【正文】 LωX ? ， Xd和 Xq分別為直軸同步電抗和交軸同步電抗 ；003 Ee ? ，ss3 Uu ? ，0E 和sU 分別為每相 繞組 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和外加電壓有效值。 圖 5 3 插入式和內(nèi)裝式 P M S M 矢量圖 12 12 現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù) 第 5章 三相永磁同步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制 12 圖 5 3 中，定子磁鏈?zhǔn)噶縮ψ 在 dq 軸系中的兩 個(gè)分量d? 和q? 可表示為 ddfdiL?? ?? (5 16) qqqiL?? ( 5 17) 還可以將d? 和q? 表示為 sfsdcos ??? ? (5 18) sfsqs in ??? ? (5 19) 將式 (5 18) 和式 (5 19) 代入式 (5 1 6) 和式 (5 17) ，可得 dfsfsdcosLψi?? ?? ( 5 2 0) qsfsqs inLψi?? (5 21) 13 13 現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù) 第 5章 三相永磁同步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制 13 將式 (5 20) 和式 (5 21) 分別代入式 (5 15) ，可得 ????????sf2sqdsfqsfqde2sin)(21sin1????? LLLLLpt － ( 5 22 a ) 或者 ???????? ???sf2sqdqdsfdsfe2sin2sin ?????LLLLLpt ( 5 2 2b ) 式 (5 22 a ) 和 (5 2 2b ) 表明，若控制s? 為常值，轉(zhuǎn)矩就僅與負(fù)載角sf? 有關(guān)，通過(guò)控制sf? 即可控制轉(zhuǎn)矩。 10 10 現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù) 第 5章 三相永磁同步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制 10 在直接轉(zhuǎn)矩控制中，可以在很短的時(shí)間內(nèi)突加足夠大的 切 向電壓，因此能夠快速改變電磁轉(zhuǎn)矩，提高了控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力。 圖 5 2 定子電壓矢量作用與定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E變化 8 8 現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù) 第 5章 三相永磁同步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制 8 將式 (5 9) 代入式 (5 7) ，可得 snsrssjssjeddsuuψψu(yù) ???? ωt? ( 5 10) 由式 (5 10) ，可有 tuddssrψ? 5 1 1) sssnψωu ? ( 5 12) 可 用 外加電壓su 來(lái)直接控制sψ ，利用其徑向分量sru 控制幅值sψ 的變化，而利用其 切 向分量snu 控制sψ 的轉(zhuǎn)速sω ，如圖 5 2 所示。 電磁轉(zhuǎn)矩還可看成是轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)fψ 與定子磁場(chǎng)相互作用的結(jié)果，即有 sfsfssfse1 )(1ψψψiψ?????LpLLpt ( 5 4) 根據(jù)式 (5 4) ，可進(jìn)行 直接轉(zhuǎn)矩控制 。第 5章 三相永磁同步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制 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 5章 三相永磁同步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制 2 第 5 章 三相永磁同步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制 55 .. 11 控控 制制 原原 理理 與與 控控 制制 方方 式式 55 .. 22 最最 優(yōu)優(yōu) 控控 制制 與與 弱弱 磁磁 控控 制制 55 .. 33 直直 接接 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 矩矩 控控 制制 與與 矢矢 量量 控控 制制 的的 聯(lián)聯(lián) 系系 與與 比比 較較 55 .. 44 直直 接接 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 矩矩 控控 制制 仿仿 真真 舉舉 例例 3 3 現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù) 第 5章 三相永磁同步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制 3 5 .1 控制原理與控制方式 55 .. 11 .. 11 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 矩矩 生生 成成 與與 控控 制制 55 .. 11 .. 22 滯滯 環(huán)環(huán) 比比 較較 控控 制制 與與 控控 制制 系系 統(tǒng)統(tǒng) 55 .. 11 .. 33 磁磁 鏈鏈 和和 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 矩矩 估估 計(jì)計(jì) 55 .. 11 .. 44 電電 機(jī)機(jī) 參參 數(shù)數(shù) 和和 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 速速 影影 響響 55 .. 11 .. 55 預(yù)預(yù) 期期 電電 壓壓 直直 接接 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 矩矩 控控 制制 4 4 現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù) 第 5章 三相永磁同步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制 4 5 .1 .1 轉(zhuǎn)矩生成與控制 1 ． 面裝式 P M S M 如圖 所示，在面裝式 P M SM 中，存在著 三個(gè)磁場(chǎng) ，一個(gè)是永磁體產(chǎn)生的勵(lì)磁磁場(chǎng)fψ ，稱為 轉(zhuǎn)子磁場(chǎng) ，一個(gè)是定子電流矢量si 產(chǎn)生的 電樞磁場(chǎng)ssiL ， 另 一個(gè)是由兩者合成而得的 定子磁場(chǎng)sψ 。 6 6 現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù) 第 5章 三相永磁同步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制 6 將式 (5 4) 表示為 sfsfsesin1???Lpt ? ( 5 5) 式 (5 5) 中，轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶縡ψ 的幅值不變，若能控制定子磁鏈?zhǔn)噶縮ψ 的幅值為常值，電磁轉(zhuǎn)矩就僅與sf? 有關(guān)，sf? 稱負(fù)載角，通過(guò)控制sf? 可以控制電磁轉(zhuǎn)矩，這就是 P MS M 直接轉(zhuǎn) 矩控制基本原理 。 圖 5 2 中，負(fù)載角sfδ 可表示為 tωωδ )d (rssf ??? ( 5 13) 式 (5 1 3) 表明，若控制rsωω ? ，可使sfδ 增大，否則會(huì)使sfδ 減小。 由上述分析可以看出，就直接轉(zhuǎn)矩控制的原理和方式而言， P M SM與三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)并沒(méi)有什么不同。對(duì)于面裝式 P MSM ，因有sqdLLL ?? ，式 (5 22 a ) 和式 (5 2 2b )便成為式 (5 5) 的形式。 于是，可將 式 (5 2 2a ) 或 式 (5 2 2b ) 表示為 sfqd2sssfds0se2sin112sin ?????????????XXUωmpXUEωmpt ( 5 2 4 ) 式中， m 為相數(shù)， 3?m 。 空間電角度，若忽略定子電阻壓降矢量ssiR ，則定子電壓矢量su 超前sψ 90 176。 由式 (5 2 3 ) 和式 (5 2 4 ) ，可得 sfqd2ssfds0e2s i n112s i n ?????????????XXUmXUEmP ( 5 25) 此式與電機(jī)學(xué)中電勵(lì)磁三相凸極同步電動(dòng)機(jī)的電磁功率表達(dá)式相同，只是對(duì)于 P M SM 而言，qdXX ? ，與電勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)相反。 開(kāi)關(guān)電壓矢量的選擇原則與三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 滯環(huán)控制 時(shí)所確定的原則完全相同。 18 18 現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù) 第 5章 三相永磁同步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制 18 表 5 1 開(kāi)關(guān)電壓矢量選擇表 ?? Δ t ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 1 us2 us3 us4 us5 us6 us1 1 1 us6 us1 us2 us3 us4 us5 1 us3 us4 us5 us6 us1 us2 1 1 us5 us6 us1 us2 us3 us4 表 5 1 中， ?? 和 t? 值分別由磁鏈和轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器給出， 1?? ? 和1?? t 表示應(yīng)使sψ 和et 增加， 1??? ? 和 1??? t 表示應(yīng)使sψ 和et 減小，這種滯環(huán)比較控制方式與三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制中采用的基本相同，只是這里沒(méi)有采用零開(kāi)關(guān)電壓矢量 us7和 us8。電磁轉(zhuǎn)矩的估計(jì)在很大程度上取決于定子磁鏈估計(jì)的準(zhǔn)確性，因此首先要保證定子磁鏈估計(jì)的準(zhǔn)確性。 此外，估計(jì)是否準(zhǔn)確，還取決于電動(dòng)機(jī)參數(shù) Ld、 Lq和f? 是否與實(shí)際值相一致，必要時(shí)需要對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行在線測(cè)量或辨識(shí)。 圖 5 6 由電流模型估計(jì)定子磁鏈 24 24 現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù) 第 5章 三相永磁同步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制 24 實(shí)際上， 在 轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈的滯環(huán)比較控制 中 ，控制周期很短，這要求定子磁鏈的估計(jì)至少要在與之相同的時(shí)間量級(jí)內(nèi)完成。 25 25 現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù) 第 5章 三相永磁同步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制 25 3 ．電磁轉(zhuǎn)矩估計(jì) 可利用式 (4 49) 估計(jì)轉(zhuǎn)矩，即有 )(DDeiψiψpt ?? ( 5 31) 式中，Dψ 和Qψ 為估計(jì)值，Di 和Qi 為實(shí)測(cè)值。 式 (5 3 7 ) 表明， 在Mu 作用下，由于定子同步電感的存在，Mi 的變化會(huì)滯后于Mu 。 由于同步電感sL 的影響，勵(lì)磁電流Mi 無(wú)論是增加還是減小都不會(huì)即刻跟蹤外加電壓Mu 的變化，這會(huì)影響磁鏈控制的快速性。圖中Ms?ω 為 M 軸磁鏈 )(sMψ?在 T 軸產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)電動(dòng)勢(shì)。 圖 5 8 T 軸電壓方程