畢業(yè)設(shè)計基于matlab永磁同步電動機(jī)矢量控制系統(tǒng)的仿真研究(編輯修改稿)
2025-01-08 18:01 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 矢量的軸線重合這樣交軸將與合成反電動勢矢量的軸線重合反電動勢的幅值可簡單表示為 圖 d 軸與轉(zhuǎn)子磁鏈方向重合的同步旋轉(zhuǎn)坐 標(biāo)系中電動機(jī)的基本矢量關(guān)系 8 三相正弦激勵電流也可表示為一個瞬時電流矢量它由 d 軸與 q 軸上的標(biāo)量及組成定子供電電壓矢量也用類似的方法表示對直軸和交軸可求得等效電路如圖所示 a電動機(jī)的 d軸等效電路 b電動機(jī)的 q軸等效電路圖 同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中永磁同步電動機(jī) dq 軸等效電路 永磁同步電動機(jī)的損耗和效率 永磁同步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時的損耗包括以下四項 定子繞組電阻損耗 電阻損耗可由下面公式計算 鐵心損耗 永磁同步電動機(jī)的鐵耗不僅與電動機(jī)采用的硅鋼片材料有關(guān)而且隨電動機(jī)的工作溫度負(fù)載大小的改變而改變這是因為電動機(jī)溫度和負(fù)載的變化導(dǎo)致電動機(jī)中永磁體工作點的改變定子齒軛部的磁密也隨之變化從而影響到電機(jī)的鐵耗工作溫度越高負(fù)載越大定子齒軛部的磁密越小電動機(jī)的鐵耗也就越小機(jī)械損耗永磁同步電動機(jī)的機(jī)械損耗與其他電機(jī)一樣與所采用的軸承潤滑劑冷卻風(fēng)扇和電動機(jī)的裝配質(zhì)量有關(guān)其機(jī)械損耗可以根據(jù)實測值或參考其他電機(jī)的機(jī)械損耗的計算方法來計算 雜散損耗 永磁同步電動機(jī)的雜散損耗目前還沒有一個準(zhǔn)確實用的計 算公式一般均根據(jù)實際情況和經(jīng)驗取定隨著負(fù)載的增加電動機(jī)的電流值增大雜散損耗近似與電流的平方成正比當(dāng)電子電流為時電動機(jī)的雜散損耗 W 可用下式近似計算 11 式中 電動機(jī)的額定相電流 A 電動機(jī)輸出額定功率時的雜散損耗 W 永磁同步電動機(jī)的功率流程如圖 a 所示 a 永磁同步電動機(jī) b 異步電動機(jī) 圖 PMSM 與 IM 功率流程圖 永磁同步電動機(jī)一般將極弧系 數(shù)設(shè)計得較大因此在相同的或電壓時相同較小鐵損耗比異步電動機(jī)小 22 永磁同步電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型分析正弦波電流控制的調(diào)速永磁同步電動機(jī)最常用的方法就是 dq 軸數(shù)學(xué)模型它不僅可用于分析正弦波永磁同步電動機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行性能也可用于分析電動機(jī)的瞬態(tài)性能 建立正弦波永磁同步電動機(jī)的 dq 軸數(shù)學(xué)模型首先假設(shè) 電機(jī)的磁路是線性的不計磁路飽和磁滯和渦流的影響 三相繞組是完全對稱的在空間互差 120176。不計邊緣效應(yīng) 忽略齒槽效應(yīng)定子電流在氣隙中只產(chǎn)生正弦分布的磁動勢忽略高次諧波 不計鐵心損耗 當(dāng)永磁同步電動機(jī)的電流為對稱的三相正弦波 電流根據(jù)圖可以得到如下的電壓磁鏈電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī)械運(yùn)動方程 式中各量為瞬態(tài)值 電壓方程 1 磁鏈方程 1 電磁轉(zhuǎn)矩方程 1 機(jī)械運(yùn)動方程 1 式中 電壓 電流 磁鏈 dq 下標(biāo)分別表示頂子的 dq 軸分 量 2d2q 下標(biāo)分別表示轉(zhuǎn)子的 dq 軸分量 定轉(zhuǎn)子的 dq 軸電感 定子繞組的 dq 軸電感 轉(zhuǎn)子繞組的 dq 軸電感 定轉(zhuǎn)子漏電感 永磁體的等效勵磁電流 A 當(dāng)不考慮溫度對永磁體性能的影響時其值為一常數(shù) 永磁體產(chǎn)生的磁鏈可由求取為空載反電動勢其值為每相繞組反電動勢有效值的倍即 轉(zhuǎn)動慣量 包括轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量和負(fù)載機(jī)械折算過來的轉(zhuǎn)動慣量 阻力系數(shù) 負(fù)載轉(zhuǎn)矩 電動機(jī)的 dq 軸系統(tǒng)中各量與三相系統(tǒng)中實際各量間的聯(lián)系 可通過坐標(biāo)變換實現(xiàn)如從電動機(jī)三相實際電流到 dq 坐標(biāo)系的電流采用功率不變約束的坐標(biāo)變換時有 1 式中 電動機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信號即電動機(jī)轉(zhuǎn)子磁極軸線 直軸 與 A 相定子繞組軸線的夾角電角度且有為電動機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置電角度 對三相對稱系統(tǒng)變換后的零軸電流對絕大多數(shù)正弦波調(diào)速永磁同步電動機(jī)來說轉(zhuǎn)子上不存在阻尼繞組因此電動機(jī)的電壓磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩方程可簡化為 1 1 如把上式中的有關(guān)量表示為空間矢量的形式則 1 式中 的共軛復(fù)數(shù)空間關(guān) 圖為正弦波永磁同步電動機(jī)的空間矢量圖 圖 永磁同步電動機(jī)空間矢量關(guān)系圖 從圖中可以看出定子電流空間矢量與定子磁鏈空間矢量同相而定子磁鏈與永磁體產(chǎn)生的氣隙磁場的空間電角度為且 2 將之代入式的電磁轉(zhuǎn)矩公式中則 2 由上式可以看出永磁同步電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩中含有兩個分量第一項是永磁轉(zhuǎn)矩第二項是由轉(zhuǎn)子不對稱所造成的磁阻轉(zhuǎn)矩對凸極永磁同步電動機(jī)一般因此為充分利用轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)不對稱所造成的磁阻轉(zhuǎn)矩應(yīng)使電動機(jī)的直軸電流分量為負(fù)值即大于 90176。 在采用功率不變約束的坐標(biāo)變換后 dq 軸系統(tǒng)中的各量 電壓電流磁鏈 等于 ABC 軸系統(tǒng)中各相量有效值的倍電動機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時電磁轉(zhuǎn)矩可表示為 2 而電壓可表示為 2 相應(yīng)的輸入功率 2 電磁功率 2 近二十多年來電動機(jī)矢量控制直接轉(zhuǎn)矩控制等控制技術(shù)的問世和計算機(jī)人工智能技術(shù)的進(jìn)步使得電動機(jī)的控制理論和實際控制技術(shù)上升到了一個新的高度目前永磁同步電動機(jī)調(diào)速傳動系統(tǒng)仍以采用矢量控制技術(shù)為主 矢量控制實際上是對電動機(jī)定子電流矢量相位 和幅值的控制由式 可以看出當(dāng)永磁體的勵磁磁鏈和直交軸電感確定后電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩便取決于定子電流的空間矢量而的大小和相位又取決于和也就是說控制和便可以控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩一定的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩對應(yīng)于一定的和通過這兩個電流的控制使實際和跟蹤指令值和便實現(xiàn)了電動機(jī)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的控制 由于實際饋入電動機(jī)電樞繞組的電流是三相交流電流和因此三相電流的指令和必須由下面的變換從和得到 2 式中電動機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號由位于電動機(jī)非負(fù)載端軸伸上的速度位置傳感器提供 通過電流控 制環(huán)可以使電動機(jī)實際輸入三相電流和與給定的指令和一致從而實現(xiàn)了對電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制上述電流矢量控制對電動機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)
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