永磁同步電機直接轉(zhuǎn)矩控制理論體系

1、永磁同步電機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)學(xué)生：萬東靈班級：研1664學(xué)號：166001010405主要內(nèi)容主要內(nèi)容2 1、永磁同步電機的直接轉(zhuǎn)矩控制的發(fā)展過程2、正弦波永磁同步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)理論建立3、4、5、6、永磁同步電機的直接轉(zhuǎn)矩控制的發(fā)展過程永磁同步電機的直接轉(zhuǎn)矩控制的發(fā)展過程3 在上個世紀(jì)70年代,電機調(diào)速技術(shù)出現(xiàn)了一個質(zhì)的躍變,那就是出現(xiàn)了矢量控制技術(shù),這個技術(shù)的出現(xiàn)意味著直流電機稱霸天下局面的結(jié)束,因為交流電機調(diào)速已經(jīng)可能完全達到直流電機那樣好的調(diào)速性能. 矢量控制技術(shù)的出現(xiàn)打破了原本已經(jīng)思想僵化的調(diào)速領(lǐng)域,在這之后出現(xiàn)許多的調(diào)速方案,這些方案基本上都是在模仿矢量控制解耦的思路.這些

2、方案中有一個方案得到了人們的注意. 這個方案就是在1985年前后推出的直接轉(zhuǎn)矩控制方案,這個技術(shù)是由德國魯爾大學(xué)Depenbrock教授和日本I.Takahashi教授在1986年前后分別提出的?？蛇@兩個方案（DSC和DTC）都是針對異步電動機提出的，然而它并不能廣泛的應(yīng)用于除異步電動機之外的電機。 就在直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)在異步電動機上應(yīng)用成功后，人們自然而然的想把它應(yīng)用到永磁同步電機上。然而，事情并沒有人們想象的那樣的一帆風(fēng)順，無數(shù)人在上面傾注了十年的時間卻并沒有取得成功。雖然在這十年的時間里也有聲稱解決了正弦波永磁同步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的問題，但經(jīng)過考證之后便會發(fā)現(xiàn)這并不是真正的直接轉(zhuǎn)矩

3、控制技術(shù)，因為這兩篇論文在學(xué)矢量控制控制電流來間接的控制直接電磁轉(zhuǎn)矩,而不是在用空間電壓矢量去直接控制電磁轉(zhuǎn)矩.4 直到1996年在澳大利亞新南威爾士大學(xué)和中國南京航空航天大學(xué)的研究小組共同努力下，他們在正弦波永磁同步電動機中找到一個“負載角”這個物理量替代了異步電動機中轉(zhuǎn)差，模仿異步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制，將定子磁鏈控制成恒定值，這才真正實現(xiàn)正弦波永磁同步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制。 在1996年時的研究認(rèn)為的永磁同步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制不能夠采用零矢量，只能采用六個非零電壓矢量，這個觀點是錯誤的。到2002年的時候在國際會議上已經(jīng)校正了這個錯誤。 接下來將主要對正弦波永磁同步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)理論做

4、個介紹。 永磁同步電動機坐標(biāo)系正弦波永磁同步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)理論正弦波永磁同步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)理論建立 5 想要建立正弦波永磁同步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制理論首先需要明白的是什么樣的控制才能叫直接轉(zhuǎn)矩控制。只有能使電磁轉(zhuǎn)矩變化最快的控制方案才能叫直接轉(zhuǎn)矩控制。此外還需要做到以下的幾項工作才能真正建立正弦波永磁同步電動機DTC控制理論: 1)找到一個和電磁轉(zhuǎn)矩密切相關(guān)的物理量并且這個物理量能像異步電動機中轉(zhuǎn)差一樣控制電磁轉(zhuǎn)矩. 2)推導(dǎo)出以尋找物理量為變量的正弦波永磁同步電機電磁轉(zhuǎn)矩 的微分表達式,要找到這個物理量影響電磁轉(zhuǎn)矩變化的規(guī)律,以便找到使 變化最快的控制策略. 3)要找到用空間電

5、壓矢量直接去快速控制該物理量的方法. 現(xiàn)在我們已經(jīng)知道影響電磁轉(zhuǎn)矩變化最快的物理量就是負載角,這個負載角就是定子磁鏈與轉(zhuǎn)子磁鏈的夾角. eTeTeT正弦波永磁同步電動機與負載角的關(guān)系正弦波永磁同步電動機與負載角的關(guān)系 fsddsdiL22sqsdssqqsqiLsqrsdsdsdsddtdiRusdrsqsdsqsqdtdiRu以下是正弦波永磁同步電機在轉(zhuǎn)子dq坐標(biāo)系下，電機的磁鏈、電壓、轉(zhuǎn)矩的表達式為7 22sqsduuus)(23sdsqsqsdeiipT)(tan)/(tan11fddqqsdsqiLiL由永磁同步電動機坐標(biāo)系圖可知，負載角的表達式8 d-q坐標(biāo)系中的物理量通過旋轉(zhuǎn)變換到

6、x,y坐標(biāo)系，在x,y坐標(biāo)系下的定子磁鏈 sincoscossincossincossincossincossinsincos2222fyxqdqdqdqdyxiiLLLLLLLL2sin)(2cos)()(sin2qdqdqdfxLLLLLLi2sin)(sin221qdsqfqdyLLLLLi因為定子磁鏈?zhǔn)前凑誼軸定向，有0sy可以推出X，Y坐標(biāo)系下定子電流 由永磁同步電機坐標(biāo)系圖可得出負載角和定子磁鏈的表達式ssqsinssdcos由以上關(guān)系式可推導(dǎo)出電動機轉(zhuǎn)矩表達式 從上面這個式子中可看出可控變量只有負載角和定子磁鏈s兩個,并且這兩個變量都可以用空間電壓矢量來改變. 上面的電磁轉(zhuǎn)矩公式

7、是凸極式 永磁同步電機的電磁轉(zhuǎn)矩,它的Ld Lq .而隱極式永磁同步電動機可看成正弦波永磁同步電動機的一種特殊情況,此時Ld = Lq = Ls ,將它帶入上面的電磁轉(zhuǎn)矩公式,得隱極式 永磁同步電動機電磁轉(zhuǎn)矩 2sin)(sin243qdsqfsqdeLLLLLpT)sin(23sin230tLpLpTsffssfsse10 由隱極式永磁同步電機的電磁轉(zhuǎn)矩表達式可知，當(dāng)定子磁鏈保持恒定時負載角從0900變化時電磁電磁轉(zhuǎn)矩隨著負載角的增大而增大 ，且負載角為900電磁轉(zhuǎn)矩達到最大。 正弦波永磁同步電動機電磁轉(zhuǎn)矩的微分與負載角的關(guān)系正弦波永磁同步電動機電磁轉(zhuǎn)矩的微分與負載角的關(guān)系 為了找到使電磁變

8、化最快的控制策略，就必須推導(dǎo)出以負載角為變量的正弦波永磁同步電動機電磁轉(zhuǎn)矩的微分表達式。在微分前將定子磁鏈幅值控制成常數(shù)，這個是模仿異步電動機的。 1）隱極式永磁同步電機 當(dāng)定子磁鏈幅值恒定時對隱極式電磁轉(zhuǎn)矩公式兩邊求導(dǎo)，在t=0時的電磁轉(zhuǎn)矩增長率 cos230sffssteLpdtdT 從上式可以看出，想要使電磁轉(zhuǎn)矩變化速度最快，就必須在硬件和外界允許的下使變化最快，這是正弦波永磁同步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制的重要法則。11 2)凸極式永磁同步電動機凸極式永磁同步電動機 由于正弦波永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子磁鏈幅值恒定，當(dāng)定子磁鏈幅值被控制恒定后，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩僅與負載角有關(guān)，對凸極式永磁同步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩公式兩邊求導(dǎo)可得2cos)(2cos243qdssfqfsqdeLLLLLpdtdTsfsfsqdLLp2cos)11(cos23 上式表明，電動機轉(zhuǎn)矩變化負載角速度有關(guān)，還受電動機凸極式永磁同步電動機的凸極系數(shù)的影