【正文】 的。在上述分析的基礎(chǔ)上，永磁同步電動機的功率因數(shù)角度如下圖 45 所示，電機的功率因數(shù)角度穩(wěn)態(tài)時約為 ，比矢量控制系統(tǒng)中電機的功率因數(shù)高得??多。(橫坐標：時間 s，縱坐標：角度 度)圖 45(d) 功率因數(shù)角 變負載時的仿真實現(xiàn)與功率因數(shù)分析給定電機轉(zhuǎn)速為 1500rpm,負載為 10N 時，對電機參數(shù)進行仿真分析得m?到波形如下圖 46 所示。 永磁同步電動機功率因數(shù)的仿真分析轉(zhuǎn)矩電流最大比控制模型19（橫坐標：時間 s，縱坐標：轉(zhuǎn)矩 N m）（橫坐標：時間 s，縱坐標：轉(zhuǎn)速?rpm） 圖 46(a) 電磁轉(zhuǎn)矩 圖 46(b) 轉(zhuǎn)速（橫坐標：時間 s，縱坐標：電流 A）圖 46(c) A 相電流（橫坐標：時間 s，縱坐標：電壓 V ）圖 46(d) A 相電壓20（橫坐標：時間 s，縱坐標：電流 A）圖 46(e) 直軸和交軸電流在帶 10N m 負載的情況下穩(wěn)定運行，仿真分析電機功率因數(shù)角度如下圖?47 所示。電機穩(wěn)定運行后，電機的功率因數(shù)角度為 ?？梢娫谪撦d增大的?過程中，對應于內(nèi)功率因數(shù)角的 γ 值增大，電機輸出功率增大。電機的功率因數(shù)角度有所增大。(橫坐標：時間 s，縱坐標：角度 度)圖 47 負載為 10N m 時功率因數(shù)波形? 時的仿真實現(xiàn)與功率因數(shù)分析在給定電機轉(zhuǎn)速為 3000rpm 時，電機負載在 時由 5N 升高到m?10N m?時，控制系統(tǒng)的仿真波形如圖 48 所示。(橫坐標：時間 s，縱坐標：轉(zhuǎn)矩 N m）?圖 48(a) 電磁轉(zhuǎn)矩橫坐標：時間 s，縱坐標：轉(zhuǎn)速 rpm）圖 48(b) 轉(zhuǎn)速永磁同步電動機功率因數(shù)的仿真分析轉(zhuǎn)矩電流最大比控制模型21（橫坐標：時間 s，縱坐標：電流 A）圖 48(c) A 相電流（橫坐標：時間 s，縱坐標：電壓 V ）圖 48(d) A 相電壓（橫坐標：時間 s，縱坐標：電流 A） 圖 48(e) 直軸和交軸電流22 (橫坐標：時間 s，縱坐標：角度 度）圖 48(f) 3000rpm 時功率因數(shù)仿真分析在 3000rpm 時，電源頻率為 100Hz。當負載增大瞬間，電機的轉(zhuǎn)速會有所下降，閉環(huán)控制的作用就是使電磁轉(zhuǎn)矩迅速跟蹤負載轉(zhuǎn)矩，使電機能夠穩(wěn)定在給定轉(zhuǎn)速下運行。在負載變化過程中，電機參數(shù)的變化情況是這樣的，交軸電流由 增大到 ， 減小到 ，功率因數(shù)角度由 到 。在電機運行在 3000rpm 時的功率因數(shù)明顯比矢量控制系統(tǒng)中要??高很多。 低轉(zhuǎn)速下的仿真實現(xiàn)與功率因數(shù)分析當給定電機轉(zhuǎn)速為 750rpm 時，控制系統(tǒng)的仿真波形如圖 49 所示。（橫坐標：時間 s，縱坐標：轉(zhuǎn)矩 ）mN?圖 49(a) 電磁轉(zhuǎn)矩（橫坐標：時間 s，縱坐標：轉(zhuǎn)速 rpm）圖 49(b) 轉(zhuǎn)速（橫坐標：時間 s，縱坐標：電流 A）圖 49(c) 定子電流永磁同步電動機功率因數(shù)的仿真分析轉(zhuǎn)矩電流最大比控制模型23（橫坐標：時間 s，縱坐標：電壓 V）圖 49(d) A 相電壓（橫坐標：時間 s，縱坐標：電流 A）圖 49(e) 直軸與交軸電流(橫坐標：時間 s，縱坐標：角度 度）圖 49(f) 功率因數(shù)角 ，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，電機的功率因數(shù)都比同種運行條件下矢量控制系統(tǒng)中電機的功率因數(shù)要高得多，這一點上，它是優(yōu)于傳統(tǒng)的矢量控制的。245 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)是電動機運行的重要參數(shù)，在額定工作情況下運行時，電動機的功率因數(shù)一般都在 以上（10KW 以下的低速電機稍低） 。永磁同步電動機由于沒有勵磁繞組和勵磁裝置，不消耗勵磁功率，對磁極設在轉(zhuǎn)子的電機還可以省去滑環(huán)和電刷。與電勵磁電機相比，永磁同步電動機具有損耗小、效率高、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高等突出優(yōu)點，因此獲得廣泛的應用。永磁同步電動機在轉(zhuǎn)矩電流最大比控制中，在負載增大時功率因數(shù)要降低 [18]，因此我們利用永磁同步電動機在 dq 坐標系中的數(shù)學模型，建立永磁同步電動機功率因數(shù)控制的仿真模型。調(diào)節(jié)勵磁電流可以調(diào)節(jié)電勵磁同步電動機的功率因數(shù)，但是永磁同步電動機的勵磁是不可調(diào)節(jié)的，不能采用電勵磁同步電動機的控制方法，因此通過控制定子電流來實現(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 時仿真結(jié)果如圖 52 所示。（橫坐標：時間 s，縱坐標：轉(zhuǎn)矩 N m）?圖 52(a) 電磁轉(zhuǎn)矩（橫坐標：時間 s，縱坐標：轉(zhuǎn)速 rpm）圖 52(b) 轉(zhuǎn)速永磁同步電動機功率因數(shù)的仿真分析轉(zhuǎn)矩電流最大比控制模型25（橫坐標：時間 s，縱坐標：電流 A ）圖 52(c) A 相電流（橫坐標：時間 s，縱坐標：電壓 V）圖 52(d) A 相電壓 橫坐標：時間 s，縱坐標：電流 A） 圖 52(e) 直交軸電流（橫坐標：時間 s，縱坐標：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，電機帶負載為 時，控制系統(tǒng)能夠mN?5使電機在給定功率因數(shù)下穩(wěn)定運行。由圖可知，在 控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，電機的功率因數(shù)角度由矢量控制階段 度逐漸達到給定的功率因數(shù)角度為 0 度的狀態(tài)，電機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，系統(tǒng)誤差小。在此過程中，定子直軸電流分量由零變?yōu)樨撝?，從矢量圖上來理解，就是說定子電流矢量由原來位于交軸上變?yōu)槌坝诮惠S，并且達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功率因數(shù)角度為 時，仿真結(jié)果如圖 53 所示。?30（橫坐標：時間 s，縱坐標：轉(zhuǎn)矩 N m）?圖 53(a) 電磁轉(zhuǎn)矩（橫坐標：時間 s，縱坐標：轉(zhuǎn)速 rpm）圖 53(b) 轉(zhuǎn)速（橫坐標：時間 s，縱坐標：電流 A）圖 53(c) 直交軸電流永磁同步電動機功率因數(shù)的仿真分析轉(zhuǎn)矩電流最大比控制模型27（橫坐標：時間 s，縱坐標：角度 度） 圖 53(d) 功率因數(shù)角在給定功率因數(shù)角度為 時，定子電流矢量滯后電壓矢量 ，功率因數(shù)?30 ?30控制仿真模型輸出波形表明，永磁同步電動機能夠快速響應給定信號，而且具有很好的穩(wěn)定性。由圖可知，在此過程中，直軸電流分量由零變?yōu)檎?，此時電流矢量滯后于交軸。給定電機功率因數(shù)角度為 時，仿真結(jié)果如圖 54 示。 ?10（橫坐標：時間 s，縱坐標：轉(zhuǎn)矩 N m）?圖 54(a) 電磁轉(zhuǎn)矩（橫坐標：時間 s，縱坐標：轉(zhuǎn)速 rpm）圖 54(b) 轉(zhuǎn)速28（橫坐標：時間 s，縱坐標：電流 A ）圖 54(c) 直交軸電流（橫坐標：時間 s，縱坐標：角度 度）圖 54(d) 功率因數(shù)角度電機在額定轉(zhuǎn)速下，帶負載為 5N m 時，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，此時電流直軸分量不為零，且比功率因數(shù)?為 1 時的幅值更大。 永磁同步電動機功率因數(shù)的仿真分析轉(zhuǎn)矩電流最大比控制模型29結(jié)論 本文通過查閱文獻，對永磁同步電機控制系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展情況做了概括和總結(jié)。通過仿真詳細分析了控制系統(tǒng)中永磁同步電動機的功率因數(shù)，并且提出了永磁同步電動機功率因數(shù)的控制策略。隨著數(shù)字控制技術(shù)的發(fā)展，永磁同步電動機以其獨特的優(yōu)越性獲得了廣泛的應用。傳統(tǒng)的矢量控制技術(shù)在磁場完全解耦的情況下，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)品性能的一個重要指標。對永磁同步電動機調(diào)速的同時進行功率因數(shù)控制具有重要的現(xiàn)實意義。在本課題開展過程中，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機數(shù)學模型的基礎(chǔ)上，利用MATLAB/SIMULINK 中的模塊自己建立了 PMSM 的仿真模型。分析了同步電動機功率因數(shù)的理論，在此基礎(chǔ)上深入研究了永磁同步電動機的功率因數(shù)與永磁體以及電源之間的關(guān)系，通過仿真驗證了理論分析的結(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，通過控制定子電流矢量的相位角實現(xiàn)了該控制策略，詳細分析了轉(zhuǎn)矩電流最大比控制系統(tǒng)中，在不同轉(zhuǎn)速和負載時，系統(tǒng)的調(diào)速性能、永磁同步電動機的特性參數(shù)和功率因數(shù)狀況，通過仿真分析驗證了轉(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載增大時，電機的功率因數(shù)也會有所降低。為了監(jiān)控電機的功率因數(shù)，針對矢量控制的電流和轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)控制，將電機功率因數(shù)作為控制參數(shù)引入閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過控制定子電流，同時實現(xiàn)了對電機轉(zhuǎn)速和功率因數(shù)的控制。通過一系列的仿真，驗證了該控制策略能夠?qū)崿F(xiàn)對電機功率因數(shù)的控制。30參考文獻[1]金如麟，[J]. 上海大中型電機，2022，3：13.[2] [J].機械工業(yè)出版社，1998,5：3.[3]李耀華，[J].微特電機，2022,35（1）：1.[4]史光輝，于佳，[J].電機技術(shù)，2022,5：1.[5][J].機電技術(shù)，2022,3：1.[6]陳穎，[J].福州大學電氣工程與自動化學院，2022,3：1.[7][J].船電技術(shù)，2022,2：1.[8][J].2022,26(81)：1.[9]李中華，王慧，[J].西南大學學報，2022,7：1.[10][J].電力電子，2022,1：1.[11]王斌，王躍，王兆安 .空間矢量調(diào)制的永磁同步電機直接轉(zhuǎn)矩控制[J].電機與控制學報，2022,6：1.[12]宋學雷，王永興 .基于 DSP 的 PMSM 控制器設計及相關(guān)問題分析[J].2022,44（7）：1.[13][J].2022,15：1.[14]徐艷平，劉煜，[J].2022,4：1.[15][J].南京航空航天大學第三屆電力電子與運動控制學術(shù)年會論文集，2022：40～47.[16]袁登科，張逸成，[J].2022,31(6)： 1.[17]王晨，吾化柱 .基于 MMB 的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)[J].大連交通大學學報，2022,8：1..[18]郎寶華，畢雪芹， 控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)[J].西安工業(yè)大學學報，2022,30（1）：1.[19]耿連發(fā)，吳延忠 .現(xiàn)代永磁電機發(fā)展趨勢[J].特種電機研究所，1995,1：1.[20][J].中國寰球工程公司，2022,28（8）：1.