秦晓飞系列-现代交流调速技术-第6章永磁同步电动机矢量控制.ppt

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1、第6章永磁同步电动机矢量控制主讲教师：秦晓飞上海理工大学光电学院第6章永磁同步电动机矢量控制本章按王成元第一版《电机现代控制技术》第二章的内容进行部分讲解。6.1三相永磁同步电动机的数学模型6.2三相永磁同步电动机的矢量控制6.3三相永磁同步电动机的弱磁控制6.1三相永磁同步电动机的数学模型6.1三相永磁同步电动机的数学模型绕线式转子同步电动机转子绕组用永磁体代替定子绕组保持不变永磁同步电动机PermanentMagnetSynchronousMotor(PMSM)永磁同步电动机PMSM的来历6.1

2、三相永磁同步电动机的数学模型直流电动机定子磁极用永磁体转子代替转子单相电枢用三相定子绕组代替机械换相用电子换相代替，即用三相6拍方波电流代替单相直流电流。永磁同步电动机BLDM的来历无刷直流电动机BrushlessDCMotor（BLDM）6.1三相永磁同步电动机的数学模型永磁同步电动机的分类按控制方式分类：广义PMSMPMSMBLDM反电动势为正弦波，用正弦波电流驱动。反电动势为方波，用6拍方波电流驱动。本课以PMSM为例进行讲解。6.1三相永磁同步电动机的数学模型永磁同步电动机的分类按转子结构分

3、类：PMSM表面贴装式表面插入式内装式隐极式凸极式基本原则：尽可能产生正弦分布的气隙磁场6.1三相永磁同步电动机的数学模型数学模型建立假设前提（1）忽略铁芯饱和，不计涡流和磁滞损耗；（2）永磁材料的电导率为零；（3）转子上没有阻尼绕组；（4）相绕组中感应电动势波形为正弦。6.1三相永磁同步电动机的数学模型6.1.1定子电压和磁链方程ABC轴系定子电压：与感应机不同，PMSM的Ls不一定是常数，给分析带来困难。为此，采用双轴理论来分析，并且取转子永磁体基本磁场轴线为d轴，超前d轴90°电角度的位置为q

4、轴，dq轴系以电角速度ωr随转子一同旋转，它的位置用d轴与A轴之间的角度θr确定。双轴理论分析法与感应机的转子磁场定向法本质上是一致的，PMSM的dq轴系与感应机的MT轴系对应。6.1三相永磁同步电动机的数学模型dq轴系定子电压：dq轴系定子磁链：其中：6.1三相永磁同步电动机的数学模型dq轴系定子电压：稳态时：6.1三相永磁同步电动机的数学模型6.1.2转矩方程由电机统一理论，PMSM的电磁转矩：定义定子电流矢量与d轴之间的夹角为转矩角，记为β：磁阻转矩励磁转矩6.1三相永磁同步电动机的数学模型P

5、MSM的矩角特性：PMSM的Ld

6、效电路由定子电压方程：可得d、q轴电压等效电路：6.2三相永磁同步电动机的矢量控制6.2三相永磁同步电动机的矢量控制矢量控制的前提是进行磁场定向，永磁同步电动机转子磁场可以直接通过位置传感器得到。相对于感应电动机必须经过观测才能得到转子磁场要容易的多，因此PMSM的矢量控制要比感应电机容易的多。6.2.1面装式PMSM的矢量控制隐极电机没有磁阻转矩，由矩角特性可知，转矩角β=90°时可得到最大的转矩/电流比，因此隐极PMSM多数情况下采用id=0控制。只有在需要弱磁的时候，才根据弱磁情况使id<0。

7、隐极PMSM的矢量控制可概括为：q轴电流指令值iq*由转矩指令Te*决定，d轴电流指令值id*由弱磁运行要求决定。若不用弱磁，则id*=0。6.2三相永磁同步电动机的矢量控制考虑到电流跟踪环节有一定的延迟，当电机转速较高时，此延迟会造成磁场定向不准，从而使系统性能变差。通常高速时在此环节加延迟角Δβ补偿。6.2三相永磁同步电动机的矢量控制6.2.2插入式和内装饰PMSM的矢量控制这两种结构力学上更加坚固，允许在更高的速度运行。这种凸极电机转子结构，决定了电动机的直轴同步电感Ld，要远小于交轴同步电感

8、Lq，通常Lq/Ld可达5倍左右。由PMSM的矩角特性可知，利用转矩角β>90°时的磁阻转矩可获得较高的转矩/电流比。这有利于弱磁运行，扩大速度范围，又可减少永磁体体积，降低电动机成本。6.2三相永磁同步电动机的矢量控制凸极PMSM的矢量控制可概括为：d、q轴电流指令值id*、iq*由转矩指令Te*根据最优转矩/电流比曲线确定。为求得最大转矩/电流比曲线，将电磁转矩和电流标幺化，基值及标幺化结果如下：6.2三相永磁同步电动机的矢量控制由标幺化转矩方程，可画出恒转矩曲线