三相永磁同步電機的控制

1、三相永磁同步電機的控制王偉華三相永磁同步電機的控制 基礎知識基礎知識 矢量控制 弱磁 SVPWM磁動勢磁路歐姆定律勵磁磁鏈與勵磁電感漏磁鏈、漏電感、總磁鏈自感電壓方程磁能與磁共能磁能與磁共能互感全磁鏈磁能磁能機電能量轉(zhuǎn)換機電能量轉(zhuǎn)換機電能量轉(zhuǎn)換機電能量轉(zhuǎn)換機電能量轉(zhuǎn)換機電能量轉(zhuǎn)換機電能量轉(zhuǎn)換機電能量轉(zhuǎn)換三相同步電機電磁轉(zhuǎn)矩三相同步電機電磁轉(zhuǎn)矩(1-75)(1-76)空間矢量定子磁動勢矢量定子磁動勢矢量定子磁動勢矢量定子磁動勢矢量定子電流矢量定子電流矢量定子電流矢量定子電壓矢量定子磁鏈矢量三相永磁同步電機的控制 基礎知識 矢量控制矢量控制 弱磁 SVPWM轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)及物理模型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)及物理模型面裝

2、式三相永磁同步電機矢量方程面裝式三相永磁同步電機矢量方程面裝式三相永磁同步電機矢量方程面裝式三相永磁同步電機矢量方程面裝式三相永磁同步電機矢量方程面裝式三相永磁同步電機矢量方程面裝式三相永磁同步電機電磁轉(zhuǎn)矩矢量方程坐標變換和矢量變換1靜止靜止ABC 軸系到靜止軸系到靜止DQ 軸軸系的坐標變換坐標變換和矢量變換1靜止ABC 軸系到靜止DQ 軸系的坐標變換坐標變換和矢量變換1靜止ABC 軸系到靜止DQ 軸系的坐標變換坐標變換和矢量變換 2靜止DQ 軸系到任意同步旋轉(zhuǎn)MT 軸系的變換坐標變換和矢量變換 2靜止DQ 軸系到任意同步旋轉(zhuǎn)MT 軸系的變換坐標變換和矢量變換 2靜止DQ 軸系到任意同步旋轉(zhuǎn)M

3、T 軸系的變換面裝式三相永磁同步電機基于轉(zhuǎn)子磁場的轉(zhuǎn)矩控制面裝式三相永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)面裝式三相永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)面裝式三相永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)凸極式三相永磁同步電機定子磁鏈和電壓方程凸極式三相永磁同步電機定子磁鏈和電壓方程凸極式三相永磁同步電機定子磁鏈和電壓方程將（將（3-29）、（）、（3-30）代入為）代入為凸極式三相永磁同步電機定子磁鏈和電壓方程凸極式三相永磁同步電機電磁轉(zhuǎn)矩方程三相永磁同步電機的控制 基礎知識 矢量控制 弱磁弱磁 SVPWM電壓極限橢圓和電流極限橢圓電壓極限橢圓和電流極限橢圓電壓極限橢圓和電流極限橢圓定子電流最優(yōu)控制定子電流最優(yōu)控制最大轉(zhuǎn)矩/電流比控制

4、 距離原點O越遠的等轉(zhuǎn)矩曲線對應的轉(zhuǎn)矩值越大； 在每條等轉(zhuǎn)矩曲線上總存在距離原點最近的點，將這些點連成線記為曲線AO。 由于工作點到原點的距離表示電機在該點工作時定子電流的幅值，因此輸出相同轉(zhuǎn)矩條件下，電機工作在曲線AO上需要的定子電流幅值最小。 電機在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)工作時，若控制電機工作在曲線AO上，則稱為最大轉(zhuǎn)矩電流比控制。-22-18-14-10 -6 -226 10 14 18 22-20-16-12-8-4048121620id(A)iq(A)OA Te=12 Te=6 電流極限圓電流極限圓 定子電流最優(yōu)控制最大功率輸出控制 為擴展PMSM 的速度范圍可以采取弱磁控制，在弱磁運行區(qū)，電動機

5、通常做恒功率輸出，也可以要求其輸出功率最大。 對功率表達式（略）求極大值，并考慮電壓約束，可推導出在電壓極限下，滿足這一最優(yōu)控制的定子電流矢量。定子電流最優(yōu)控制最大功率輸出控制圖3-28 弱磁控制與定子電流最優(yōu)控制弱磁控制與定子電流最優(yōu)控制a) 面裝式面裝式b) 內(nèi)裝式內(nèi)裝式定子電流最優(yōu)控制最大功率輸出控制弱磁控制弱磁控制弱磁控制弱磁控制三相永磁同步電機的控制 基礎知識 矢量控制 弱磁 SVPWMSVPWMPWM控制理論基礎控制理論基礎 面積等效原理是PWM控制技術的理論基礎。tf(t)(c)0tf(t)(d)0tf(t)(b)0(a)0(t)f(t)t圖1 沖量相同而形狀不同的窄脈沖信號00

6、.0120.0240.0360.0480.060306090120時 間輸出 abcd圖2 不同脈沖信號的響應曲線PWM控制理論基礎控制理論基礎 根據(jù)面積等效原理，可以用一系列的脈沖來代替三相永磁同步電機所需要的正弦電壓?？梢宰C明，圖3中兩種波形作用在慣性環(huán)節(jié)上的效果基本相同，可以進行等效代替。00.20.40.60.81050100時 間電壓00.20.40.60.810時 間電壓Vdc圖3 正弦波形電壓等效基本電壓矢量基本電壓矢量圖4 逆變器的簡化電路圖5 某相逆變橋上下橋臂開關狀態(tài)信號基本電壓矢量基本電壓矢量（三相對稱繞組的中性點為N，流過中性點的電流為0）圖6 開關狀態(tài)為(1，0，0)

7、時的等效電路圖基本電壓矢量基本電壓矢量 根據(jù)公式（1)可得到該狀態(tài)下相繞組的電壓分別為： 對三相繞組上的電壓進行矢量合成：圖7 繞組電壓關系基本電壓矢量基本電壓矢量圖8 基本電壓矢量SVPWM基本原理 空間矢量脈寬調(diào)制(Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM) 當三相永磁同步電機以三相對稱正弦電壓供電時，會在氣隙中產(chǎn)生以相同角速度旋轉(zhuǎn)的磁鏈，旋轉(zhuǎn)軌跡為圓形，稱為基準磁鏈圓。 SVPWM將電機和逆變器看成一個整體，通過控制逆變器開關的通斷產(chǎn)生不同的基本電壓矢量，進而合成指令電壓矢量，電壓矢量產(chǎn)生磁鏈，用實際產(chǎn)生的磁鏈去逼近理想的基準磁鏈圓。SVPWM基本原理 電壓磁鏈之間的關系為： 如果忽略定子繞組的電阻，磁鏈和電壓之間的關系可以近似表示為： 當磁鏈矢量在空間旋轉(zhuǎn)一周時，電壓矢量也連續(xù)地按磁鏈圓的切線方向運動2弧度，其軌跡與磁鏈圓重合。這樣，電動機旋轉(zhuǎn)磁場的軌