永磁同步电机的控制策略

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1、Shanghaiuniversity永磁同步电机的控制策略杨影上海大学自动化系2011国际电源技术创新论坛Shanghaiuniversity0、引言1、梯形波永磁同步电动机的变频调速系统2、正弦波永磁同步电机的矢量控制3、正弦波永磁同步电机的直接转矩控制4、小结Shanghaiuniversity0引言A、永磁同步电机的结构ShanghaiuniversityB、永磁同步电机的几个显著优点ò结构简单，运行可靠；ò体积小，重量轻；ò功率因数高，损耗少，效率高；ShanghaiuniversityC永磁同步电机的分类与性能对比梯形波永

2、磁同步电动机（BLDCM）根据转子磁场的空间分布正弦波永磁同步电动机（PMSM）电机名称PMSMBLDCM比较项目功率密度低较PMSM高50%力矩惯量化低较PMSM高50%调速范围大小单位电流产生的力矩小大力矩脉动小大Shanghaiuniversity1.梯形波永磁同步电机的控制A.梯形波永磁同步电动机的等效电路及逆变器主电路原理图ShanghaiuniversityB.梯形波永磁同步电机反电动势、相电流和霍尔信号波形ShanghaiuniversityC.梯形波永磁同步电动机调速系统òASR和ACR均为带有积分和输出限幅的PI调

3、节器，调节器可参照直流调速系统的方法设计。ShanghaiuniversityPWM逆变器输出电压梯形波永磁同步电动机的转矩脉动ShanghaiuniversityD.梯形波永磁同步电机的动态结构图ShanghaiuniversityE.梯形波永磁同步电机的无位置传感器控制•基于反电势的位置检测方案V基于反电动势过零点的转子位置检测V续流二极管法V基于反电动势积分的转子位置检测V基于反电动势三次谐波的转子位置检测V状态观测器法V基于磁链函数的转子位置检测方法ShanghaiuniversityVDVDS1S33S5VD51iaVdc

4、ea具有Y型电阻网的i•beb永磁无刷直流电机icVD4VDec原理图SS6SVD2i462aRibRicR反电动势、反电动势三次谐波分量与磁链三次谐波分量相位关系Shanghaiuniversity理想的磁链函数波形与换相脉冲信号Shanghaiuniversity3永磁同步电机的矢量控制•dq坐标系下的数学模型•矢量控制原理•矢量控制方法ShanghaiuniversityA、dq坐标系下的数学模型dψsduR=+−iωψsdssdsqdtqdψsquR=++iωψ→→LqiqsqssqsdψsIdtsiq→ψ=sdLisdsd

5、+Limdfϕψβfdψ=LiθsqsqsqLiiAdddψ=Li+Lifmdsdff永磁同步电动机空间矢量图TnLiiLLi=+[()−i]epmdfsqsdsqsdsqShanghaiuniversityB、永磁同步电动机矢量控制的基本原理当永磁体的励磁磁链和交直轴电感确定后，控制和ii可以控制电动机的转矩。dq**一定的转速和转矩对应于一定和ii，通dq过电流闭环控制，使实际电流跟踪给定值实现电动机转矩和转速的控制。ShanghaiuniversityC永磁同步电动机电流矢量的控制方法•id=0控制•最大转矩/电流控制•弱磁控

6、制Shanghaiuniversityi=0控制d•常用于表面凸出式永磁同q步电机（i=0控制就是最d→→Liqqψ大转矩/电流控制）sIsiq→ϕψTnLiiLLii=+[()−]βfdepmdfsqsdsqsdsqθLiiAddd永磁同步电动机空间矢量图•电动机可达到的最高电压越大，输出转矩越小，则最高转速越高。Shanghaiuniversityi=0的永磁同步电动机矢量控制系统简图dShanghaiuniversityB、最大转矩/电流控制•凸极永磁同步电动机的恒转矩轨迹•电动机最大转矩运行时的转折速度iiqqA1ω3<ω<

7、ωO21iiddShanghaiuniversity最大转矩/电流控制系统简图ShanghaiuniversityC、弱磁控制•永磁无刷电机弱磁调速控制原理22uL=ωρ()dqiL+()ddi+ϕfiqTTm1m2ACBω1<ω2idShanghaiuniversity•基于直轴电流负反馈补偿控制的弱磁控制Shanghaiuniversity4.正弦波永磁同步电机的直接转矩控制•PMSMDTC的基本思想•PMSMDTC的系统结构图•PMSMDTC与IMDTC的区别ShanghaiuniversityA、PMSMDTC的基本思想•控

8、制定子磁链幅值恒定，改变定子磁链旋转速度和方向来瞬时调整转矩角，实现转PMSM的矢量图矩的动态控制。ShanghaiuniversityB、永磁同步电动机直接转矩控制系统结构图Shanghaiuniversity•永磁同步电机直接转矩