【正文】 (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)，通過控制sf? 即可控制轉(zhuǎn)矩。 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。第 5章 三相永磁同步電動機(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 三相永磁同步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制 2 第 5 章 三相永磁同步電動機(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 三個磁場 ，一個是永磁體產(chǎn)生的勵磁磁場fψ ，稱為 轉(zhuǎn)子磁場 ，一個是定子電流矢量si 產(chǎn)生的 電樞磁場ssiL ， 另 一個是由兩者合成而得的 定子磁場sψ 。 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，否則會使sfδ 減小。對于面裝式 P MSM ，因有sqdLLL ?? ，式 (5 22 a ) 和式 (5 2 2b )便成為式 (5 5) 的形式。 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。 開關(guān)電壓矢量的選擇原則與三相感應(yīng)電動機(jī) 滯環(huán)控制 時所確定的原則完全相同。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。 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間量級內(nèi)完成。 式 (5 3 7 ) 表明， 在Mu 作用下，由于定子同步電感的存在，Mi 的變化會滯后于Mu 。圖中Ms?ω 為 M 軸磁鏈 )(sMψ?在 T 軸產(chǎn)生的運(yùn)動電動勢。 圖 5 9 定子 DQ 坐標(biāo)中的負(fù)載角增量sf?? 32 32 現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù) 第 5章 三相永磁同步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制 32 在圖 5 9 中，定子磁鏈?zhǔn)噶縮ψ 在靜止 A B C （ DQ ）軸系中的空間相位角為s? 。 將 |sψ | 和s? 以及Di 和Qi 分別 代入式 (5 43 ) 和式 (5 44 ) 便可獲取D re fu和Qrefu 。 39 39 現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù) 第 5章 三相永磁同步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制 39 對于插入式和內(nèi)裝式 P M S M ，因?yàn)榇嬖谕箻O效應(yīng)，應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)矩方程 (3 57)來確定滿足定子電流最小控制時的di 和qi 。 1 f?k ，說明弱磁正好是從轉(zhuǎn)速達(dá)到轉(zhuǎn)折速度rtω 時開始的； 1 f?k ，說明實(shí)際弱磁點(diǎn)是提前開始的。 進(jìn) 而 還可使這個電壓冗余是動態(tài)變化的， 即 根據(jù)轉(zhuǎn)矩指令來修正系數(shù)fk ，例如轉(zhuǎn)矩需要階躍變化時，系數(shù)fk 應(yīng)降得更低。 對于面裝式 P MSM ，采用直接轉(zhuǎn)矩控制時，轉(zhuǎn)矩方程 為 sfsfsesin1???Lpt ? (5 59 ) 圖 5 1 2 面裝式 P M S M 以定子磁場定向矢量圖 45 45 現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù) 第 5章 三相永磁同步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制 45 圖 5 12 中，因?yàn)?MT 軸系沿定子磁場定向，滿足 0T?? 的約束， 故 有 sffTssin ???iL (5 6 0 ) 將 式 (5 6 0 ) 代入式 (5 59 ) ，可得 Tssfsfsesin1ipLpt ???? ?? (5 6 1 ) 式 (5 6 1 ) 即為 面裝式 P M S M 基于定子磁場 定向 的轉(zhuǎn)矩 控制 方程。 47 47 現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù) 第 5章 三相永磁同步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制 47 由圖 5 12 ，可得 sffMssco s ??? ?? iL ( 5 6 4) 由式 (5 64) 和式 (5 62 ) ，可得 Msffsssscos11dtduTT??? ???? ( 5 65) 由式 (5 6 0 ) 和式 (5 63 ) ，可得 Tsffssssin1uTω ?? ??? ( 5 6 6) 由式 (5 66) 和式 (5 59 ) ，可得 )(1Ts2ssseuωRpt ?? ??? (5 67) 48 48 現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù) 第 5章 三相永磁同步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制 48 由 式 (5 6 5 ) ～式 (5 67) 可在定子磁場定向 MT 軸系中構(gòu)成直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)。 50 50 現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù) 第 5章 三相永磁同步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制 50 基于定子磁場定向的 矢量 控制與直接轉(zhuǎn)矩控制相比，重要的區(qū)別還在于前者需要進(jìn)行矢量變換，為 進(jìn)行磁場定向， 需要時刻檢查定子磁鏈?zhǔn)噶縮ψ 的空間相位 。 因?yàn)殡姶呸D(zhuǎn)矩是由于交軸電樞反應(yīng)而生成的，所以無論是基于轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制還是直接轉(zhuǎn)矩控制，對電磁轉(zhuǎn)矩控制的實(shí)質(zhì)皆是對交軸電樞反應(yīng)的控制，只是控制的方式和選擇的控制變量不同而已。 與直接轉(zhuǎn)矩控制相比，這是兩者本質(zhì)上的差別。 圖 5 1 4 逆變器模塊 58 58 現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù) 第 5章 三相永磁同步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制 58 磁鏈和轉(zhuǎn)矩的 估計(jì) 是在兩相靜止軸系 DQ 軸系 內(nèi) 進(jìn)行的，為此需要 進(jìn)行 坐標(biāo)變換把三相電壓和電流變換到 DQ 軸上，具體仿真框圖如圖 5 15 ～ 圖 5 1 8 所示。 匝， ωr*=80rad/ s 。 系統(tǒng) 的定子磁鏈圓形軌跡、 轉(zhuǎn)速 和 轉(zhuǎn)矩 響應(yīng)曲線如圖 5 22 ～圖 5 24所示。磁鏈滯環(huán)比較環(huán)節(jié)為估 計(jì) 定子磁鏈幅值與給定磁鏈幅值進(jìn)行比較，輸出磁鏈控制信號 φ ；轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較環(huán)節(jié)為轉(zhuǎn)矩估算值與轉(zhuǎn)矩給定值進(jìn)行比較，其中轉(zhuǎn)矩給定值為速度PI 調(diào)節(jié)器輸出，比較器輸出比較值 τ ，當(dāng)給定值比實(shí)際值大時狀態(tài)為 1 ，否則狀態(tài)為 0 ， 通過引入變量 λ =2 φ + τ +1 ，并結(jié)合區(qū)間判斷模塊輸出的扇區(qū)號 Sn輸入逆變器模塊。 但是，這種轉(zhuǎn)矩控制是在 dq 軸系內(nèi)完成的，控制變量為 dq 軸系電流di 和qi ，尚需通過矢量變換 ( 坐標(biāo)變換 ) 將 dq 軸系控制變量變換為實(shí)際電動機(jī) A BC 軸系的 控制變量 ， 將等效的他勵直流電動機(jī)還原為實(shí)際的 P MS M 。 其特點(diǎn)和優(yōu)勢是控制 可 在 A B C 軸系 內(nèi) 進(jìn)行，不需要進(jìn)行矢量變換 ( 坐標(biāo)變量 ) ，使控制系統(tǒng)得以簡化， 通過外加電壓矢量 又可使轉(zhuǎn)矩快速變化，因此 提高了系統(tǒng)的快速響應(yīng)能力。 51 51 現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù) 第 5章 三相永磁同步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制 51 直接轉(zhuǎn)矩控制與轉(zhuǎn)子磁場矢量控制 對于面裝式 P MSM ，根據(jù)圖 5 1 ，可將直接轉(zhuǎn)矩控制方程 (5 5) 表示為 qfs