驱动系统是这类系统的两个典型应用。但工业缝纫机厂和螺杆泵厂只掌握应用工艺，没有能力开发驱动系统。通用的异步电机的制造和设计在国内的电机厂都能完成，而且已经标准化、系列化，永磁电机的设计和制造还处于起步阶段，况且电机厂不具备驱动和控制部分的开发和生产能力。通用变频器不适合特定的永磁电机和应用工艺，变频器生产商不愿意为这部分刚开始研发的用户投入精力。这种局面对异步电机调速系统却好得多，驱动和电机在市场上都能采购到，用户只需开发控制器，在某些场合，控制器就是通用PLC，再写入相应工艺软件。
因此，为加速永磁电机驱动系统的研发和产业化进程，必须采取集成开发的策略。集成开发不等于系统集成，后者是将成熟的各部分通过适当的硬件或软件连接成系统，完成某一特定的工艺。当各部分还不成熟时，就要根据系统目标，综合考量，重点研发，这是集成开发的特点。
在日本和欧美等国，领先的功率电子技术和微控制器技术促进了电机驱动系统的发展，厂家有能力对这3部分进行综合的研究和开发。我国对永磁电机驱动系统的开发和应用还处于起步阶段。如何借鉴国外经验，发挥研发机构、制造厂家、用户各自的优势，加强三者的联系，攻克技术瓶颈，尽快推广这一技术的应用，值得各方面思考和探索。
本文在分析我国研发和推广永磁电机驱动系统面临的现状后，从永磁电机、驱动、控制集成开发的观点，介绍应用于工业缝纫机和油田螺杆泵驱动的永磁电机驱动系统，最后就我国开发永磁电机驱动系统，提出一些关键技术进行探讨。
二工业缝纫机永磁同步伺服系统
我国是服装生产大国，也是缝纫机生产大国，全世界的工业缝纫机绝大部分在我国制造，平缝机是工业缝纫机的主要机种，年产量在300万台以上。到目前为止，85%以上的平缝机的动力仍是利用电磁滑差离合器调速的异步电机，主要存在以下不足：
（1）调速系统效率低；
（2）适应不了新的缝纫功能，如自动剪线、前后回缝、拨线、针位控制等。要克服以上不足，必须去掉电磁滑差离合器，由电机直接带动负载。新的永磁同步伺服系统必须具备速度和位置控制的功能，具体指标和功能如下：
（3）运行范围宽，从200～6000r/min；
（4）速度响应快；
（5）位置精确度±3°以内；
（6）待机状态电磁转距为零，以便操作者自由盘转。
若用常规思路开发满足以上条件的伺服系统，即图1所示的集中控制结构。就是缝纫机厂家先购买伺服电机和驱动器，再自己开发控制部分。如前所述，缝纫机厂暂时还没有能力或不全具备能力开发控制部分，重要的是500W左右的伺服电机和驱动器是进口产品，价格在人民币4000元以上，远远高出国内按集成开发思路生产的系统价格1600元人民币。
图2是按集成开发思想设计的平缝机伺服系统。与图1结构不同是控
制器和驱动器所起的作用。图1中的驱动器仅控制永磁电机，系统的实时控制由控制器完成。图2中的控制器实时任务大大减少，但是增加了驱动器的任务，控制器仅完成显示、键盘、存储、通信等功能，驱动器除了完成永磁电机的磁场定向控制外，还要根据接收的命令和针杆位置，触发相应电磁铁动作，完成剪线、前后回缝、拨线等辅助功能。由于驱动器的控制芯片特别是磁场定向控制中都使用了快速的数字信号处理器（DSP），完成这些辅助功能不影响对永磁电机的控制。但对控制器中微处理器的要求却降低很多，一般的8位单片机即可胜任。
图3（a）是用于平缝机的550W伺服电机，后端盖安装光电编码器，面装式磁钢结构保证电机能以高的功率因数运行，分数槽绕组有效地抑制了齿谐波，减小了振动和噪声。图3（b）是驱动器，功率器件采用功率模块，提高了可靠性，控制芯片为DSP，保证了磁场定向控制的数据处理能力。图3（c）是控制器，又称模式盒，接受操作者的指令并存储，笔记本式的人机界面，操作简洁，感观舒适。经过近年的开发和完善，这类系统在平缝机上已达到每年近30万台的应用规模，在特种缝纫机上也有一定的使用量。
三直驱式螺杆泵驱动系统
油田采油泵一般有3种形式：潜油泵、游梁式抽油机和螺杆泵。螺杆泵采油机适用于含沙、含气、油稠的场合，具有节电、占地少的优点，下泵深度不超过1500m的油井几乎都可使用螺杆泵。螺杆泵采油机已在大庆油田广泛使用，其他油田也在积极推广。但当前使用的传统螺杆泵还存在以下不足：
（1）容易断杆：井下发生异常或地面出口管线阻塞等原因发生时，因无法降速造成泵杆扭断、减速齿轮断裂、电机烧坏；
（2）机械传动部分维护量大；
（3）反转脱扣：近千米长的泵杆，外加扭力致使泵杆圆周方向发生弹性变形，停机时泵杆弹性恢复产生的高速反转造成脱扣；
（4）传动效率仍然偏低：螺杆泵用的异步电机同游梁式抽油机一样，属于大马拉小车性质，功率因数0.4左右，异步电机效率大约75%，考虑皮带和减速齿轮，传动效率不到65%；
（5）螺杆泵的运行速度改变困难：只能改变皮带轮的大小或改接电机绕组。
用直流无刷电机取代异步电机可克服以上众多不足。通过驱动器实现平滑调速，调速范围0～250r/min，额定转矩1000Nm，过载倍数4倍，额定效率达到91%，在1/3负载时效率也能达到88%。电机直接驱动油泵旋转，省掉了皮带和减速齿轮，传动效率显著提高，机械传动部分免维护。控制器设有人机对话界面，采油工可根据井况方便地调节螺杆泵的运行速度。
采用永磁直流无刷电机驱动系统还解决了困扰几十年的螺杆泵停机刹车问题。传统机械式刹车有两种，一是棘轮止反转方法，结构简单，但可靠性差，而且泵杆的弹性储能无法释放。二是反转液压抑制方法，动作虽然可靠，但成本高，结构复杂。永磁直流无刷电机驱动系统可通过电气控制进行刹车。在控制箱内设有能耗电阻和独立的刹车控制器，当停机操作或系统失电时，泵杆弹性释放，拖动电机反转，电机处于发电状态，刹车控制器工作，泵杆速度越快，电磁制动力矩就越大，最终使泵杆回到初始状态，便于下次起动或修井作业。另外，驱动器还能控制和识别负载转矩，判断超载或轻载等异常情况，减少断杆等情况的发生。
直驱式螺杆泵驱动系统中，低速大转矩永磁直流无刷电机是根据螺杆泵负载特性而特殊研制的，驱动器的硬件与同等容量的异步电机驱动器相似，但软件是针对直流无刷电机的控制，刹车控制功能也集成到
驱动器中，所以这些通用变频器是难以做到的。这一应用再次显示了永磁电机、驱动器、控制器集成开发的实际意义。
四关键技术
异步电机的变频调速我国起步晚，异步电机的控制模型和大功率变频器的设计水平落后于国外。永磁电机驱动系统给我们提供了机遇，一是我国的稀土储量很丰富；二是国外对永磁电机驱动系统的研究也不是很普及，应用也不多；三是永磁电机的可控性。要普及永磁电机驱动系统的应用，必须对一些关键技术和共性技术进行攻关，具体为：
（1）控制器：硬件技术最成熟、实现最容易、见效最快。但目前使用较多的是PLC，也为进口产品，价格偏高，不利于形成具有我国自主知识产权的产品。如何用微控制器为核心组成的系统替代PLC，性能和可靠性可与之媲美，价格可大大降低，这是硬件方面要解决的问题。软件除要针对不同应用领域建立简单易学的开发平台外，最好建立一套较为简洁通用的应用语言和算法；
（2）电机：应对电机的结构、制造工艺、材料、电磁设计进行研究，适当时制订相应工业标准。对某些应用在特殊场合如低速大转矩、周期性变化的负载、势能负载、大惯量负载的电机应集中力量研制，这
是市场上短缺的产品；
（3）传感器：是控制系统中的主要元件，电机的磁场定向控制就需要电流和位置传感器，运动控制系统中还需要其他种类的传感器。我国虽能生产相当种类的传感器，但性能还有一定差距，对此应予以充分的重视。对于已有的传感器可以选用或集成，新型传感器则要研制开发；
（4）驱动器：是制约伺服运动系统工业化的瓶颈，主要原因有3部分，一是复杂准确的电机模型难以在传统的单片机上实现，数字信号处理器（DSP）的出现为这个问题的解决迈了一大步，但DSP的普及程度还不够，控制算法目前要解决的实际问题包括无传感器算法、电机的低速运行平稳性、系统的快速响应等。二是功率电子器件的可靠性及系统设计水平低下，智能功率模块（IPM）和专用智能功率模块（ASIPM）的发展，使一般技术人员也能从事小功率电子线路的设计，但对大功率电子线路的设计及可靠性还应进行系统研究。
永磁电机驱动系统的集成开发涉及众多技术，绝非少数人或某一方面的人就能完成，特别在初期，系统结构类似于图2分布式系统，涉及电机、机械、电力电子、控制和应用等方面的技术。实现产业化既要攻克技术难关，又要建立合理机制，激发研发、制造、应用等环节的
积极性。这方面探索尤为迫切和重要。
五结论
永磁电机驱动系统集成开发策略是针对我国目前该领域的现状而提出的，近5年，我们在研发中始终贯穿这一策略，取得了一些成绩，550W 工业缝纫机伺服系统，以及1000Nm直驱式螺杆泵驱动系统，是这一策略的体现。永磁电机驱动系统的不断应用和推广也带给电机行业新的机遇，从永磁电机的设计与加工，到驱动器的开发和制造，再到应用领域的寻找及拓展，各个企业如何参与其中，将给他们带来深刻的变化。
第2章永磁同步电机结构及控制方法 2.1 永磁同步电机概述 永磁同步电动机的运行原理与电励磁同步电动机相同，但它以永磁体提供的磁通替代后的励磁绕组励磁，使电动机结构较为简单，降低了加工和装配费用，且省去了容易出问题的集电环和电刷，提高了电动机运行的可靠性；又因无需励磁电流，省去了励磁损耗，提高了电动机的效率和功率密度。因而它是近年来研究得较多并在各个领域中得到越来越广泛应用的一种电动机。 永磁同步电动机分类方法比较多：按工作主磁场方向的不同，可分为径向磁场式和轴向磁场式；按电枢绕组位置的不同，可分为内转子式(常规式)和外转子式；按转子上有无起绕组，可分为无起动绕组的电动机(用于变频器供电的场合，利用频率的逐步升高而起动，并随着频率的改变而调节转速，常称为调速永磁同步电动机)和有起动绕组的电动机(既可用于调速运行又可在某以频率和电压下利用起动绕组所产生的异步转矩起动，常称为异步起动永磁同步电动机)；按供电电流波形的不同，可分为矩形波永磁同步电动机和正弦波永磁同步电动机(简称永磁同步电动机)。异步起动永磁同步电动机用于频率可调的传动系统时，形成一台具有阻尼(起动)绕组的调速永磁同步电动机。 永磁同步伺服电动机的定子与绕组式同步电动机的定子基本相同。但根据转子结构可分为凸极式和嵌入式两类。凸极式转子是将永磁铁安装在转子轴的表面，如图 2-1(a)。因为永磁材料的磁导率十分接近空气的磁导率，所以在交轴(q 轴)、直轴(d 轴)上的电感基本相同。嵌入式转子则是将永磁铁安装在转子轴的内部，如图 2-1(b)，因此交轴的电感大于直轴的电感。并且，除了电磁转矩外，还有磁阻转矩存在。 为了使永磁同步伺服电动机具有正弦波感应电动势波形，其转子磁钢形状呈抛物线状，其气隙中产生的磁通密度尽量呈正弦分布；定子电枢绕组采用短距分布式绕组，能最大限度地消除谐波磁动势。永磁体转子产生恒定的电磁场。当定子通以三相对称的正弦波交流电时，则产生旋转的磁场。两种磁场相互作用产生电磁力，推动转子旋转。如果能改变定子三相电源的频率和相位，就可以改变转子的转速和位置。
永磁同步电机驱动系统 架线式电机车是煤矿井下和地面原煤运输和辅助运输的重要设备，被煤矿企业广泛应用。由于现有电机车大都采用直流电机驱动，存在维护工作量大、维修费用高、能量损耗大及相关配套人员量大等缺点，致使电机车使用效率低下，使用费用很高。本项目是针对架线式电机车的现状，开发适用以架线式电机车的永磁同步电动机及其控制装置。采用IGBT或IPM实现逆变器主电路，设计优良的IGBT或IPM驱动电路，保证开关器件工作的安全、可靠。选用高性能数字信号处理器为核心，设计专用控制器，实现电机车的传动控制和工艺控制。 本项目研制成功将会给架线式电机车带来全新的变化，大大提高系统的运行效率和控制性能，延长架线式电机车的使用周期，起到节能的效果，也有效减少维修工作量。 1、国内外现状 电机车是煤矿井下和地面广泛应用的运输设备，现在直流电机驱动设备每年使用费用很高。而现有的电机车驱动及其控制技术共有三代五个阶段：第一代技术为串励式直流电动机及其控制：这一代技术又经历了三个阶段，第一个阶段为电阻调速，存在调速性能差（为有极调速）、能耗大、电机易损、机械磨损大，以上问题直接导致维护工作量和维护费用高；第二个阶段为可控硅斩波调速，第三个阶段为IGBT斩波调速，第二和第三阶段相对于第一阶段仅解决了一个无极调速问题，能量损耗相对于第一阶段要小点，但其他问题均没有解决。 第二代技术为三相异步电动机及其控制，主要采用变频技术进行。由于三相异步电动机的效率较低，变频技术在车辆上应用故障高，而且异步电动机起步转矩较低，不符合煤矿电机车运行环境。目前机车应用的异步电动机存在诸多问题，暂不符合大面积推广使用技术条件。 第三代技术为永磁同步电动机及其控制技术，就是现在在做的技术。在同步电动机中用永磁体取代传统的电激磁磁极，简化了结构，消除了转子的滑环、电刷，实现了无刷结构，缩小了转子体积；省去了激磁直流电源，消除了激磁损耗和发热。在交流驱动中，永磁同步电动机具有结构简单、坚固耐用，工作可靠，
270V高压大功率永磁同步电机驱动器设计 摘要：近年来270V高压直流供电体制在各种装备上开始大量应用，本文给出了 一种由TMS320F2812、高精度转子位置速度检测装置及高压MOS管组成的高压 大功率永磁同步电机驱动控制方案，详细描述了系统的硬件组成和软件设计结构。试验结果表明，该系统较好的解决了高压供电带来的干扰问题，具有调速性能良好、效率高、抗干扰能力强等特点，满足型号的使用要求。 关键词：270V高压；永磁同步电机驱动器；抗干扰 0 引言 随着我国对高压直流电源系统的深入研究，新一代装备已开始采用270V高压直流供电系统，这种新型电源体制不但具有传输功率大、传输效率高、供电可靠 性高和电源配电重量轻的特点，而且还将大大减小低压直流供电系统的电器设备 的大电流电弧干扰，提高了武器装备的综合能力[1]。 本文给出了一种由TMS320F2812、高精度转子位置速度检测装置及高压MOS 管组成的大功率PMSM驱动控制方案，详细叙述了系统的硬件组成和软件设计结构。并在此基础上，设计了一套大功率PMSM驱动控制系统，该系统具有调速性 能良好，效率高等特点，满足型号的使用要求。 1 系统总体设计 1.1 永磁同步电机（PMSM）数学模型 永磁同步电机由于具备小体积、高效率及功率密度、调速性能良好等优点得 到了越来越广泛的应用。PMSM的数学模型包括电动机的运动方程，物理方程和 转矩方程，这些方程是永磁同步电机数学模型的基础。控制对象的数学模型能够 准确的反应被控系统的静态和动态特性。为方便分析，先做以下假设[2~4]： 1）磁路不饱和，即电机电感大小不受电流变化影响，不计涡流和磁滞损耗； 2）忽略齿槽、换相过程和电枢反应等的影响； 3）三相绕组完全对称，永久磁钢的磁场沿气隙周围正弦分布； 4）电枢绕组在定子内表面均匀连续分布； 5）驱动开关管和续流二极管为理想元件。 优化设计后的永磁同步电机经过Park变换后，其dq坐标系下的数学模型可 表示为方程式： 式1.1 式1.2 式1.3 式中：、—定子电压dq轴分量；、—定子电流dq轴分量； —定子电阻；—转子极对数； —转子角速度；—定子电感； —电磁转矩；—永磁体产生的磁链，为常数； 从电磁转矩方程可以看出只要能准确地检出转子空间位置（d轴），通过控 制逆变器使三相定子的合成电流在q轴上，那么永磁同步电机的电磁转矩只与定 子电流的幅值成正比，即控制定子电流的幅值，就能很好地控制电磁转矩。 1.2 驱动控制策略 永磁同步电机的控制策略有很多种，如直接转矩控制、转子磁场定向控制等[5~6]，本系统采用转子磁场定向控制，其基本原理是通过坐标变换，在转子磁场 定向的同步坐标系上对电机的磁场电流和转矩电流进行解耦控制，使其具有和传
电机行业专业求职平台 1.步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况 下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。 虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机、交流电机在常规下使用。步进电机必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。 提及此知识，希望能给予正在对电机选型的客户有所帮助。 2.力矩： 电机一旦通电，在定转子间将产生磁场（磁通量Ф）当转子与定子错开一定角度，则产生力 F与（dФ/dθ）成正比 S 其磁通量Ф=Br*S Br为磁密，S为导磁面积 F与L*D*Br成正比 L为铁芯有效长度，D为转子直径 Br=N·I/R N·I为励磁绕阻安匝数（电流乘匝数）R为磁阻。 力矩=力*半径 力矩与电机有效体积*安匝数*磁密成正比（只考虑线性状态） 因此，电机有效体积越大，励磁安匝数越大，定转子间气隙越小，电机力矩越大，反之亦然。 一、混合式步进电机
电机行业专业求职平台1、特点： 混合式（又称感应子式步进电机）与传统的反应式步进电机相比，结构上转子加有永磁体，以提供软磁材料的工作点，而定子激磁只需提供变化的磁场而不必提供磁材料工作点的耗能，因此该电机效率高，电流小，发热低。因永磁体的存在，该电机具有较强的反电势，其自身阻尼作用比较好，使其在运转过程中比较平稳、噪音低、低频振动小。 混合式步进电机某种程度上可以看作是低速同步电机。一个四相电机可以作四相运行，也可以作二相运行。（必须采用双极电压驱动），而反应式电机则不能如此。例如：四相，八相运 行（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）完全可以采用二相八拍运行方式.不难发现其条件为C= A ,D=B . 一个二相电机的内部绕组与四相电机完全一致，小功率电机一般直接接为二相， 而功率大一点的电机，为了方便使用，灵活改变电机的动态特点，往往将其外部接线为八根引线（四相），这样使用时，既可以作四相电机使用，更可以作二相电机绕组串联或并联使用。 2、分类 混合式步进电机可分二相、三相、四相、五相等，我公司混合式步进电机以相数可分为：二相电机、三相电机: TEB20H,TEB28H,TEB35H,TEB39H,TEB42H,TEB57H,TEB86H,TEB110 H,TEC57H,TEC86H,TEC110H,TEC130H. 3、步进电机的静态指标术语 相数：产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数。常用m表示。 拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A. 步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用θ表示。θ=360度（转子齿数J*运行拍数），以常规二、四相，转子齿为50齿电机为例。四拍运行时步距角为θ=360度/（50*4）=1.8度（俗称整步），八拍运行时步距角为θ=360度/（50*8）=0.9度（俗称半 步）。 定位转矩：电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩（由磁场齿形的谐波以及机械误差造成的）
随着技术的不断进步，加上国家政策的大力扶持，新能源汽车已经成为了诸多汽车族的首选。相比传统汽车，新能源汽车具有环保、节能、简单三大优势，以电动机代替燃油机，由电机驱动而非自动变速箱。下面就给大家介绍一下新能源汽车的驱动电机系统。 传统的内燃机能高效产生转矩时的转速限制在一个窄的范围内，这就是为何传统内燃机汽车需要庞大而复杂的变速机构的原因；而电动机可以在相当宽广的速度范围内高效产生转矩，在纯电动车行驶过程中不需要换挡变速装置，操纵方便容易，噪音低。 与混合动力汽车相比，纯电动车使用单一电能源，电控系统大大减少了汽车内部机械传动系统，结构更简化，也降低了机械部件摩擦导致的能量损耗及噪音，节省了汽车内部空间、重量。电机驱动控制系统是新能源汽车车辆行使中的主要执行结构，驱动电机及其控制系统是新能源汽车的核心部件(电池、电机、电控)之一，其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标，它是电动汽车的重要部件。
电动汽车中的燃料电池汽车FCV、混合动力汽车HEV和纯电动汽车EV三大类都要用电动机来驱动车轮行驶，选择合适的电动机是提高各类电动汽车性价比的重要因素，因此研发或完善能同时满足车辆行驶过程中的各项性能要求，并具有坚固耐用、造价低、效能高等特点的电动机驱动方式显得极其重要。 驱动电机系统是新能源车三大核心部件之一。电机驱动控制系统是新能源汽车车辆行使中的主要执行结构，其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标，它是电动汽车的重要部件。电动汽车的整个驱动系统包括电动机驱动系统与其机械传动机构两个部分。电机驱动系统主要由电动机、功率转换器、控制器、各种检测传感器以及电源等部分构成，结构如下图所示。 电动机驱动系统的基本组成框图 电动机一般要求具有电动、发电两项功能，按类型可选用直流、交流、永磁无刷或开关磁阻等几种电动机，如图3。功率转换器按所选电机类型，有DC/DC 功率变换器、DC/AC功率变换器等形式，其作用是按所选电动机驱动电流要求，将蓄电池的直流电转换为相应电压等级的直流、交流或脉冲电源。电机是应用电磁感应原理运行的旋转电磁机械，用于实现电能向机械能的转换。运行时从电系统吸收电功率，向机械系统输出机械功率。电机驱动系统主要由电机、控制器(逆变器)构成，驱动电机和电机控制器所占的成本之比约为1:1，根据设计原理
永磁同步电动机及控制策略综述 点击数：401 王毅兰，徐艳平 西安理工大学自动化学院电气工程系，陕西西安710048 摘要综述了永磁同步电动机的发展，阐释了永磁同步电动机的控制策略，提出了最新进展与研究热点，展望了永磁同步电机的应用前景。 关键字永磁同步电动机；控制策略；综述 Overviews of Permanent Magnet Synchronous Motor and Its Control Strategies WANG Yilan，XU Yanping Xi’an University of Technology，Xi'an Shaanxi 710048 China Abstract The development of permanent magnet synchronous is overviewed，the control strategies of permanent magnet synchronous is introduced，the applied foreground of permanent magnet synchronous is prospected. Keywords permanent magnet synchronous motor(PMSM)；control strategies；overviews
材料技术的发展，特别是稀土永磁材料，磁性复合材料的出现，加之我国拥有—铁—硼)的储量，使得永磁电机活跃在各个工业生产中。永磁同步电机（PM 的电机，具有转子转动惯量小、效率高、功率密度大、可靠性高的优点，因此例如在数控机床等场合，永磁同步电动机正在逐步取代直流电机和感应电机。，明显地减小了体积，减轻了重量，降低了损耗，避免了电机发热，从而提高效果。 MSM 运动控制系统中，它比异步电动机更便于实现磁场定向控制，可以获得特性，使控制系统具有十分优良的动、静态特性。 机的种类和基本结构 ，永磁同步电机分凸装式、嵌入式和内埋式三种基本形式，如图1 所示，前两种阻与交轴磁阻相等，因此交、直轴电感相等，即Ld=Lq，表现为隐极性质；另，因此Ld 目录 一、伺服驱动概述 (1) 二、本产品特性 (2) 三、电路原理图及PCB版图 (4) 四、电路功能模块分析 (4) 五、焊接（附元件清单） (14) 六、编者设计体会 (16) 一．伺服驱动概述 1. 伺服电机的概念 伺服电机是在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，作为一种执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出，是一种补助马达间接变速装置。伺服电机是可以连续旋转的电－机械转换器，直流伺服电机的输出转速与输入电压成正比，并能实现正反向速度控制。 2.伺服电机分类 普通直流伺服电动机 直流伺服电机 { 低惯量直流伺服电动机 直流力矩电动机 3. 控制系统对伺服电动机的基本要求 宽广的调速范围 机械特性和调节特性均为线性 无“自转”现象 快速响应 控制功率小、重量轻、体积小等。 4. 直流伺服电机的基本特性 （1）机械特性在输入的电枢电压Ua保持不变时，电机的转速n随电磁转矩M 变化而变化的规律，称直流电机的机械特性 （2）调节特性直流电机在一定的电磁转矩M（或负载转矩）下电机的稳态转速n随电枢的控制电压Ua变化而变化的规律，被称为直流电机的调节特性 （3）动态特性从原来的稳定状态到新的稳定状态，存在一个过渡过程，这就是直流电机的动态特性 5. 直流伺服电机的驱动原理 伺服主要靠脉冲来定位，基本上可以这样理解，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，因为，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，如此一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位，可以达到0.001mm 直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护方便（换碳刷），产生电磁干扰，对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。无刷直流伺服电机电机体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定。容易实现智能化，其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦波换相。电机免维护不存在碳刷损耗的情况，效率很高，运行温度低噪音小，电磁辐射很小，长寿命，可用于各种环境 永磁同步伺服电机（PMSM）驱动器原理 来源：开关柜无线测温 https://www.doczj.com/doc/b527260.html, 摘要：永磁交流伺服系统以其卓越的性能越来越广泛地应用到机器人、数控等领域，本文对其驱动器的功能实现 做了简单的描述，其中包括整流部分的整流过程、逆 变部分的脉宽调制（PWM）技术的实现、控制单元相应 的算法等三个部分。 关键词： DSP 整流逆变 PWM 矢量控制 1 引言 随着现代电机技术、现代电力电子技术、微电子技术、永磁材料技术、交流可调速技术及控制技术等支撑技术的快速发展，使得永磁交流伺服技术有着长足的发展。永磁交流伺服系统的性能日渐提高，价格趋于合理，使得永磁交流伺服系统取代直流伺服系统尤其是在高精度、高性能要求的伺服驱动领域成了现代电伺服驱动系统的一个发展趋势。永磁交流伺服系统具有以下等优点：（1）电动机无电刷和换向器，工作可靠，维护和保养简单；（2）定子绕组散热快；(3)惯量小，易提高系统的快速性；（4）适应于高速大力矩工作状态；（5）相同功率下，体积和重量较小，广泛的应用于机床、机械设备、搬运机构、印刷设备、装配机器人、加工机械、高速卷绕机、纺织机械等场合，满足了传动领域的发展需求。 永磁交流伺服系统的驱动器经历了模拟式、模式混合式的发展后，目前已经进入了全数字的时代。全数字伺服驱动器不仅克服了模拟式伺服的分散性大、零漂、低可靠性等确定，还充分发挥了数字控制在控制精度上的优势和控制方法的灵活，使伺服驱动器不仅结构简单，而且性能更加的可靠。现在，高性能的伺服系统，大多数采用永磁交流伺服系统其中包括永磁 同步交流伺服电动机和全数字交流永磁同步伺服驱动器两部分。伺服驱动器有两部分组成：驱动器硬件和控制算法。控制算法是决定交流伺服系统性能好坏的关键技术之一，是国外交流伺服技术封锁的主要部分，也是在技术垄断的核心。 2 交流永磁伺服系统的基本结构 交流永磁同步伺服驱动器主要有伺服控制单元、功率驱动单元、通讯接口单元、伺服电动机及相应的反馈检测器件组成，其结构组成如图1所示。其中伺服控制单元包括位置控制器、速度控制器、转矩和电流控制器等等。我们的交流永磁同步驱动器其集先进的控制技术和控制策略为一体，使其非常适用于高精度、高性能要求的伺服驱动领域，还体现了强大的智能化、柔性化是传统的驱动系统所不可比拟的。 目前主流的伺服驱动器均采用数字信号处理器（DSP）作为控制核心，其优点是可以实现比较复杂的控制算法，事项数字化、网络化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模块（IPM）为核心设计的驱动电路,IPM内部集成了驱动电路,同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路,在主回路中还加入软启动电路,以减小启动过程对驱动器的冲击。 图1 交流永磁同步伺服驱动器结构 伺服驱动器大体可以划分为功能比较独立的功率板和控制板两个模块。如图2所示功率板（驱动板）是强电部，分其中包括两个单元，一是功率驱动单元IPM用于电机的驱动，二是开关电源单元为整个系统提供数字和模拟电源。 控制板是弱电部分，是电机的控制核心也是伺服驱动器技术核心控制算法的运行载体。控制板通过相应的算法输出PWM信号， 文献综述 ——永磁同步电机伺服驱动系统 一.前言 自上世纪八十年代以来，随着微电子技术、电力电子技术、传感器技术、电机制造技术以及先进的控制理论等支撑技术的飞速发展，以交流伺服电动机为控制对象的交流伺服系统逐步取代直流伺服系统，在机电一体化、工业自动化、数控机床、大规模集成电路制造、航空航天、雷达和各种军用武器随动系统等方面得到广泛应用。以永磁同步电机作为执行电机的数字交流伺服系统在高精度运动控制和驱动领域得到了越来越广泛的应用。 永磁材料的选择对电机的结构和性能影响很大。目前广泛应用于永磁体主要有铁氧体、稀土钴以及钕铁硼三类永磁材料。其中钕铁硼是近年来出现的一种新型永磁材料，其矫顽力和剩磁密度都高于其他两类永磁材料，且成本比稀土钴低得多，是目前应用最为广泛的永磁材料。永磁材料的发展也对永磁同步电机的应用起着至关重要的作用。 二.正文 1. 交流伺服系统的概念及分类 1.1 概念 伺服来自英文单词Servo，指系统跟随外部指令进行人们所期望的运动，运动要素包括位置、速度和力矩。伺服系统的发展经历了从液压、气动到电气的过程，而电气伺服系统包括伺服电机、反馈装置和控制器。在20世纪60年代，最早是直流电机作为主要执行部件，在70年代以后，交流伺服电机的性价比不断提高，逐渐取代直流电机成为伺服系统的主导执行电机。控制器的功能是完成伺服系统的闭环控制，包括力矩、速度和位置等。 在交流伺服系统中，电动机的类型有永磁同步交流伺服电机（PMSM）和感应异步交流伺服电机（IM），其中，永磁同步电机具备十分优良的低速性能、可以实现弱磁高速控制，调速范围宽广、动态特性和效率都很高，已经成为伺服系统的主流之选。普遍应用的永磁伺服电机有两大类：一类称为无刷直流电机（BLDC），另一类称为三相永磁同步电机（PMSM）。永磁同步电机的特点是用永磁体取代绕线式同步电机转子中的励磁绕组，从而省去了励磁线圈、滑环和电刷，因此具有转子转动惯量小、响应速度快、效率高、功率密度高等优点，在要求高性能的伺服领域得到了广泛的应用。永磁同步电机的定子与绕线式同步电机基本相同，要求输入定子的电流仍然是三相正弦的，所以称为三相永磁同步电机。而异步伺服电机虽然结构坚固、制造简单、价格低廉，但是在特性上和效率上存在差距，只在大功率场合得到重视。 1.2 分类 交流伺服系统根据其处理信号的方式不同，可以分为模拟式伺服、数字模拟混合式伺服和 全数字式伺服。如果按照使用的伺服电动机的种类不同，又可分为两种：一种是用永磁同步 伺服电动机构成的伺服系统；另一种是用鼠笼型异步电动机构成的伺服系统。二者的不同之处 近年来，在我国作为技术的纯的研发与应用取得了突破性发展。这就客观要求行业提升维修水平，升级故障维修手段，利用有效的电子诊断技术提升效率。本文以北汽纯的具体故障作为切入点，通过故障分析及其排除过程，对关键技术进行相应的探究。 一、故障现象 一辆北汽生产的EV 160新能源纯，整车型号为：BJ7000B3D5－BEV，电机型号为：TZ20S02，电池型号为：29/135/220－80Ah，电池工作电压为320V。该车行驶里程为万km，出现无法行驶且仪表报警灯常亮、报警音鸣叫的故障；故障发生时电机有沉闷的“咔、咔”声。 二、系统重要作用及其结构原理 驱动电机系统由驱动电动机（DM）、驱动电机控制器（MCU）构成，通过高低压线束与整车其它系统作电气连接。驱动电机系统是纯三大核心部件之一，是车辆行驶的主要执行机构，其特性决定了车辆的主要性能指标，直接影响车辆动力性、经济性和用户驾乘感受。 1．驱动电机系统工作原理 在驱动电机系统中，驱动电机的输出动作主要是执行控制单元给出的命令，即控制器输出命令。如图1所示，控制器主要是将输入的直流电逆变成电压、频率可调的三相交流电，供给配套的三相交流永磁同步电机使用。 整车控制器（VCU）根据驾驶员意图发出各种指令，电机控制器响应并反馈，实时调整驱动电机输出，以实现整车的怠速、前行、倒车、停车、能量回收以及驻坡等功能。电机控制器另一个重要功能是通信和保护，实时进行状态和故障检测，保护驱动电机系统和整车安全可靠运行。 电机控制器（MCU）由逆变器和控制器两部分组成。驱动电机控制器采用三相两电平电压源型逆变器。逆变器负责将动力电池输送的直流电电能逆变成三相交流电给汽车驱动电机提供电源；控制器接受驱动电机和其它部件的信号反馈到仪表，当发生制动或者加速行为时，它能控制频率的升降，从而达到加速或减速的目的。 电机控制器是依靠内置旋转变压器、温度传感器、电流传感器、电压传感器等来提供电机的工作状态信息，并将驱动电机运行状态信息实时发送给VCU。驱动电机系统的控制中心，又称智能功率模块，以绝缘栅双极型晶体管模块（IGBT）为核心，辅以驱动集成电路、主控集成电路，对所有的输入信号进行处理，并将驱动电机控制系统运行状态的信息通过网络发送给整车控制器，同时也会储存故障码和数据。 2．驱动电机关键部件结构及其工作原理 永磁电机、驱动、控制的集成开发 一永磁电机驱动系统 永磁电机的应用主要包括两类，一类用于异步起动的同步电动机，另一类用于运动控制系统和传动。前者主要为了节能的目的，因为永磁同步电动机的效率、功率因素都高于异步电机，其电源是50Hz的三相交流电，但同步电动机不能在高频直接起动，转子上需放置起动绕组。后者则需要调速，需要专用的电源变换装置，俗称变频器或驱动器。小于5kW的永磁电机驱动系统大部分用于伺服控制，即控制系统的转矩、速度、位置、加速度，甚至加速度的变化率，改善应用系统的动态过程。在日本，这类小功率的应用系统被称为机械电子系统，欧美则称为运动控制系统。功率较大的系统即功率从5kW到30kW，一般称为传动系统，因为这类系统主要用来控制系统的速度，位置及加减速不是重要指标。在我国笼统地将运动控制系统和数十千瓦的传动系统称为驱动系统。 用于上述第二类的永磁电机常常称为永磁无刷电机，根据电流或电势波形可分为无刷直流和无刷交流两种。用逆变器和位置传感器代替直流电机的电刷和换向器，并将电枢绕组放到定子上，磁极移到转子上就得到直流无刷电机，转子发热显著改善，传感器采用霍尔（Hall）元 件或光电器件，转子每转60°电角度产生一个位置信号，任一瞬间只有两相绕组导通，即120°通电方式，绕组电流为方波或梯形波，控制软件简单。无刷交流电机也叫永磁同步电机，绕组电流为正弦波，多采用磁场定向控制，又称矢量控制，传感器为相对或绝对编码器，分辨率从每转几百到几千个脉冲。因此，无刷直流电机多用于调速场合，永磁同步电机多用于速度及位置控制等伺服系统。 在30kW以下的调速系统中，永磁电机调速系统和异步电机调速系统相比有以下优点： （1）节能：由于异步电机的绕组电流包含励磁电流分量，同样功率的电机，永磁电机的效率高于异步电机； （2）可控性：方波控制的直流无刷电机比电压频率比恒定的开环控制的异步电机速度响应快，永磁同步电机的磁场定向控制比异步电机的磁场定向控制简洁，控制性能较少受电机参数变化的影响； （3）省材料：永磁电机的功率密度高于异步电机，同样的输出功率，机座号显著减小，节省的硅钢片和漆包线等材料，弥补了永磁电机中 电机驱动控制系统 摘要 由于单片机具有体积小、集成度高、运算速度快、运行可靠、应用灵活、价格低廉以及面向控制等特点，因此在工业控制、数据采集、智能仪器仪表、智能化设备和各种家用电器等领域得到广泛的应用，而且发展非常迅猛。随着单片机应用技术水平不断提高，目前单片机的应用领域已经遍及几乎所有的领域。 与交流电动机相比，直流电机结构复杂、成本高、运行维护困难，但是直流电机具有良好的调速性能、较大的启动转矩和过载能力强等许多优点，因此在许多行业仍大量应用。近年来，直流电动机的机构和控制方式都发生了很大的变化。随着计算机进入控制领域以及新型的电力电子功率元器件的不断出现，采用全控型的开关功率元件进行脉宽调制（Pulse Width Modulation，简称PWM）已成为直流电机新的调速方式。这种调速方法具有开关频率高、低速运行稳定、动态性能良好、效率高等优点，更重要的是这种控速方式很容易在单片机控制系统中实现，因此具有很好的发展前景。 本设计为单片机控制直流电机，以AT89C51单片机为核心，采用了PWM技术对电机进行控制，通过对占空比的计算达到精确调速的目的。由键盘控制电动机执行启停、速度和方向等各种功能，用红外对管测量电机的实际转速，并通过1602液晶显示出控制效果。设计上，键盘输入采用阵列式输入，用4*4的矩阵键盘形式，这样可以有效的减少对单片机I/O口的占用。 关键词：AT89C51 PWM 电机测速 一、硬件设计 1、总体设计 20 929303456781011121314151617318RFB 91112 10k 23 1918 2122232425262728 1.2.2 1602液晶显示模块 本模块实现了转速等显示功能。 D ：方向；占空比；预设转速；实测速度； 1.2.3键盘模块 根据实验要求，需由按键完成对直流电机的控制功能，并经分 析得出需要16个按键，为节省I/O 口并配合软件设计，此模块使用了4*4的矩阵模式。并通过P1口与主机相连。 1.2.4 PWM 驱动电路模块设计与比较 永磁无刷电机直接驱动螺杆泵系统应用 大庆油田装备制造集团 2007.12.3 目录 一、驱动系统介绍 (1) 二、驱动系统技术指标 (2) 三、驱动系统结构说明 (3) 1．永磁无刷电机……………………………………………………… 3 1.1永磁无刷电机介绍 (3) 1.2永磁无刷电机结构 (4) 1.3 永磁无刷电机换向工作原理 (6) 1.4永磁无刷电机反电动势定义 (6) 1.5永磁无刷电机转矩/转速特性 (7) 1.6永磁无刷电机额定规格及性能参数 (8) 1.7永磁无刷电机与其它类型电机比较 (9) 2．霍尔传感器………………………………………………………… 10 2.1霍尔效应理论 (11) 2.2霍尔位置传感器 (11) 3．永磁无刷电机驱动器……………………………………………… 1 2 3.1驱动器基本构成 (12) 3.2驱动器换向工作原理 (13) 3.3永磁无刷电机的驱动 (13) 3.4驱动器的电磁刹车功能 (16) 3.5驱动器操作功能简介 (16) 一、 驱动系统介绍 螺杆泵做为一种油田人工举升设备，近年来在大庆油田得到广泛应用，其它油田也在积极推广中。螺杆泵属于容积泵，它适用于含砂、含气、油稠的场合，具有节电、占地少的优点，下泵深度不超过1500米的直井几乎都可以使用螺杆泵。 永磁无刷电机（BLDC ）直接驱动螺杆泵系统是永磁无刷电机在石油人工举升设备领域中的应用。系统基本工作原理是：采用专用永磁无刷电机做为螺杆泵地面驱动头，驱动头带有密封装置且直接安装在油井井口上，螺杆泵驱动光杆直接穿过电机的转子空心轴，即电机直接带动光杆一起旋转，举升井液，省掉了异步电机驱动系统的皮带和减速齿轮，电机上部采用机械密封防止井液从光杆连接处渗漏。电机由专用控制器驱动，并可通过该控制器实现对螺杆泵转速的平滑调节及各种保护功能。位置测量传感器安装在定子上，感知转子的位置。其余部分包括在驱动器中。驱动系统示意图如图1所示。 图1．螺杆泵永磁无刷电机驱动系统示意图 380V 电力电子技术 Power Electronics Vol.44，No.3March 2010 第44卷第3期2010年3月 定稿日期：2009-09-04 作者简介：刘小斌（1979－），女，黑龙江讷河人，硕士，研究方 向为电力电子及电力传动。 1引言永磁电机在军事、工农业生产和日常生活中应用普遍，尤其在电力机车的驱动控制系统中应用更为广泛。根据转子磁极所在的不同位置，永磁电机可分为凸极式和隐极式两种[1]。 直接转矩控制（DTC ）把转矩本身作为被控量，直接控制转矩。DTC 用定子磁链作为磁场定向，无需模仿直流电动机的控制，也无需为解耦而简化交流电动机数学模型；省掉了矢量旋转变换等复杂的变换与计算，大大减轻了矢量控制技术中控制性能易受参数变化影响的问题。 以电力机车驱动用永磁同步电机为研究对象，采用DTC 技术，并建立系统数学模型，最后进行了仿真验证。 2直接转矩控制方案 用空间矢量的分析方法，直接在定子坐标系下 控制电机转矩，采用定子磁场定向，借助于离散的两点式调节直接对逆变器开关状态进行最佳控制，以获得转矩的高动态性能。这里根据参考转矩与实际 转矩、参考磁链与实际磁链之间的差异直接选择定子空间电压矢量，达到直接控制转矩的目的。 2.1逆变器及其开关状态 图1示出电压型逆变器，它由3组共6个开关组成，开关之间纵向换相，任意时间有3个桥臂同时导通，共有8种开关组合。规定当A ，B ，C 三相负载的某一相与正极“+”接通时，该相的开关状态为“1”；反之，该相的开关状态为“0”，则8种可能的开关组合如表1所示。 2.2Park 变换 永磁同步电机对应的三相物理量为F a （t ），F b （t ）， F c （t ），其Park 矢量为： F （t ）=23 [F a （t ）+ρF b （t ）+ρ2F c （t ）] （1） 式中：ρ为旋转因子，ρ=e j120°。 电力机车驱动用永磁同步电机DTC 控制系统 刘小斌1，李梦达1，刘国发2，马军弟3 （1.大庆石油学院，黑龙江大庆 163318；2.大庆油田物资集团实业公司，黑龙江大庆 163411； 3.长庆油田公司第二采气厂，陕西榆林 719000） 摘要：系统地建立了电动机车驱动用永磁同步电机的数学模型，并在此基础上深入分析了永磁同步电机直接转矩控制（Direct Torque Control ，简称DTC ）思想。在应用仿真软件构造永磁同步电机、逆变器、电压空间矢量等单元模块的基础上，对理想的永磁同步电机DTC 系统进行了仿真及实验研究，比较了不同给定转速时系统的响应，结果符合永磁同步电机的运行特性，证明了永磁同步电机中应用DTC 的可行性，也为实际伺服系统的设计和调试提供了新思路。关键词：永磁同步电机；直接转矩控制；电压空间矢量中图分类号：TM351 文献标识码：A 文章编号：1000-100X （2010）03-0040-03 DTC Control System of Salient Pole Permanernt Magnetic Synchronous Motor in EV Drive LIU Xiao -bin 1，LI Meng -da 1，LIU Guo -fa 2，MA Jun -di 3 （1．EE Dept.Daqing Petrolem Institute ，Daqing 163318，China ； 2．Industry Corporation of Daqing Oilfield Materials and Equipment Group ，Daqing 163411，China ； 3.No.2Gas Production Plant of Changqing Oil Field Branch ，Yulin 719000，China ） Abstract ：This article sets up the mathematics model of the permanent magnet synchronous motor （PMSM ）systematically used by EV drive ，analysis the direct torect control （DTC ）principle of PMSM.The DTC of PMSM is establishde based on the ideal model of PMSM and the inverter and the module of voltage space vector.The emulation result indicates the feasi -bility that DTC applies to PMSM ，and the simple control structure and good dynamic respond characteristic of this kind of method.It gives a new way to design serve system. Keywords ：permanent magnetic synchronous motor ；direct torque control ；voltage space vector 表1 逆变器开关表1234568S a 0011101S b 1000111S c 1110001 7000零状态 工作状态 开关组 图1电压型逆变器40 7 驱动系统的电气参数 7.1 驱动控制器参数 驱动控制器型号：BP1G-100/366.02C 控制器质量：19 kg 外形尺寸(L×W×H)：363×322×241 mm 工作电压范围：250～420 Vdc 最低输入电压：250 Vdc 冷却方式：水冷 冷却水入口温度：≯55 °C 控制线路输入电压范围： 9～17 Vdc 7.2 主驱动电机参数 电机型号：TYC4-FT300-270-8-C 电动/发电功率：28/20 kW 额定电压：190 VAC 额定转矩：89 Nm 峰值转矩：153 Nm 额定转速：1750 rpm 最高转速：6000 rpm 绝缘等级：H 电机质量：33 kg（不带前端盖） 冷却水入口温度：≯55 °C 7.3 ISG电机参数 电机型号：TYC4-100/125-130-8-C 电动/发电功率：3/7 kW 额定电压：190 VAC 额定转矩：24 Nm 峰值转矩：56 Nm（0－560rpm） 额定转速：3000 rpm 最高转速：9000 rpm 绝缘等级：H 电机质量：14 kg 冷却水入口温度：≯55 °C 8 控制器外形及安装尺寸 9 TYC4-FT300-270-8-C型三相永磁同步电机使用说明书9.1 产品概述 1．产品型号TYC4-FT300-270-8-C，名称：三相永磁同步电动机。2．主要用途 本电机为三相永磁同步电动机，在控制器的控制下，电机能在宽广的速度范围内工作，以满足汽车特殊工况；在电机控制器的控制下，电机还能实现发电，以便给汽车中的电瓶组充电。本电机的防护等级为IP55，能在汽车要求的工况下，作为混合动力轿车的动力驱动。 3．冷却方式，水冷。电机机座为带有循环水道结构，水道的进出口的管接头为标准规格（G3/8″）。 4．主要技术参数 额定功率 28（kW） 额定电压 190（V） 额定电流 190（A） 额定转速 1750（r/min） 最高转速 6000（r/min） 额定频率 116.7（H z） 接法 Y 工作制 S8 防护等级 IP55 绝缘等级 H级 龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/b527260.html, 浅谈纯电动汽车驱动电机及控制系统 作者：菅一凡 来源：《信息技术时代·上旬刊》2019年第01期 摘要：“纯电动汽车”对于今天的人来讲早已不再陌生，它有诸多优势，比如加速性能好、功率大、环保节能等，非常符合时代对于交通方式的变革需求。而驱动电机及控制系统，直接关系到纯电动汽车的性能和质量，纯电动汽车的设计和维护和保养非常重要，因此关于纯电动汽车驱动电机及控制系统是当代研究领域重点讨论的内容。 关键词：纯电动汽车；驱动电机；控制系统 伴随着纯电动汽车开始进入千家万户，其驱动电机及控制系统也日益成为一个热门的课题，我们迫切需要在该领域实现驱动电机及控制系统稳定可靠的运行目标，目前我们通过开展大量的研究，在这方面已经形成了一整套的理论体系，但仍然存在着一些需要进一步完善的地方。未来纯电动汽车的驱动电机及控制系统还会随着科技水平的不断提升，发展前景更加广阔。 一.电机驱动系统概述 驱动电机系统由驱动电机和电机控制器组成。驱动电机是动力系统的重要执行机构，是电能与机械能转化的部件，具备发电机和电动机的双重功能。驱动电机控制器采集电机旋转的位置，以及反馈的电流信号，对IGBT或者MOSFET进行开通与关断控制，形成旋转的交变磁场，从而控制电机按目标转矩和方向进行运转。 二.纯电动汽车驱动电机及控制系统现状分析 （一）纯电动汽车对驱动电机及控制系统的要求 不同于烧汽油或柴油的传统汽车，纯电动汽车是完全以电能为驱动力的。通过驱动电机来推动车辆前进，在控制系统方面也有着一些特殊之处。迄今为止，电动汽车驱动电机及控制系统有多种要素组成而成，它们分别为：电动机、控制器、功率电子装置、传感器等多项内容。其中，驱动电机的主要功能在于将蓄电池中的电能转换成机械能，以及通过对于蓄电池的制动，对于车辆的动能进行反馈。电动汽车对驱动电机及控制系统主要涉及以下几项内容： 第一、驱动电机要求调速范围较宽。电机能在四象限内工作。 第二、驱动电机及控制系统必须以转矩作为控制目标。转矩必须符合迅速且波动较小的要求。 电机驱动控制系统 “安邦信”是中国变频器行业的一块老品牌，在技术上沉淀了二十几年，在产、学、研、市场应用的道路上积累深厚的经验。1992年3月在江苏徐州成立，1998年10月迁址深圳，更名为“深圳市安邦信电子有限公司”是第一批国家电子工业部20家变频器企业之一，专注于变频器的研发、生产和销售，快速为客户提供个性化的解决方案。 “安邦信”是国内少数同时生产高、中、低压变频器的企业，主要服务于装备制造业、节能环保、新能源三大领域，营销网络遍布全国。公司在国产品牌厂商中名列前茅，其中专用变频系列产品在多个细分行业处于业内首创或领先地位。 “安邦信”旗下的电机科技有限公司，具有30年多年专注工业电动机与汽车电机的研发、制造历史。拥有先进自动化生产线和专业检测设备，拥有资深的专业电机设计、工艺，工装设计工程师。 多年来，始终坚持“产品做精、市场做专”的经营方针。投重金搭建研发平台，精诚与多所院校建立研发联盟。获得了各种技术专利100多项，掌握了永磁同步、异步、电流开环、闭环矢量控制与485、CAN、PROFIBUS通讯的技术。完成了40V-1000V电压等级，0.4KW-8700KW功率等级产品供货能力。市场横跨电动汽车、工业控制两大行业领域，在电动汽车领域具有永磁电机、异步电机控制，40V-560V电压等级、1.5KW-250KW功率范围，风冷、水冷、油冷全系列的产品供应。当前生产的电动车电机有高效永磁同步电机，高效铜转子异步电机，高效鼠笼式异步电机三大系列。 “安邦信”制造基地根据公司的研发优势，大量采用自动化生产设备，生产设备及仪器业内领先，空间布局，生产线结构都依据国际标准设计，年产能超过15万台。 规范的流程，先进的设备，敬业的员工是安邦信制造体系的核心竞争力，严谨而人性化的生产管理实现了大规模生产效应。 电机驱动控制系统产品 “安邦信”针对市场的需求研发出电机驱动控制系统产品，形成一套驱控体系，为整车厂提供电机驱控系统解决方案，提高整车效率。其中72V，7.5KW和144V，15KW系列产品，经过市场验证，深受好评获得客户良好认可。 7.5KW和15KW电机驱动控制器系统，电机驱动控制系统具有高峰值转矩、高可靠性、低成本的特点。同时具有高效异步铜转子电机采用双冷技术，同步降低电机定转子温度，电机具有高效、高功率密度、伺服电机驱动控制器
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