永磁同步電機的矢量控制-現(xiàn)代電力電子技術(shù)課程設(shè)計與報告(編輯修改稿)
2025-02-15 00:16 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 式（)、式()經(jīng)過式（)的Clark變換即可得到PMSM在兩相靜止坐標系下的電壓方程和磁鏈方程，如式（)和式（)所示。電壓方程： ()其中，、為αβ軸電壓，、為軸電流，、為αβ軸磁鏈。磁鏈方程： ()其中，為αβ軸電感，為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的電角速度。 PMSM在兩相旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學模型定義為兩相靜止坐標系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標系的坐標變換（Park即變換），有 ()其逆變換為Park反變換，有 () 將式（）、式（）經(jīng)過式（）的變換即可得到PMSM在兩相旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學模型，如式（）和式（）所示。電壓方程： （）其中，、為dq軸電壓，、為dq軸電流，、軸dq電感，、為dq軸磁鏈。磁鏈方程： （）轉(zhuǎn)矩方程： （）狀態(tài)方程： （）其中，為p微分算子。 可見，PMSM在兩相旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學模型仍為一組非線性微分方程，但這組微分方程相比三相靜止坐標系中的要簡單得多，特別是對于調(diào)速系統(tǒng)至關(guān)重要的轉(zhuǎn)矩方程，從式（)可以看出，由于運轉(zhuǎn)過程中轉(zhuǎn)子磁鏈恒定不變，所以要調(diào)節(jié)的電磁轉(zhuǎn)矩，只需調(diào)節(jié)定子交直軸電流分量（、）即可。 根據(jù)應用場合的不同，可將轉(zhuǎn)子永磁磁鏈定在不同的坐標軸上，現(xiàn)在用得較多的磁場定向控制方式有：氣隙磁鏈定向控制、阻尼磁鏈定向控制、定子磁鏈定向控制、轉(zhuǎn)子磁鏈定向控制。對于以永磁同步電機為執(zhí)行機構(gòu)的運動控制系統(tǒng)而言，主要采用轉(zhuǎn)子磁鏈定向控制方式，該方式特別適用于小容量調(diào)速系統(tǒng)。永磁同步電機的電流控制方法主要有：（1） 控制 的控制，即控制軸電流為0，使得定子電流沒有直軸分量，只有交軸分量。優(yōu)點：此類控制方法的控制性能類似于直流電機，控制簡單，易于數(shù)字實現(xiàn)且能實現(xiàn)輸出轉(zhuǎn)矩隨電流的線性變化關(guān)系，調(diào)速范圍寬。缺點：當電機的負載增加時，定子電流和定子反電勢都隨之增大，這必然使得定子電壓升高，同時定子電壓與電流的夾角增大導致功率因數(shù)的降低，這將要求提高逆變器的容量。 適用場合：小容量調(diào)速系統(tǒng)、高性能的控制場合。（2） 最大轉(zhuǎn)矩電流比控制該控制方式以輸出某一轉(zhuǎn)矩為目標，最優(yōu)配置軸電流，使得輸出目標轉(zhuǎn)矩所需的定子電流最小。優(yōu)點：相同的電流產(chǎn)生最大的轉(zhuǎn)矩，使得系統(tǒng)高效節(jié)能，降低成本。在該方法的基礎(chǔ)上對電機采用弱磁控制還可以改善電機的高速運轉(zhuǎn)性能。缺點：控制算法相對復雜，實現(xiàn)不易，且功率因數(shù)會隨著輸出轉(zhuǎn)矩的增大兒快速下降。適用場合：功率較低的交流調(diào)速系統(tǒng)，對轉(zhuǎn)矩響應即過載能力要求比較高的系統(tǒng)。（3） 控制其中，為定子電壓與電流的夾角，控制是通過控制定子d、q軸電流，保持電機的功率因數(shù)恒為1的一種控制方式。優(yōu)點：功率因數(shù)高，能充分利用變頻器容量。缺點：由于永磁同步電機由轉(zhuǎn)子永磁體勵磁，且永磁體磁鏈幾乎不變，當負載變化時，電樞繞組的總磁鏈不為定值，因此不能實現(xiàn)定子電流隨轉(zhuǎn)矩的線性變化關(guān)系。適用場合：大功率調(diào)速系統(tǒng)（4）恒磁鏈控制恒磁鏈控制是通過合理控制電機的定子電流，使電機氣隙磁鏈和轉(zhuǎn)子永磁磁鏈相等，這種控制方式屬于氣隙磁場定向控制方式。優(yōu)點：該控制方式功率因數(shù)高，在一定程度上電動機的最大輸出轉(zhuǎn)矩得以提高，并且在輸出相同轉(zhuǎn)矩情況下，所需要的逆
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