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永磁無刷直流電機(jī)矢量控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)-wenkub.com

2024-08-22 11:38 本頁面
   

【正文】 采用磁場(chǎng)定向控制,令 id=0 可以得到 電磁轉(zhuǎn)矩與交軸電流成線性關(guān)系,只要控制好交軸電流幅值,就可以得到良好的轉(zhuǎn)矩控制性能。若選擇永磁體基波勵(lì)磁磁場(chǎng)與定子正弦波磁動(dòng)勢(shì)正交,并獨(dú)立控制定子電流幅值,則此時(shí)的控制方式即為磁場(chǎng)定向的矢量控制。 ( 6) 最大輸出功率控制 在電機(jī)轉(zhuǎn)速超過最大電磁轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的極限轉(zhuǎn)速后,對(duì)定子電流矢量的控制轉(zhuǎn)變?yōu)槿醮趴刂?,此時(shí)定子電流矢量沿著電壓極限曲線內(nèi)部取值,對(duì)給定轉(zhuǎn)速,存在最大輸出功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的定子電流矢量。但是在給定轉(zhuǎn)矩變大的時(shí)候,功率因數(shù)下降快。這種控制方法與( 1)相比,它有更高的功率 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)報(bào)告紙 共 頁 第 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 因數(shù),使得無刷直流電機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩得到了提高,但是這 種控制方式也有存在去磁分量、最大輸出轉(zhuǎn)矩受限等缺點(diǎn)。 ( 2) cosφ = 1 控制方法 cosφ =1 控制方法是使電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)恒為 1,即定子電流矢量和電壓矢量方向重合,此時(shí),電磁轉(zhuǎn)矩存在一個(gè)極 大值。兩相坐標(biāo)系上的等效電機(jī)模型可以看做是一臺(tái)他勵(lì)直流電 動(dòng)機(jī),定子和轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)的空間矢量正交,而且定子電流獨(dú)立于轉(zhuǎn)子永磁磁通。 分析完矢量控制理論后,我們可以了解到,對(duì)無刷直流電機(jī)的矢量控制實(shí)際上是對(duì)電動(dòng)機(jī)定子電流矢量相位和幅值的控制,當(dāng)永磁體的勵(lì)磁磁鏈和電機(jī)參數(shù)確定后,電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩便取決于定子電流空間矢量。 矢量控制是以電動(dòng)機(jī)在不同坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ),將原來數(shù)學(xué)模型經(jīng)過一系列矢量變換 (3/2 變換、 2S/2R 變換 ),變換到與同步坐標(biāo)系統(tǒng)等效的正交兩相坐標(biāo)系中,通過對(duì)相關(guān)矢量 (電流、磁鏈 )在該坐標(biāo)系統(tǒng)中各分量的獨(dú)立控制,得出此時(shí)的控制指令值,再經(jīng)逆換計(jì)算得到系統(tǒng)控制量 (電流、電壓 ) 在三相坐標(biāo)系中的大小,實(shí)現(xiàn)快速高效的調(diào)速控制。系統(tǒng)給定了勵(lì)磁電流和樞電流參考值,經(jīng)過 2r/2s 變換得到兩相靜止坐標(biāo)系上的兩相電流,最后通過 2/3 變換得到三相靜止坐標(biāo)系上 ABC 三相電流的給定值,將這個(gè)信號(hào)送給無刷直流電機(jī),就能得到期望的調(diào)速特性。正是通過 ɑβ 坐標(biāo)系到 dq 坐標(biāo)系的變換,最終將三相交流電流變?yōu)閮上嘀绷髁俊? 圖中, d 軸和 q 軸都 以同步速度 ω r 旋轉(zhuǎn),而 ɑ 軸和 β 軸是靜止的, d 軸與 ɑ 軸的夾角 θ 隨時(shí)間變化。 由于在坐標(biāo)變換的過程中,磁動(dòng)勢(shì)保持不變,所以兩個(gè)坐標(biāo)系中各自的磁動(dòng)勢(shì)在α、β軸上的分量對(duì)應(yīng)相等,所以有式子( )和( ),將它們寫成矩陣形式,得到式子( ) 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)報(bào)告紙 共 頁 第 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 圖 三相和兩相坐標(biāo)系與繞組磁動(dòng)勢(shì)的空間矢量 )2121(60c o s60c o s 33332 CBAocoBA iiiNiNiNiNiN ??????? ( ) )(2 360s i n60s i n 33032 CBoCB iiNiNiNiN ????? ( ) ????????????????????????????????CBAiiiNNii232302121123?? ( ) 兩相電動(dòng)機(jī)的相電壓、相電流有效值為三相電動(dòng)機(jī)相電壓、相電流有效值的 3 /2倍,因此兩相電動(dòng)機(jī)沒想功率增加為三相電動(dòng)機(jī)每相功率的 3/2 倍,但相數(shù)由三相變?yōu)閮上啵妱?dòng)機(jī)功率不變同時(shí),可以證明: 3223 ?NN ( ) 代入式子( )中可以得到式子( ): 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)報(bào)告紙 共 頁 第 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ????????????????????????????????CBAiiiii232302121132?? ( ) 設(shè) 23C 表示從三相靜止坐標(biāo)系變換到兩相靜止坐標(biāo)系的變換矩陣,所以有式子( ): ????????????????23230212113223C ( ) 反之如果是兩相靜止坐標(biāo)系向三相靜止左邊系的變換過程稱為 2/3 變換,可以求 32C 的逆矩陣,經(jīng)過計(jì)算可以得到從兩相靜止坐標(biāo)系向三相靜止坐標(biāo)系變換矩陣32C 如式子( )所示 : ????????????????????23212321013232C () 這里應(yīng)該指出的是,三相 ABC 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到兩相 ɑ β 坐標(biāo)系后,雖然相數(shù)減少了,但 ɑ β 坐標(biāo)系中的電流 ai , bi 仍為交流,與直流電動(dòng)機(jī)相比還有很大的差別,因此仍需繼續(xù)轉(zhuǎn)換。此時(shí)在這個(gè)坐標(biāo)系中,繞組 d就是前文中提到普通直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組,繞組 就是普通直流電動(dòng)機(jī)的電樞繞組。 假如我們將其以和圖 (a)、 (b)中合成磁動(dòng)勢(shì)大小和旋轉(zhuǎn)方向一致。 如圖 (a)所示 為通入電流的無刷直流電機(jī)三相對(duì)稱定子繞組 A、 B、 C 產(chǎn)生了合成磁動(dòng)勢(shì) F,合成磁動(dòng)勢(shì)在三相坐標(biāo)系中按著 ABC 逆向旋轉(zhuǎn)。由轉(zhuǎn)矩表達(dá)式可知,磁通 ? 和電樞電流 i 分別由勵(lì)磁繞組和電樞繞組控制,兩者相互獨(dú)立。矢量變換控制技術(shù)就是利用從靜止坐標(biāo)系到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換,實(shí)現(xiàn)了定子電流的解耦,將定子電流分解為勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量,從而使永磁無刷直流電機(jī)能像直流電機(jī)那樣分別對(duì)磁通和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行獨(dú)立控制。 坐標(biāo)變換的基本思路 矢量變換控制方法中,兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的 d 軸與轉(zhuǎn)子磁鏈軸線重合,為勵(lì)磁軸, q軸為轉(zhuǎn)矩軸。坐標(biāo)變換有很多種類,在研究矢量控制時(shí)有 3種坐標(biāo)系,一般稱作靜止三相 ABC 坐標(biāo)系、靜止的兩相α β 坐標(biāo)系和旋轉(zhuǎn)兩相 dq 坐標(biāo)系;將靜止的三相到靜止的兩相變換稱為 3s/2s 變換( Clarke變換),反之,則成為 2s/3s 變換;將靜止的兩相到旋轉(zhuǎn)的兩相的變換簡(jiǎn)稱為 2s/2r變換( park 變換又稱旋轉(zhuǎn)變換),反之,則稱為 2r/2s 變換。 m2) ,dtd?為轉(zhuǎn)子角加速度( rad/s2), LT 為負(fù)載轉(zhuǎn)矩( N由于電機(jī)繞組是采用 Y 型 接 法 ,所 以 按 照 基 爾 霍 夫 電 流定 律 可 以 得 到0??? cba iii ; 由于三相繞組為星形連接,且沒有中線,所以有: 0??? cba MiMiMi ( ) 綜上所述,再將式( )帶入( )得無刷直流電機(jī)的電壓方程式( ): ??????????????????????????????????????????????????????????????????cbacbacbacbaeeeiiipMLMLMLiiirrruuu000000000000 ( ) ( 2) 轉(zhuǎn)矩方程 電源提供的功率,主要部分通過氣隙轉(zhuǎn)換為機(jī)械能,其他部分作為損耗功率消 耗在了功 率開關(guān)器件上和電機(jī)的銅耗、鐵耗上。 每相繞組的磁鏈包括自身電流產(chǎn)生磁通交鏈的磁 鏈、其他相電流產(chǎn)生磁通交鏈 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)報(bào)告紙 共 頁 第 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 的磁鏈和永磁體磁通交鏈的磁鏈三部分。 ( 4)逆變電路中功率開關(guān)管以及續(xù)流二極管都有理想開關(guān)特性。為了簡(jiǎn)化模型便于分析,在不影響分析結(jié)果的前提下,特做出下面的假定條件: ( 1)假定氣隙磁場(chǎng)是理想狀態(tài)下按照平頂部分為 120176。該過程中電流的流經(jīng)的途徑為: E+→ V1 管→ A 相繞組→ C 相繞組→ V2 管→ E。 當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過 60176。下面以兩相導(dǎo)通三 相星形六狀態(tài)無刷直流電機(jī)為例說明其工作原理。 這種傳感器輸出的信號(hào)比較強(qiáng)、工作性能相對(duì)可靠、具有較長(zhǎng)的使用壽命長(zhǎng)、 對(duì)于應(yīng)用環(huán)境場(chǎng)合要求不高、具有較強(qiáng)的適應(yīng)性、物理結(jié)構(gòu)緊湊可承受較大的振動(dòng)沖擊等;但是,這種傳感器信噪比較低、體積較大,同時(shí)其輸出波形為交流,一般需經(jīng)整流、濾波后才可以使用,因而限制該傳感器的使用范圍。 (2)光電式位置傳感器 光電式位置傳感器由光電耦合開關(guān)和遮光板組成,其中,光電耦合開關(guān)沿圓周均勻分布,并且固定在定子上。 位置傳感器 轉(zhuǎn)子位置傳感器主要是通過檢測(cè)實(shí)際的轉(zhuǎn)子磁極位置為控制器提供正確的換向 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)報(bào)告紙 共 頁 第 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 信息。轉(zhuǎn)子由永久性磁材按一定偶數(shù)對(duì)的極對(duì)數(shù)組成,其結(jié)構(gòu)有很多種,常用的有永磁環(huán)直接套在轉(zhuǎn)軸上、在導(dǎo)磁鐵心里嵌上永磁體等。 第六章為全文的總結(jié)與展望。主要介紹課題研究背景及意義,介紹了無刷直流電機(jī)的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀,對(duì)矢量控制進(jìn)行了簡(jiǎn)介。 根據(jù)控制目標(biāo)的不同,定子直交軸電流的具體控制方法可分為如下幾類: id = 0 控制、最大轉(zhuǎn)矩電流比控 制、恒磁鏈控制、最大輸出功率控制等。無速度傳感器控制系統(tǒng)的出現(xiàn),神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制 理論在電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)中的應(yīng)用,以及大功率交流傳動(dòng)系統(tǒng)中矢量控制方法的成功應(yīng)用,將矢量控制推向新的高度??刂葡到y(tǒng)按照這些分量值進(jìn)行實(shí)時(shí)地控制,就能使交流電動(dòng)機(jī)得到像直流電動(dòng)機(jī)一樣的控制性能。矢量控制是以永磁同步電動(dòng)機(jī)在不同坐
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