【導(dǎo)讀】據(jù)我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文（設(shè)計(jì)）不包含其他個(gè)。人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果。對(duì)本論文（設(shè)計(jì)）的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集。體，均已在文中作了明確說(shuō)明并表示謝意。計(jì)）的電子版和紙質(zhì)版。有權(quán)將論文（設(shè)計(jì)）用于非贏利目的的少量。復(fù)制并允許論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)入學(xué)校圖書(shū)館被查閱。保密的論文（設(shè)計(jì)）在解密后適用本規(guī)。文科類(lèi)論文正文字?jǐn)?shù)不少于萬(wàn)字。合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。機(jī)，目前已得到了廣泛的應(yīng)用。為了實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的PMSM控制系統(tǒng)，不少學(xué)者將先。進(jìn)的控制理論應(yīng)用于交流伺服系統(tǒng)，并取得了很好的控制效果。一樣，都是永磁同電動(dòng)機(jī)最具實(shí)用價(jià)值的特征指標(biāo)。無(wú)論是異步起動(dòng)的永磁電動(dòng)。機(jī)，還是調(diào)速永磁電動(dòng)機(jī)，設(shè)計(jì)時(shí)都力求提高其功率因數(shù)。永磁同步電動(dòng)機(jī)擁有比異步電動(dòng)機(jī)高很多的力能指標(biāo)。的功率因數(shù)進(jìn)行的詳細(xì)分析，并且提出了功率因數(shù)控制策略。

　　

【正文】 6(b) 轉(zhuǎn)速 （橫坐標(biāo)：時(shí)間 s，縱坐標(biāo)：電流 A） 圖 46(c) A 相電流 永磁同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)的仿真分析 轉(zhuǎn)矩電流最大比控制模型 19 （橫坐標(biāo)：時(shí)間 s，縱坐標(biāo)：電壓 V） 圖 46(d) A 相電壓 （橫坐標(biāo)：時(shí)間 s，縱坐標(biāo)：電流 A） 圖 46(e) 直軸和交軸電流 在帶 10N? m負(fù)載的情況下穩(wěn)定運(yùn)行，仿真分析電機(jī)功率因數(shù)角度如下圖47 所示。電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行后，電機(jī)的功率因數(shù)角度為 ? ?？梢?jiàn)在負(fù)載增大的過(guò)程中，對(duì)應(yīng)于內(nèi)功率因數(shù)角的 γ值增大，電機(jī)輸出功率增大。電機(jī)的功率因數(shù)角度有所增大。 (橫坐標(biāo)：時(shí)間 s，縱坐標(biāo)：角度 度 ) 圖 47 負(fù)載為 10N? m時(shí)功率因數(shù)波形 在給定電機(jī)轉(zhuǎn)速為 3000rpm時(shí)，電機(jī)負(fù)載在 時(shí)由 5N m? 升高到 10N? m 時(shí)，控制系統(tǒng)的仿真波形如圖 48 所示。 20 (橫坐標(biāo)：時(shí)間 s，縱坐標(biāo)：轉(zhuǎn)矩 N? m） 圖 48(a) 電磁轉(zhuǎn)矩 橫坐標(biāo)：時(shí)間 s，縱坐標(biāo)：轉(zhuǎn)速 rpm） 圖 48(b) 轉(zhuǎn)速 （橫坐標(biāo)：時(shí)間 s，縱坐標(biāo)：電流 A） 圖 48(c) A 相電流 （橫坐標(biāo)：時(shí)間 s，縱坐標(biāo)：電壓 V） 圖 48(d) A 相電壓 永磁同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)的仿真分析 轉(zhuǎn)矩電流最大比控制模型 21 （橫坐標(biāo)：時(shí)間 s，縱坐標(biāo)：電流 A） 圖 48(e) 直軸和交軸電流 (橫坐標(biāo)：時(shí)間 s，縱坐標(biāo)：角度 度） 圖 48(f) 3000rpm時(shí)功率因數(shù)仿真分析 在 3000rpm 時(shí)，電源頻率為 100Hz。當(dāng)負(fù)載增大瞬間，電機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)有所下降，閉環(huán)控制的作用就是使電磁轉(zhuǎn)矩迅速跟蹤負(fù)載轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)能夠穩(wěn)定在給定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。在負(fù)載變化過(guò)程中，電機(jī)參數(shù)的變 化情況是這樣的，交軸電流由 增大到 ，直軸電流由 減小到 ，功率因數(shù)角度由 ? 到 ? 。在電機(jī)運(yùn)行在 3000rpm 時(shí)的功率因數(shù)明顯比矢量控制系統(tǒng)中要高很多。 低轉(zhuǎn)速下的仿真實(shí)現(xiàn)與功率因數(shù)分析 當(dāng)給定電機(jī)轉(zhuǎn)速為 750rpm時(shí)， 控制系統(tǒng)的仿真波形如圖 49 所示。 （橫坐標(biāo)：時(shí)間 s，縱坐標(biāo)：轉(zhuǎn)矩 mN? ） 圖 49(a) 電磁轉(zhuǎn)矩 22 （橫坐標(biāo)：時(shí)間 s，縱坐標(biāo)：轉(zhuǎn)速 rpm） 圖 49(b) 轉(zhuǎn)速 （橫坐標(biāo)：時(shí)間 s，縱坐標(biāo)：電流 A） 圖 49(c) 定子電流 （橫坐標(biāo)：時(shí)間 s，縱坐標(biāo)：電壓 V） 圖 49(d) A 相電壓 （橫坐標(biāo)：時(shí)間 s，縱坐標(biāo)：電流 A） 圖 49(e) 直軸與交軸電流 永磁同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)的仿真分析 轉(zhuǎn)矩電流最大比控制模型 23 (橫坐標(biāo)：時(shí)間 s，縱坐標(biāo)：角度 度） 圖 49(f) 功率因數(shù)角 直軸電流 由 變?yōu)?，交軸電流由 變?yōu)?，仿真得到的功率因數(shù)角度由 ? 變?yōu)?? 。這樣電機(jī)功率因數(shù)降低，要求逆變器的輸出電壓增大。調(diào)速系統(tǒng)必須保證電機(jī)所需電源在逆變器能夠輸出的最大容量范圍內(nèi)。此種控制系統(tǒng)中，電機(jī)的功率因數(shù)都比同種運(yùn)行條件下矢量控制系統(tǒng)中電機(jī)的功率因數(shù)要高得多，這一點(diǎn)上，它是優(yōu)于傳統(tǒng)的矢量控制的。 24 5 功率因數(shù)的仿真分析 功率因數(shù)的控制原理 功率因數(shù)是電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的重要 參數(shù)，在額定工作情況下運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)一般都在 以上（ 10KW 以下的低速電機(jī)稍低）。永磁同步電動(dòng)機(jī)由于沒(méi)有勵(lì)磁繞組和勵(lì)磁裝置，不消耗勵(lì)磁功率，對(duì)磁極設(shè)在轉(zhuǎn)子的電機(jī)還可以省去滑環(huán)和電刷。與電勵(lì)磁電機(jī)相比，永磁同步電動(dòng)機(jī)具有損耗小、效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高等突出優(yōu)點(diǎn)，因此獲得廣泛的應(yīng)用。永磁同步電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)矩電流最大比控制中，在負(fù)載增大時(shí)功率因數(shù)要降低 [18]，因此我們利用永磁同步電動(dòng)機(jī)在 dq 坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型，建立永磁同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)控制的仿真模型。調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流可以調(diào)節(jié)電勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)的功率因 數(shù)，但是永磁同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁是不可調(diào)節(jié)的，不能采用電勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)的控制方法，因此通過(guò)控制定子電流來(lái)實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)控制的方法。 功率因數(shù)控制原理如圖 51 所示。 功率因數(shù)的仿真分析 給定功率因數(shù)角為 0 的仿真分析 給定功率因數(shù)角度為 0 時(shí)仿真結(jié)果如圖 52 所示 。 （橫坐標(biāo)：時(shí)間 s，縱坐標(biāo)：轉(zhuǎn)矩 N? m） 圖 52(a) 電磁轉(zhuǎn)矩 （橫坐標(biāo)：時(shí)間 s，縱坐標(biāo)：轉(zhuǎn)速 rpm） 圖 52(b) 轉(zhuǎn)速 永磁同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)的仿真分析 轉(zhuǎn)矩電流最大比控制模型 25 （橫坐標(biāo)：時(shí)間 s，縱坐標(biāo)：電流 A） 圖 52(c) A 相電流 （橫坐標(biāo)：時(shí)間 s，縱坐標(biāo)：電壓 V） 圖 52(d) A 相電壓 橫坐標(biāo)：時(shí)間 s，縱坐標(biāo)：電流 A） 圖 52(e) 直交軸電流 （橫坐標(biāo)：時(shí)間 s，縱坐標(biāo)：角度 度） 圖 52(f) 功率因數(shù)角度 26 由上述波形可知，在額定轉(zhuǎn)速下，電機(jī)帶負(fù)載為 mN?5 時(shí)，控制系統(tǒng)能夠使電機(jī)在給定功率因數(shù)下穩(wěn)定運(yùn)行。由圖可知，在 控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，電機(jī)的功率因數(shù)角度由矢量控制階段 度逐漸達(dá)到給定的功率因數(shù)角度為 0 度的狀態(tài)，電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，系統(tǒng)誤差小。在此過(guò)程中，定子直軸電流分量由零變?yōu)樨?fù)值， 從矢量圖上來(lái)理解，就是說(shuō)定子電流矢量由原來(lái)位于交軸上變?yōu)槌坝诮惠S，并且達(dá)到與定子電壓矢量重合。 其他功率因數(shù)下的仿真分析 給定電機(jī)功率因數(shù)角度為 ?30 時(shí)，仿真結(jié)果如圖 53 所示。 （橫坐標(biāo)：時(shí)間 s，縱坐標(biāo)：轉(zhuǎn)矩 N? m） 圖 53(a) 電磁轉(zhuǎn)矩 （橫坐標(biāo)：時(shí)間 s，縱坐標(biāo)：轉(zhuǎn)速 rpm） 圖 53(b) 轉(zhuǎn)速 （橫坐標(biāo)：時(shí)間 s，縱坐標(biāo)： 電流 A） 圖 53(c) 直交軸電流 永磁同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)的仿真分析 轉(zhuǎn)矩電流最大比控制模型 27 （橫坐標(biāo)：時(shí)間 s，縱坐標(biāo)：角度 度） 圖 53(d) 功率因數(shù)角 在給定功率因數(shù)角度為 ?30 時(shí)，定子電流矢量滯后電壓矢量 ?30 ，功率因數(shù)控制仿真模型輸出波形表明，永磁同步電動(dòng)機(jī)能夠快速 響應(yīng)給定信號(hào)，而且具有很好的穩(wěn)定性。由圖可知，在此過(guò)程中，直軸電流分量由零變?yōu)檎?，此時(shí)電流矢量滯后于交軸。 給定電機(jī)功率因數(shù)角度為 ?10 時(shí)，仿真結(jié)果如圖 54 示。 （橫坐標(biāo)：時(shí)間 s，縱坐標(biāo)：轉(zhuǎn)矩 N? m） 圖 54(a) 電磁轉(zhuǎn)矩 （橫坐標(biāo)：時(shí)間 s，縱坐標(biāo)：轉(zhuǎn)速 rpm） 圖 54(b) 轉(zhuǎn)速 28 （橫坐標(biāo)：時(shí)間 s，縱坐標(biāo)：電流 A） 圖 54(c) 直交軸電流 （橫坐標(biāo)：時(shí)間 s，縱坐標(biāo)：角度 度） 圖 54(d) 功率因數(shù)角度 電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下，帶負(fù)載為 5N? m 時(shí)，由圖 54 可知，電流矢量由 q 軸轉(zhuǎn)移到超前于電壓矢量 10? 的位置，此時(shí) 電流直軸分量不為零，且比功率因數(shù)為 1 時(shí)的幅值更大。 永磁同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)的仿真分析 轉(zhuǎn)矩電流最大比控制模型 29 結(jié)論 本文通過(guò)查閱文獻(xiàn)，對(duì)永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況做了概括和總結(jié)。通過(guò)仿真詳細(xì)分析了控制系統(tǒng)中永磁同步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)，并且提出了永磁同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)的控制策略。隨著數(shù)字控制技術(shù)的發(fā)展，永磁同步電動(dòng)機(jī)以其獨(dú)特的優(yōu)越性獲得了廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的矢量控制技術(shù)在磁場(chǎng)完全解耦的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)快速、穩(wěn)定的控制。功率因數(shù)是衡量電氣產(chǎn)品性能的一個(gè)重要指標(biāo)。對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的同時(shí)進(jìn)行功率因數(shù)控制具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。在本 課題開(kāi)展過(guò)程中，主要完成了以下工作： (1)基礎(chǔ)研究：在分析和建立永磁同步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，利用MATLAB/SIMULINK 中的模塊自己建立了 PMSM 的仿真模型。分析了同步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)的理論，在此基礎(chǔ)上深入研究了永磁同步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)與永磁體以及電源之間的關(guān)系，通過(guò)仿真驗(yàn)證了理論分析的結(jié)果。 (2)轉(zhuǎn)矩電流最大比控制的仿真研究與功率因數(shù)分析：在理論分析轉(zhuǎn)矩電流最大比控制原理的基礎(chǔ)上，本文在 MATLAB/SIMILINK 中建立了控制模型，通過(guò)控制定子電流矢量的相位角實(shí)現(xiàn)了該控制策略，詳細(xì)分析 了轉(zhuǎn)矩電流最大比控制系統(tǒng)中，在不同轉(zhuǎn)速和負(fù)載時(shí)，系統(tǒng)的調(diào)速性能、永磁同步電動(dòng)機(jī)的特性參數(shù)和功率因數(shù)狀況，通過(guò)仿真分析驗(yàn)證了轉(zhuǎn)矩電流最大比理論的正確性。 (3)功率因數(shù)控制模型：轉(zhuǎn)矩電流最大比控制在負(fù)載增大時(shí)，電機(jī)的功率因數(shù)也會(huì)有所降低。為了監(jiān)控電機(jī)的功率因數(shù)，針對(duì)矢量控制的電流和轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)控制，將電機(jī)功率因數(shù)作為控制參數(shù)引入閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過(guò)控制定子電流，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速和功率因數(shù)的控制。通過(guò)一系列的仿真，驗(yàn)證了該控制策略能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電機(jī)功率因數(shù)的控制。 30 參考文獻(xiàn) [1]金如麟 ， 侯文義 .永磁同步電動(dòng) 機(jī)的應(yīng)用前景 [J]. 上海大中型電機(jī)， 2020， 3：13. 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