电励磁同步电动机直接转矩控制系统

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1、驱动制{畈持电棚2009年第9期⋯⋯／／z-一⋯⋯⋯一⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·-c，电励磁同步电动机直接转矩控制系统谭刚雷，郝润科，徐威(上海理工大学，上海200093)摘要：在建立凸极同步电动机数学模型的基础上，分析推导了电磁转矩与转矩角之间的关系，提出了阻尼绕组补偿的励磁电流控制思想。基于此控制思想设计了具有高动态性能的直接转矩控制系统，并利用Matlab7．0构造了仿真模型，仿真结果表明该系统具有良好的静、动态性能。关键词：同步电动机；励磁；直接转矩控制；数学模型；仿真中图分类号：TM3

2、01．2；TM341文献标识码：A文章编号：1004—7018(2009)09-0046-04ResearchonDirectTorqueControlSystemforElectricallyExcitedSynchronousMotorTANGang—lei．HA0Rttn—．UWe(UniversityofShanghaiforScienceandTechnology，Shanghai200093，China)Abstract：Onthebasisofbuildingthemodelofsalientpolesynchronous

3、motor，therelationshipbetweentheelectro—magnetictorqueandtorqueanglewasanalyzedanddeduced．Thecontrolstrategyoftherotorexcitationcurrentcompensatedbydamperwindingswaspresented．Withthiscontroltheory，thedirecttorquecontrolsystemwhichwashighlydynamicper—formancewasdesigned．Th

4、esimulationmodelofthesystemwasproposedbasedontheMaflab．Thesimulationresultsindi—catethatthissystemfeaturesexcellentstaticanddynamicperformances．Keywords：synchronousmotor；excitation；directtorquecontrol；mathematicalmodel；simulation止坐标系，轴与定子相绕组轴线重合；d、q坐标0引言系是固定在转子上的旋转坐标系，d轴

5、与转子直轴直接转矩控制是将电机的定子磁链与电磁转矩重合。其中0为轴与d轴之间的夹角，即转子旋作为被控量，根据给定转矩、给定磁链与其计算值的转的电角度。图中为定子磁链；u和i分别为偏差直接选择电压矢量，实现对磁链和转矩的直接定子三相电压和三相电流的合成电压矢量和电流矢控制。与矢量控制相比，直接转矩控制具有控制方量；6为定子磁链与d轴之间的夹角，定义为转式简单、转矩响应快、便于实现全数字化的优点¨』。矩角，在恒定负载的情况下该夹角为一恒定值；为凸极同步电动机具有过载能力强、效率高、功率电机的功率因数角。稳态时，电动机定、转子磁链以因数可调等

6、优点，在许多大型设备驱动上有着广泛同步速度03旋转；瞬态时，转矩角随着定、转子磁链的应用。本文从理论上分析了电励磁凸极同步电动旋转速度的不同而改变。机直接转矩控制系统的可行性，提出了阻尼绕组补偿的励磁电流控制思想，设计了具有高动态性能的直接转矩控制系统，并基于此系统进行了建模和仿真。1基本理论电励磁同步电动机采用专用的励磁绕组给转子图1定、转子参考坐标系建立磁场，根据同步电动机的特点可知J，通过调节电机的转子励磁电流可调节电机的功率因数，使为了简化分析，假定凸极同步电动机满足以下电机工作在功率因数等于1的工作模式下，从而实条件：现系统的

7、高效率。(1)磁饱和、磁滞和涡流的影响忽略不计，磁路1．1凸极同步电动机的数学模型是线性的，因而可以利用叠加原理来计算电机各个参考坐标系如图1所示，ot、坐标系为定子静绕组电流共同作用所产生的气隙合成磁场。(2)定子和转子磁势所产生的磁场沿定子内圆是正弦分布的，即略去磁场中所有的空间谐波分量。收稿日期：2008—12—03一改稿日期：2009—01—13(3)电机有完全对称的磁路和绕组，即三相定触持电相2009年第9期驱动攀制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一一⋯～⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯c，r／／毪⋯⋯于绕组完全相I司；

8、转子每极励磁绕组完全相l司；阻尼：。『【二：二绕组的阻尼条对称于转子直轴(d轴)、交轴(q轴)，4Jl(一L)J并可简化为两个独立的等效阻尼绕组，分别在直轴代人式(10)可求得电磁转矩的最大值：和交轴方向上