(完整版)永磁同步電機的原理和結(jié)構(gòu)

1、WORD完美格式第一章永磁同步電機的原理及結(jié)構(gòu)1.1永磁同步電機的基本工作原理永磁同步電機的原理如下在電動機的定子繞組中通入三相 電流，在通入電流后就會在電動機的定子繞組中形成旋轉(zhuǎn)磁場， 由于在轉(zhuǎn)子上安裝了永磁體，永磁體的磁極是固定的，根據(jù)磁 極的同性相吸異性相斥的原理，在定子中產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場會帶 動轉(zhuǎn)子進行旋轉(zhuǎn)，最終達到轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度與定子中產(chǎn)生的旋 轉(zhuǎn)磁極的轉(zhuǎn)速相等，所以可以把永磁同步電機的起動過程看成 是由異步啟動階段和牽入同步階段組成的。在異步啟動的研究 階段中，電動機的轉(zhuǎn)速是從零開始逐漸增大的，造成上訴的主 要原因是其在異步轉(zhuǎn)矩、永磁發(fā)電制動轉(zhuǎn)矩、 由轉(zhuǎn)子磁路不對稱而引 起的磁阻轉(zhuǎn)矩

2、和單軸轉(zhuǎn) 矩等一系列的因素共同作用 下而引起的，所以在這個過程中轉(zhuǎn)速是振蕩著上升的。在起動 過程中，只有異步轉(zhuǎn)矩是驅(qū)動性 質(zhì)的轉(zhuǎn)矩，電動機就是以這轉(zhuǎn)矩來得以加 速的，其他的轉(zhuǎn)矩大部分以制動性質(zhì)為主。在電動機的速度由 零增加到接近定子的磁場旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速時，在永磁體脈振轉(zhuǎn)矩的影 響下永磁同步電機的轉(zhuǎn)速有可能會超過同步轉(zhuǎn)速，而出現(xiàn)轉(zhuǎn)速 的超調(diào)現(xiàn)象。但經(jīng)過一段時間的轉(zhuǎn)速振蕩后，最終在同步轉(zhuǎn)矩 的作用下而被牽入同步。1.2永磁同步電機的結(jié)構(gòu)永磁同步電機主要是由轉(zhuǎn)子、端蓋、及定子等各部件組成的。一般來說，永磁同步電機的最大的特點是它的定子結(jié)構(gòu)與普通 的感應電機的結(jié)構(gòu)非常非常的相似，主要是區(qū)別于轉(zhuǎn)子的獨特 的結(jié)

3、構(gòu)與其它電機形成了差別。和常用的異步電機的最大不同 則是轉(zhuǎn)子的獨特的結(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)子上放有高質(zhì)量的永磁體磁極。 由于在轉(zhuǎn)子上安放永磁體的位置有很多選擇，所以永磁同步電 機通常會被分為三大類：內(nèi)嵌式、面貼式以及插入式，如圖1.1所示。永磁同步電機的運行性能是最受關(guān)注的，影響其性能的 因素有很多，但是最主要的則是永磁同步電機的結(jié)構(gòu)。就面貼 式、插入式和嵌入式而言，各種結(jié)構(gòu)都各有其各自的優(yōu)點。町面鮎戎b）播入式c）內(nèi)嵌式圖1-1面貼式的永磁同步電機在工業(yè)上是應用最廣泛的，其最主 要的原因是其擁有很多其他形式電機無法比擬的優(yōu)點，例如其 制造方便，轉(zhuǎn)動慣性比較小以及結(jié)構(gòu)很簡單等。并且這種類型 的永磁同步電機

4、更加容易被設(shè)計師來進行對其的優(yōu)化設(shè)計，其 中最主要的方法是 把氣隙磁鏈的分布結(jié)構(gòu)設(shè)計成近似正弦的分布，將其分 布結(jié)構(gòu)改成正弦分布后能夠帶來很多的優(yōu)勢，例如 能減小磁場的諧波以及 它所帶來的負面效應，應用以上的方法能夠很好的 改善電機的運行性能。插入式結(jié)構(gòu)的電機之所以能夠跟面貼式 的電機相比較有很大的改善是因為它充分的利用了它設(shè)計出的 磁鏈的結(jié)構(gòu)有著不對稱性所生成的獨特的磁阻轉(zhuǎn)矩能大大的提 高了電機的功率密度，并且在也能很方便的制造出來，所以永 磁同步電機的這種結(jié)構(gòu)被比較多的應用于在傳動系統(tǒng)中，但是 其缺點也是很突出的，例如制作成本和漏磁系數(shù)與面貼式的相 比較都要大的多。 嵌入式的永磁同步電機中

5、的永磁體是被安置在 轉(zhuǎn)子的內(nèi)部，相比較而言其結(jié)構(gòu)雖然比較復雜，但卻有幾個很 明顯的優(yōu)點是毋庸置疑的，因為有高氣隙的磁通密度，所以很明顯的它跟面貼式的電機相比較就會產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)矩；因為在轉(zhuǎn)子永 磁體的安裝方式是選擇嵌入式的，所以永磁體在被去磁后所帶 來的一系列的危險的可能性就會很小，因此電機能夠在更高的 旋轉(zhuǎn)速度下運行但是并不需要考慮轉(zhuǎn)子中永磁體是否會因為離 心力過大而被破壞。為了體現(xiàn)永磁同步電機的優(yōu)越性能，與傳統(tǒng)異步電機來進 行比較，永磁同步電機特別是最常用的稀土式的永磁同步電機 具有結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠性很高；體積非常的小，質(zhì)量特別的 輕；損耗也相對較少，效率也比較高；電機的形狀以及大小可 以

6、靈活多樣的變化等比較明顯的優(yōu)點。正是因為其擁有這么多 的優(yōu)勢所以其應用范圍非常的廣泛，幾乎遍及航空航天、國防、 工農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)和日常生活等的各個領(lǐng)域。永磁同步電動機與感 應電動機相比，可以考慮不輸入無功勵磁電流，因此可以非常 明顯的提高其功率因素，進而減少了定子上的電流以及定子上 電阻的損耗，而且在穩(wěn)定運行的時候沒有轉(zhuǎn)子電阻上的損耗， 進而可以因總損耗的降低而減小風扇(小容量的電機甚至可以 不用風扇)以及相應的風磨損耗，從而與同規(guī)格的感應電動機 相比較其效率可以提高 2-8個百分點。1.3永磁同步電機的數(shù)學特性先對永磁同步電機的轉(zhuǎn)速進行研究，在分析定子和轉(zhuǎn)子的磁動勢間的轉(zhuǎn)速關(guān)系時，假定轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速

7、為n r / min,所以轉(zhuǎn)子的磁動勢pn相應的轉(zhuǎn)速也為n r/min，所以定子的電流相應的頻率是f=,60 pnp 6060 因為定子旋轉(zhuǎn)的磁動勢的旋轉(zhuǎn)速度是由定子上的電流產(chǎn)生的， 所以應為60 f niP(i.i)可以看出轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度是與定子的磁動勢的轉(zhuǎn)速相等的。對于永磁同步電機的電壓特性研究，可以利用電動機的慣例來直接寫出它的電動勢平衡方程式? ? ?U Eo jldXdjqXq(1.2 )對于永磁同步電機的功率而言，同樣根據(jù)發(fā)電機的慣例能夠得到永磁同步電機的電磁功率為PMmUEosinXdU2m2si n2XqXd專業(yè)知識編輯整理WORD完美格式專業(yè)知識編輯整理WORD完美格式(1.

8、3)對于永磁同步電機的轉(zhuǎn)矩而言，在恒定的轉(zhuǎn)速1下，轉(zhuǎn)矩和功率是成正比的，所以可以得到以下公式FM mUE sin11冷m11sin22 1 Xq xd(1.4)專業(yè)知識編輯整理WORD完美格式第二章 永磁同步電機物理模型開環(huán)仿真2.1永磁同步電機模塊及仿真下面對永磁同步電機物理模型的開環(huán)進行仿真，在仿真之 前先介紹各個單元模塊，以便于對模型進行更好的仿真。 2.1.1物理單元模塊逆變器單元，逆變是和整流相對應的，它的主要功能是把直 流電轉(zhuǎn)變成交流電。逆變可以被分為兩類，包括有源逆變以及 無源逆變。其中有源逆變的定義為當交流側(cè)連接電網(wǎng)時，稱之 為有源逆變；當負載直接與交流側(cè)相連時，稱之為無源逆變

9、。以圖2-1的單相橋式逆變電路的例子來說明逆變器的工作 原理。S1ioUdS2負載UoS3S4圖2-1逆變電路圖2-1中S1-S4為橋式電路的4個臂，它們是 由電力電子器件及其 輔助電路組成的。當開關(guān) S1、S4閉合，S2、S3 斷開時，負載電壓 Uo為正；當S1、S4斷開，S2、S3閉合時，Uo 為負，其波形如圖2-2所示。專業(yè)知識編輯整理WORD完美格式專業(yè)知識編輯整理WORD完美格式圖2-2逆變電路波形專業(yè)知識編輯整理WORD完美格式通過這個方法，就可以把直流電轉(zhuǎn)變成交流電，只要改變 兩組開關(guān)相應的切換頻率，就可以改變交流電的輸出頻率。這 就是逆變器的工作原理。當負載是電阻時，負載電流i

10、 0和電壓u0的波形是相同的，相位也相同。當負載是阻感時，i 0的基波相位滯后于Uo的基波， 兩者波形的形狀也不同，圖2-2給出的是阻感負載時的i 0的波形。設(shè)ti時刻斷開S1、S4,同時合上S2、S3,則Uo的極性立刻 變?yōu)樨摰?。但是，正是因為負載中存在著電感，其中的電流極 性仍將維持原來的方向而不能立刻改變。這時負載電流會從直 流電源負極而流出，經(jīng)過 S2、負載和S3再流回正極，負載電感 中儲存的能量會向直流電源發(fā)出反饋信號，負載電流要逐漸減 小，到t 2時刻降到零，之后i °才開始并反向增大。S2、S3斷開， Si、S4閉合時的情況類似。上面是 S1-S4均為理想開關(guān)時的分 析

11、，實際電路的工作過程要比這更復雜一些。逆變電路根據(jù)直流側(cè)電源性質(zhì)的不同可以被分為兩種：直 流側(cè)為電壓源的稱為電壓型逆變電路；直流側(cè)為電流源的稱為 電流型逆變電路。它們也分別被稱為電壓源逆變電路和電流源 逆變電路。三相電壓型逆變電路是由三個單相逆變電路而組成的。在 三相逆變電路中三相橋式逆變電路應用的最為廣泛。如圖2-3所示的三相電壓型橋式逆變電路是采用IGBT作為開關(guān)器件的，因此可以很明顯的看出它是由三個半橋逆變電路組成的。專業(yè)知識編輯整理WORD完美格式專業(yè)知識編輯整理WORD完美格式V1JV3J2V5JUdVD1VD5NWVD2VD6VD3UdVD4V4圖2-3三相電壓型橋式逆變電路如圖2

12、-3所示的電路的直流側(cè)一般只用一個電容器就可以了，但是為了方便分析，畫出了串聯(lián)的兩個電容器并且標出假想的中點N，。單相半橋和全橋逆變電路是具有很多相似點的，三相電壓型橋式逆變 電路也是以180度的導電方式作為其基本的工作方式，同一半橋上下 兩個臂交替著導電，每相之間開始導電的角度以120度相錯開。這樣在任何時候，將會有三個橋臂同時導通。也可能是上面一個下面兩個，也可能是上面兩個下面一個同時導通。它之所以被稱為縱向換流是因 為每次換流都是在同一相上的兩個橋臂之間互換進行。逆變器的參數(shù)設(shè)置如圖 2-4所示雖 Block Parameters: Universal BridgeExideelink?

13、This block izujlenent a brLdtf of selected power electron:cs devices. Seriese clubber c lr suits ar & tin pajrall«l rl th a.;h ewlt :hv5 : =.PjasE 比電【£> forThn the 二nd卡 1 -z discz-etizd. Fez sztl-chj thsinternal inductance Lon. of dio-dss and thrrist-oxs shoxild be &st to- sstqP

14、arart frrE5nubb«x resistance 氏耳（Ctw&）專業(yè)知識編輯整理WORD完美格式Poer Electronic d*vict KDSFET / Diod»st艮3TI t.3S>MDSFET / DisdtE專業(yè)知識編輯整理WORD完美格式專業(yè)知識編輯整理WORD完美格式圖2-4逆變器模塊參數(shù)設(shè)置六路脈沖觸發(fā)器模塊，如圖2-5所示alpha_degABpulsesBCCABlackS/nchronized $-Pul&e Generator-圖2-5六路脈沖觸發(fā)器模塊同步六路脈沖發(fā)生器模塊可用于很多領(lǐng)域。六路脈沖觸發(fā)器的主要部

15、分是六個晶閘管。該模塊的輸出是一個六脈沖單獨同步的六晶閘管電壓 矢量。下面的圖表顯示了一個 0度的a角的六路脈沖。如圖 2-6所示圖2-6六路脈沖觸發(fā)器輸出的脈沖aipha_deg輸入一個 發(fā)射信號，以度的形式。該輸入可以連接到一個恒 定的模塊或者它可以連接到控制系統(tǒng)來控制發(fā)電機的脈沖AB 、 BC CA為輸入的ABC三相的線電壓Freq頻率的輸入端口，這種輸入應該連接到包含在赫茲的基本頻率， 恒定的模塊。Block六路脈沖觸發(fā)器的參數(shù)設(shè)置如圖2-7所示Function Parameters; Synchronized 6-Pulse Gener-atcrSnclironized c-pals

16、e genGratcr ：sa盂k .link.Use this block, to fire ths S thyriat-oxa of a 6-pulse converter. 7he utpLLt i e a. vez t d-t dJ c pu 1I? intiIvidually svnchioniz«ii onttiE 6 concmt已Itages. Pulses are gsrrsted aLpha deerees after th= inDiEasiriE 2eic-cideainEa of the cz-zctaticn valta££.PareF

17、t*cf sm；H.*；fLisatLcn rclTasa :： RA*il! «w'KCance.Eep圖2-7六路脈沖觸發(fā)器參數(shù)設(shè)置2.1.2永磁同步電機模型仿真結(jié)果本文在基于 Matlab下建立了永磁同步電機的開環(huán)電機模型 的仿真。PMSM勺參數(shù)設(shè)定為：電機的額定電壓為220V，額定電流為3A,額定機械轉(zhuǎn)速為3000 rpm,極對數(shù)為2,電磁輸出功率為900W, 定子阻抗為4.3 Q,直軸感抗為0.027H,交軸感抗為0.067H ,漏 磁通入f為0.272wb，轉(zhuǎn)動慣量J為0.00179kgm2,粘滯摩擦系數(shù) B為0。得到的仿真結(jié)果圖如圖2-9所示圖2-9電機轉(zhuǎn)速曲線

18、從圖中的曲線可以看出，電機轉(zhuǎn)速給定值為3000N ( pm),從電機起動開始，速度逐漸上升，達到給定值需要的時間比較長，換句話說 就是電機的響應時間較長，而且在達到穩(wěn)定值附近時的轉(zhuǎn)速波動也比 較大，可能是因為永磁同步電機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)很復雜，也可能是跟電機 沒有任何控制有關(guān)，希望在搭建了速度轉(zhuǎn)矩雙閉環(huán)控制后的轉(zhuǎn)速的響 應時間能縮短，達到給定值附近時的上下波動能減小轉(zhuǎn)矩的結(jié)果如圖2-10所示0data'0-J_Jiu BUB1.ik_L (>L.41 k -1 _.如1l,-川 r-1 -11 F/ !)0-vElectromag netic torque Te (N*m)>-1

19、1.522.533.544.510.5專業(yè)知識編輯整理WORD完美格式圖2-10永磁同步電機轉(zhuǎn)矩曲線從圖中可以看出，在永磁同步電機起動后轉(zhuǎn)矩的值在零的 附近波動，波動范圍還是比較大，產(chǎn)生波動的主要原因還是電 機復雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以及在沒有任何控制的情況下才出現(xiàn)的， 希望在搭建成速度轉(zhuǎn)矩雙閉環(huán)控制下可以使其波動的范圍減 小，無限的接近于零。電流的仿真結(jié)果如圖 2-11所示vStator current is_a (A)>圖2-11永磁同步電機電流曲線對于永磁同步電機開環(huán)物理模型仿真的電流，電流在電機 開始運行時電流會在短時間內(nèi)上升并振蕩，但很快就接近與零 值并且在零值附近波動。第三章永磁同步

20、電機雙閉環(huán)仿真3.1永磁同步電機雙閉環(huán)仿真模型在MATLABF的SIMULINK環(huán)境中，利用其中的各種模塊，建立了永磁同步電機雙閉環(huán)控制系統(tǒng)仿真模型。該系統(tǒng)是由PI控制器構(gòu)成的速度環(huán)和滯環(huán)電流控制器建立的電流環(huán)共同控制的 雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。通過給定轉(zhuǎn)速與實際轉(zhuǎn)速的比較產(chǎn)生的誤差， 將產(chǎn)生的誤差信號送入 PI控制器，再由PI控制器送達轉(zhuǎn)速控 制模塊。并通過坐標變換產(chǎn)生的參考電流，與PMSM輸出的實際電流相比較，再通過橋路逆變器產(chǎn)生輸入PMSM勺三相電壓，經(jīng)過坐標變換后直接輸入到 PMSM本體控制其運行。最終達到在利 用雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制下能夠?qū)崿F(xiàn)實際轉(zhuǎn)速與期望轉(zhuǎn)速相一 致的目的。根據(jù)模塊化的思想

21、，我們可以將系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)劃分為以下 幾 個 主 要 部 分：PMSM電機本體模塊，轉(zhuǎn)速控制模塊，轉(zhuǎn)矩控制模塊，坐標變換模塊，電流控制模塊， 電壓逆變模塊O3.1.1 PMSM本體模塊在整個仿真過程中，電機本體模塊是其中最重要的模塊之 一。根據(jù)公式可得到永磁同步電機的機械轉(zhuǎn)速以及電子轉(zhuǎn)速公 式：dtTe Tl專業(yè)知識編輯整理WORD完美格式> 7專業(yè)知識編輯整理WORD完美格式(3.1)而Prm2(3.2)（P為極對數(shù)）則可以建立如下的電機本體模塊，如圖3-2所示:VdwrT->LqProductSumidLd.s+Rsout_1LqVqSum 1Product 1Sum 2LqL

22、qin_3YfYfTL4pJSum 4p1/JIn tegratorTran sfer FeniqLq.s+RsTra nsfer Fen 1Ld -K-Ld -LqYfYf1out_2Sum 3*1-K-Product 2Te431.5*p1out_3 1/sSwitchwrout_4 1/spos.0 Iwr=0 if wr <0In tegratorout_5YdYq廣6J out_6out_7圖3-1 PMSM電機本體模塊3.1.2轉(zhuǎn)速控制模塊> 7專業(yè)知識編輯整理WORD完美格式轉(zhuǎn)速控制模塊是由比例積分控制器根據(jù)比例積分控制原理建立的，如圖3-3所示的比例積分PI控制模塊

23、。在本體模塊中取的比例積分為0.5，積分增益為0.01，定子電流輸出的限幅為-5,5。曲"LimitedI MigratorSaturaticnout!圖3-2 PI控制模塊3.1.3轉(zhuǎn)矩控制模塊本次仿真是以常量轉(zhuǎn)矩控制為轉(zhuǎn)速控制的方式，即當實際轉(zhuǎn)速小于額定的轉(zhuǎn)速時，取交軸期望電流iq與提供的定子電流Is相等，而直軸的期望電流id大小為0，角 =90。貝V3 PTe 3 2 fiq（3.3）由此可以看出轉(zhuǎn)矩與電機交軸電流之間存在一定的線性關(guān) 系。在仿真過程中是由程序?qū)崿F(xiàn)的，轉(zhuǎn)矩控制模塊也是根據(jù)以 上的原理建立的。3.1.4坐標變換模塊在仿真中，主要有4個坐標變換的模塊：兩相旋轉(zhuǎn)坐標系

24、 向兩相靜止坐標系變換（dq到一）兩相靜止的坐標系 向三相坐標是變換（- 到abc）,以及三相坐標系向兩相靜止坐標系變換（abc到 -）兩相靜止坐標系向兩相旋轉(zhuǎn)坐 標變換（- 到d q）,同類變換的電壓 和電流變換式相同。相應的坐標變換公式如下所示： 兩相旋轉(zhuǎn)坐標系向靜止坐標系變換:(3.4)ii d cosiq sin（3.5）iid siniq cos兩相靜止坐標系向三相坐標系變換(3.6)ia io i.1 . ib io ix 3i(3.7)2.1 .ici02i 3i專業(yè)知識編輯整理WORD完美格式專業(yè)知識編輯整理WORD完美格式(3.8 )相應的反變換為:ia1 ibic(3.9)

25、lb(3.10 )idCOSsin(3.11)lqsincos(3.12 )根據(jù)坐標變化公式（一）可以建立如圖 3-3、圖3-4、圖 3-5、圖3-6的坐標變換模塊。專業(yè)知識編輯整理WORD完美格式專業(yè)知識編輯整理WORD完美格式Product 3專業(yè)知識編輯整理WORD完美格式專業(yè)知識編輯整理WORD完美格式圖3-3 d q到坐標變換專業(yè)知識編輯整理WORD完美格式專業(yè)知識編輯整理WORD完美格式專業(yè)知識編輯整理WORD完美格式專業(yè)知識編輯整理WORD完美格式圖34 a B到abc坐標變換專業(yè)知識編輯整理WORD完美格式專業(yè)知識編輯整理WORD完美格式in 12in 23in 3Gain 1

26、out 2Sum 11專業(yè)知識編輯整理WORD完美格式專業(yè)知識編輯整理WORD完美格式圖3 5 abc到a B坐標變換ininProduct3專業(yè)知識編輯整理WORD完美格式專業(yè)知識編輯整理WORD完美格式圖36 a B至U d q坐標變換3.1.5電流控制模塊對于電流控制方式而言，米用的是滯環(huán)控制。首先確定一一 個期望值，根據(jù)滯環(huán)的帶快要在期望值的兩側(cè)來確定一個范圍， 當實際輸出電流達到滯環(huán)寬度以上的時候，就會輸出高值信號， 從而達到對輸出電流調(diào)節(jié)的目的。滯環(huán)控制器的模塊是根據(jù)滯環(huán)控制原理搭建的，如圖3-7所示。在圖3-7中首先將實際電流與期望電流進行比較后產(chǎn)生 誤差，再經(jīng)過滯環(huán)控制器后產(chǎn)生

27、三相電壓信號。然后經(jīng)過數(shù)據(jù) 邏輯非運算器器件和類型變換裝置產(chǎn)生IGBT橋路6個IGBT管的門極脈沖信號。因同一相上的橋臂的管子觸發(fā)脈沖是相反的， 所以只要在原來的三相脈沖信號上加上邏輯非即可構(gòu)成相應的 6路脈沖觸發(fā)信號，控制各個IGBT管的導通以及關(guān)閉。在本次仿真中，滯環(huán)的寬度設(shè)為0.1當期望電流與實際電流的誤差不小于滯環(huán)帶的寬度時，滯環(huán)控制器即開通，輸出值 為1，當誤差小于滯環(huán)寬度的負值時，滯環(huán)控制器即關(guān)斷，輸出圖3 7滯環(huán)控制器結(jié)構(gòu)3.1.6電壓逆變器模塊電壓源逆變器如圖3-8所示，根據(jù)3.1.5小結(jié)小節(jié)中我們 研究的電流控制器，它能夠產(chǎn)生出IGBT的門極信號，并且通過這個信號來控制每個I

28、GBT管的導通以及關(guān)斷。由直流電源產(chǎn)生 的三相電流與三相實際電流值同時作用在負載上，根據(jù)誤差的 大小來產(chǎn)生輸入到 PMSM勺三相電壓Vabc,通過這個產(chǎn)生出來的 三相電壓來調(diào)節(jié) PMSM勺實際轉(zhuǎn)速也能同時調(diào)節(jié)交直軸的電流， 最終達到實際值與期望值相等的目的。這個逆變橋的IGBT管是選用的IRGIB10B60KD1。為了得到相對更好的電流波形，要在 IGBT橋路三相電流輸出端加上一個濾波器，右邊的負載電阻全 取為1 ,直流電壓為20V,左下角獨立的部分是IGBT橋路中流 經(jīng)IGBT管的電流以及電壓的測量裝置，可通過它得到流經(jīng)每個 IGBT管的電壓和電流，要想得到IGBT管上的損耗功率只需將同 一

29、個IGBT管的電壓電流和電壓相乘即可，要想得到在一段時間 內(nèi)單個IGBT管上的消耗功率的總和，可以在功率輸出端放上一 個積分器輸出值即可得到。3Is+ |CM4DC1 labcPWMIGBT InverterAABBMultimeterScope 21k. Iabc outCM3Scope1* speed 1Iabc 1R4R5Product 1Scope 3+ vR3CCS2專業(yè)知識編輯整理WORD完美格式專業(yè)知識編輯整理WORD完美格式圖3 8電壓逆變器結(jié)構(gòu)專業(yè)知識編輯整理WORD完美格式3.2仿真結(jié)果Sampling block圖3-9整體仿真框圖本文基于 MATLAB中的SIMULIN

30、K建立出了永磁同步電機 的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的電機模型，這是一種新的電壓變換結(jié)構(gòu)及 電流控制方法，以此方法為基礎(chǔ)對此雙閉環(huán)模型進行了實際的 仿真。PMSM勺參數(shù)設(shè)定如下：電機的額定電壓為220V，額定電流為3A,額定機械轉(zhuǎn)速為1700rpm，極對數(shù)為2,電磁輸出功率 為900W定子阻抗 4.3 ，直軸感抗為 0.027H，交軸感抗 0.067H 漏磁通f為0.272wb，轉(zhuǎn)動慣量J為0.00179kg m2,粘滯摩擦系 數(shù)B為0.本次仿真就是為了驗證所設(shè)計的PMSM雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的仿真模型的靜、動態(tài)性能是否得到改善，是否達到預想的結(jié)果以 及系統(tǒng)空載啟動的性能是否良好它的優(yōu)越性能否體現(xiàn)出來，系 統(tǒng)先

31、是在空載情況下啟動，在t=0.4s時突加負載2Nm可以得到系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、直軸交軸電流以及A相電流的仿真曲線。給定參考轉(zhuǎn)速為200rad/s，滯環(huán)寬度取為0.1。圖3-10永磁同步電機雙閉環(huán)控制轉(zhuǎn)速專業(yè)知識編輯整理WORD完美格式專業(yè)知識編輯整理WORD完美格式圖3.11永磁同步電機雙閉環(huán)控制轉(zhuǎn)矩圖3.12永磁同步電機雙閉環(huán)iq電流曲線專業(yè)知識編輯整理WORD完美格式專業(yè)知識編輯整理WORD完美格式500-500.30.40.50.60.70.80.9di 仙圖3.13永磁同步電機雙閉環(huán)id電流曲線-50fnecdsri- I0.30.40.50.60.70.80.9專業(yè)知識編輯整理WORD完

32、美格式專業(yè)知識編輯整理WORD完美格式圖3.14永磁同步電機雙閉環(huán)i電流曲線通過上面的仿真圖可以很明顯的看出：在給定的參考轉(zhuǎn)速不 變的情況下，系統(tǒng)從接收到信號到能夠響應需要的時間很短并 且上下的波動不是很大總體來看還是很平穩(wěn)的，在起動階段系 統(tǒng)是保持轉(zhuǎn)速恒定的，并且在空載穩(wěn)定速度下運行時，不考慮 系統(tǒng)的摩擦轉(zhuǎn)矩，因此此時的電磁轉(zhuǎn)矩的平均值為零，交軸和 直軸電流以及相電流的平均值也接近為零。在突然加上負載后， 轉(zhuǎn)速發(fā)生了突然的下降，但是又能比較快的恢復到穩(wěn)定的狀態(tài)， 穩(wěn)態(tài)運行時轉(zhuǎn)速沒有靜差，但突然加上負載后，電磁轉(zhuǎn)矩就會 略有增大，這是由于開關(guān)的頻繁切換所造成的。穩(wěn)態(tài)時，電磁 轉(zhuǎn)矩等于負載轉(zhuǎn)矩，

33、直軸電流的平均值為零，交軸電流均值增 大，相電流為正弦波形，這很符合永磁同步電機的特性。仿真 結(jié)果表明電機的動靜態(tài)性能比較好，得到仿真之前預期的目的， 說明建模仿真的方法是比較理想的，是正確的。第四章 永磁同步電機開環(huán)和雙閉環(huán)仿真比較通過第二章的研究和分析，可以看出永磁同步電機在開環(huán)的 運行形式下，得到的轉(zhuǎn)矩、電流、轉(zhuǎn)速的波形跟我們想要的效 果有很大的差距，其中會出現(xiàn)從起動開始，達到穩(wěn)定的時間比 較長，而且到達穩(wěn)定時的效果也比較差，波形很明顯。這主要 是由于開環(huán)運行的條件下系統(tǒng)普遍存在的問題較多（1）在開環(huán)系統(tǒng)中，各種參數(shù)間相互之間影響并且互相制 約著，所以很難再對調(diào)節(jié)器的參數(shù)進行更好的調(diào)整，

34、因而系統(tǒng) 的動態(tài)性能的缺陷很明顯，在這種情況下不是很理想。（2）任何擾動在轉(zhuǎn)速出現(xiàn)偏差后也無法調(diào)整，因而轉(zhuǎn)速動 態(tài)降落較大。相對開環(huán)來講在第三章研究的永磁同步電機的雙閉環(huán)控制 系統(tǒng)就對電機調(diào)節(jié)的優(yōu)勢就很明顯，如仿真結(jié)果表明：對永磁 同步電機雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的仿真結(jié)果進行波形分析，可以很清 楚的看到其的合理性，并且系統(tǒng)能夠在非常平穩(wěn)的狀態(tài)下運行， 跟開環(huán)控制系統(tǒng)相比較而言它具有較好的靜、動態(tài)特性，能夠 達到我們所期望的目的。所以我們可以得出以下結(jié)論，采用該 PMSM雙閉環(huán)控制系統(tǒng)模型仿真，可以非常便捷地觀察出它和開 環(huán)情況下永磁同步電機相比較的優(yōu)越性，實現(xiàn)同時也能很準確 的驗證其算法是否合理，只需要對其中一部分的功能模塊進行 替換或者是合理的適當?shù)男薷模湍軌驅(qū)崿F(xiàn)對控制策略的更換 或改進，不僅可以間斷對方案的設(shè)計周期進行控制，而且還能 快速驗證所設(shè)計的控制算法是否正確是否合理，更優(yōu)越的地方 是能夠充分地利用計算機仿真的優(yōu)越性。通過修改系統(tǒng)的參數(shù) 變量或人為的加入不同擾動因素來考察在各種不同的試驗條件 下電機系統(tǒng)的動、靜態(tài)性能，或者是模擬相同的試驗條件，通 過各種參數(shù)或者不同的波形來比較不同的控制策略的優(yōu)勢和劣 勢，為分析和設(shè)計不同的永磁同步電機控制系統(tǒng)提供了更為有 效的手段和工具，也給為了實際電機控制系統(tǒng)的設(shè)計以及調(diào)試 提供了新的思路。在雙閉環(huán)系統(tǒng)中應用到了直接轉(zhuǎn)矩控制原理。直接