相永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制(2)(已修改)
2025-05-26 21:44 本頁(yè)面
【正文】 第 3章 三相永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制 現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù) 2 2 現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù) 第 3章 三相永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制 2 第 3 章 三相永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制 33 .. 11 基基 于于 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 子子 磁磁 場(chǎng)場(chǎng) 定定 向向 矢矢 量量 方方 程程 33 .. 22 基基 于于 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 子子 磁磁 場(chǎng)場(chǎng) 定定 向向 矢矢 量量 控控 制制 及及 控控 制制 系系 統(tǒng)統(tǒng) 33 .. 33 弱弱 磁磁 控控 制制 與與 定定 子子 電電 流流 最最 優(yōu)優(yōu) 控控 制制 33 .. 44 定定 子子 磁磁 場(chǎng)場(chǎng) 定定 向向 矢矢 量量 控控 制制 33 .. 55 諧諧 波波 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 矩矩 及及 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 速速 波波 動(dòng)動(dòng) 33 .. 66 矢矢 量量 控控 制制 系系 統(tǒng)統(tǒng) 仿仿 真真 實(shí)實(shí) 例例 3 3 現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù) 第 3章 三相永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制 3 3 .1 基于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量方程 33 .. 11 .. 11 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 子子 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 及及 物物 理理 模模 型型 33 .. 11 .. 22 面面 裝裝 式式 三三 相相 永永 磁磁 同同 步步 電電 動(dòng)動(dòng) 機(jī)機(jī) 矢矢 量量 方方 程程 33 .. 11 .. 33 插插 入入 式式 三三 相相 永永 磁磁 同同 步步 電電 動(dòng)動(dòng) 機(jī)機(jī) 矢矢 量量 方方 程程 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)及物理模型 永磁同步電動(dòng)機(jī)是由電勵(lì)磁三相同步電動(dòng)機(jī)發(fā)展而來(lái)。它用永磁體代替了電勵(lì)磁系統(tǒng)，從而省去了勵(lì)磁線圈、集電環(huán)和電刷，而定子與電勵(lì)磁 三相 同步電動(dòng)機(jī)基本相同，故稱為永磁同步電動(dòng)機(jī) (Perm an e nt M agn et Sy n chr on o us Mo tor ，P MS M) 。 用于矢量控制的 P M S M ，要求其 永磁勵(lì)磁磁場(chǎng)波形 是正弦的，這也是 P MS M的一個(gè)基本特征。 4 4 現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù) 第 3章 三相永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制 4 PMS M 的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，按永磁體安裝形式分類，有面裝式、插入式和內(nèi)裝式三種，如圖 3 1 、圖 3 2 和圖 3 3 所示。 圖 3 1 面裝式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) 圖 3 2 插入式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) 圖 3 3 內(nèi)裝式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) 對(duì)于每種類型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，永磁體的形狀和轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)永磁材料的類別和設(shè)計(jì)要求的不同，可以有多種的選擇，可采取各式各樣的設(shè)計(jì)方案。 但有一基本原則，即除了考慮成本、制造和可靠運(yùn)行外，應(yīng)盡量產(chǎn)生正弦分布的勵(lì)磁磁場(chǎng)。 5 5 現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù) 第 3章 三相永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制 5 圖 3 4 和 圖 3 5 分別 是二極 面裝式和插入式 P M SM 的 結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)圖。圖中，標(biāo)出了每相繞組電壓和電流的正方向 ，并 取兩 者 正方向一致（電動(dòng)機(jī)原則），電壓和電流可為任意波形 和 任意瞬時(shí)值 ； 將正向電流流經(jīng)一相繞組產(chǎn)生的正弦 波 磁動(dòng)勢(shì)的軸線定義為相繞組的軸線，并將 A 軸作為 A B C 軸系的空間參考坐標(biāo) ，同樣 可以將三相繞組表示為位于 A B C 軸上的線圈 ； 假定相繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正方向與電流的正方向相反( 電動(dòng)機(jī)原則 ) ； 取逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)檗D(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩的正方向，負(fù)載轉(zhuǎn)矩正方向與此相反。 圖 3 4 二極 面裝式 P MS M 結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)圖 圖 3 5 二極插入式 P M S M 結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)圖 6 6 現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù) 第 3章 三相永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制 6 在建立數(shù)學(xué)模型之前，先做如下假設(shè)： ( 1) 忽略定、轉(zhuǎn)子鐵心磁阻，不計(jì)渦流和磁滯損耗； ( 2) 永磁材料的電導(dǎo)率為零，永磁體內(nèi)部的磁導(dǎo)率與空氣相同； ( 3) 轉(zhuǎn)子上沒(méi)有阻尼繞組； ( 4) 永磁體產(chǎn)生的勵(lì)磁磁場(chǎng)和三相繞組產(chǎn)生的電樞 反應(yīng) 磁場(chǎng)在氣隙中均為正弦分 布； ( 5) 相繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形為正弦 波 。 對(duì)于面裝式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)， 由于永磁體內(nèi)部磁導(dǎo)率很小，接近于空氣，可以將置于轉(zhuǎn)子表面的永磁體等效為兩個(gè)空心 勵(lì)磁 線圈，如圖 3 6 a 所示， 假設(shè) 兩個(gè)線圈 在氣隙中 產(chǎn)生的 正弦分布 勵(lì)磁磁場(chǎng)與兩個(gè)永磁體產(chǎn)生的正弦 分布 磁場(chǎng)相同。進(jìn)一步 ，再將兩個(gè) 勵(lì)磁 線圈等效為置于轉(zhuǎn)子 槽 內(nèi)的勵(lì)磁繞組，其有效匝數(shù)為相繞組的2/3倍，通入等效勵(lì)磁電流為fi在氣隙中產(chǎn)生的正弦分布勵(lì)磁磁場(chǎng) 與兩勵(lì)磁線圈 產(chǎn)生的 相同。fmff iLψ ?，mfL為等效勵(lì)磁電感。圖 3 6 b 為等效后的物理模型，圖已將等效勵(lì)磁繞組表示為位于永磁勵(lì)磁磁場(chǎng)軸線上的線圈。 7 7 現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù) 第 3章 三相永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制 7 圖 36 二極面裝式 PMSM物理模型 a) 轉(zhuǎn)子等效勵(lì)磁繞組 b) 物理模型 8 8 現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù) 第 3章 三相永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制 8 如圖 3 6a 所示，由于永磁體內(nèi)部的磁導(dǎo) 率 接近于空氣，因此對(duì)于定子三相繞組產(chǎn)生的電樞 磁動(dòng)勢(shì) 而言，電動(dòng)機(jī)氣隙是均勻的，氣隙長(zhǎng)度為g 。 于是 ，圖 3 6 b 相當(dāng)于 將面裝式 PM SM 等效為 了 一臺(tái) 電勵(lì)磁 三相 隱極同步電動(dòng)機(jī)， 惟 一的差別是 電勵(lì)磁 同步電動(dòng)機(jī)的 轉(zhuǎn)子 勵(lì)磁磁場(chǎng)可以調(diào)節(jié)，而面裝式 P M SM 的 永磁 勵(lì)磁磁場(chǎng)不可調(diào)節(jié)。在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中，若不計(jì)及溫度變化對(duì)永磁體供磁能力的影響，可認(rèn)為f? 是恒定的，即fi 是個(gè)常值。 圖 3 6 b 中，將永磁勵(lì)磁磁場(chǎng)軸線定義為 d 軸， q 軸順著旋轉(zhuǎn)方向超前 d 軸 90 176。 電角度。sf 和si 分別是定子三相繞組產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)矢量和定子電流矢量，產(chǎn)生 )(ssfi 的 等效單軸線圈位于 )(ssfi 軸上 ，其有效匝數(shù)為相繞組的 23 倍 。于是，圖 3 6 b 便 與 圖 1 1 7 具有了相同的形式，即面裝式 PM SM 和三相隱極同步電動(dòng)機(jī)的物理模型 是 相同 的 。 9 9 現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù) 第 3章 三相永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制 9 同理，可將插入式轉(zhuǎn)子的兩個(gè)永磁體等效為兩個(gè)空心 勵(lì)磁 線圈，再將 它們 等效為置于 轉(zhuǎn)子槽內(nèi)的勵(lì)磁繞組， 其 有效匝數(shù)為相繞組有效匝數(shù)的 2/3 倍，等效勵(lì)磁電流為fi ，如圖 3 7 a 所示 。與面裝式 PMS M 不同的是，電動(dòng)機(jī)氣隙不再是均勻的， 此時(shí) 面對(duì)永磁體部分的氣隙長(zhǎng)度增大為 g + h ， h 為永磁體的高度，而面對(duì)轉(zhuǎn)子鐵心部分的氣隙長(zhǎng)度仍為 g ，因此 轉(zhuǎn)子 d 軸方向上的氣隙磁阻要大于 q 軸方向上的氣隙磁阻 ，可將 圖 3 7 a等效為 圖 3 7b 的形式 。 10 10 現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù) 第 3章 三相永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制 10 圖中 當(dāng)o
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