永磁電機(jī)矢量控制技術(shù)與應(yīng)用課件

主要內(nèi)容一、矢量控制基礎(chǔ)——由來、趨勢、矢量含義、坐標(biāo)變換、基本思想二、永磁電機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型與基本控制方法——假定條件與狀態(tài)方程、基本特性、控制方法三、永磁電機(jī)矢量控制系統(tǒng)與分析——系統(tǒng)框圖、各部分說明四、永磁電機(jī)矢量控制系統(tǒng)在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用1矢量控制基礎(chǔ)——矢量控制技術(shù)的由來交流變頻技術(shù)發(fā)展過程按其控制方式可分為四代：第1代——V/f恒定和正弦脈寬調(diào)制(SPWM)控制第2代——電壓空間矢量控制(又稱SVPWM、磁通軌跡法)第3代——矢量控制第4代——直接轉(zhuǎn)矩控制矢量控制硬件基礎(chǔ)：20世紀(jì)60年代起，微處理器、大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)、快速電力半導(dǎo)體變流裝置迅速發(fā)展；

矢量控制理論基礎(chǔ)：20世紀(jì)70年代初期兩項(xiàng)突破性研究成果：德國西門子F．Biaschke等提出的“感應(yīng)電機(jī)磁場定向的控制原理”；美圍P.C．Custman等申請專利“感應(yīng)電機(jī)定子電壓的坐標(biāo)變換控制”；2高壓大容量矢量控制變換裝置的研制：多電平，10MVA

數(shù)字電流控制系統(tǒng)的高速化；

電機(jī)的非線性補(bǔ)償：參數(shù)飽和，鐵耗估算與補(bǔ)償

最大效率控制；

調(diào)速范圍拓展；

參數(shù)的在線檢測；

無位置傳感器的矢量控制速度觀測：MRAS矢量控制基礎(chǔ)——永磁電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展方向3三相/2相變換：根據(jù)變換前后功率不變的約束條件，以定子電流為例：矢量控制基礎(chǔ)——坐標(biāo)變換5旋轉(zhuǎn)變換：根據(jù)變換前后功率不變的約束條件，以定子電流為例：矢量控制基礎(chǔ)——坐標(biāo)變換6矢量控制基礎(chǔ)——圖解各變量之間關(guān)系7永磁電機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型與基本控制方法

——假定條件與狀態(tài)方程以三相兩極永磁無刷電機(jī)為例，分析永磁無刷電機(jī)的一般化數(shù)學(xué)模型，并作如下假設(shè)：（1）定子繞組Y形接法，三相繞組對稱分布，各繞組軸線在空間互差120o；（2）忽略定子鐵心和轉(zhuǎn)子鐵心的渦流損耗和磁滯損耗；（3）采用飽和參數(shù)近似計(jì)算磁路飽和效應(yīng)的影響；（4）定子繞組參數(shù)不隨溫度和頻率變化。9定子電壓方程矩陣形式：永磁電機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型與基本控制方法

——假定條件與狀態(tài)方程10能量法：永磁無刷電機(jī)運(yùn)行時(shí)，當(dāng)外電源注入電機(jī)的電流恒定，電機(jī)的軸輸出功率和定子磁場中能量的增量分別等于外電源注入電機(jī)的凈功率的一半：虛位移原理：保持三相定子電流不變時(shí)，采用電角度代替廣義位移時(shí)，廣義力便為電機(jī)的軸輸出電磁轉(zhuǎn)矩：永磁電機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型與基本控制方法

——假定條件與狀態(tài)方程11經(jīng)坐標(biāo)變換，得到：永磁電機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型與基本控制方法

——假定條件與狀態(tài)方程13直軸電感：交軸電感：電壓方程：轉(zhuǎn)矩方程：永磁電機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型簡化為：定義：永磁電機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型與基本控制方法

——假定條件與狀態(tài)方程14Ld=Lq：Ld<Lq：電流極限圓電壓極限橢圓恒轉(zhuǎn)矩曲線永磁電機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型與基本控制方法

——基本特性15

1、Id=0控制：永磁電機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型與基本控制方法

——基本控制方法172、最大轉(zhuǎn)矩/電流比控制：永磁電機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型與基本控制方法

——基本控制方法183、恒功率弱磁控制：永磁電機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型與基本控制方法

——基本控制方法19經(jīng)典永磁電機(jī)矢量控制系統(tǒng)（SPM電機(jī)）永磁電機(jī)矢量控制系統(tǒng)與分析

——系統(tǒng)框圖21經(jīng)典永磁電機(jī)矢量控制系統(tǒng)（IPM電機(jī)）永磁電機(jī)矢量控制系統(tǒng)與分析

——系統(tǒng)框圖22電壓補(bǔ)償式永磁電機(jī)矢量控制系統(tǒng)（IPM電機(jī)）永磁電機(jī)矢量控制系統(tǒng)與分析

——系統(tǒng)框圖23為直流電源（V）；為中間直流回路支撐（濾波）電容（F）；為6個(gè)功率開關(guān)管；為6個(gè)續(xù)流二極管；電壓方程：轉(zhuǎn)矩方程：永磁電機(jī)矢量控制系統(tǒng)與分析

——三相逆變器與永磁電機(jī)系統(tǒng)25永磁電機(jī)矢量控制系統(tǒng)與分析

——旋轉(zhuǎn)變壓器26永磁電機(jī)矢量控制系統(tǒng)與分析

——坐標(biāo)變換27永磁電機(jī)電壓方程：電壓解耦控制環(huán)節(jié)：控制電壓量：永磁電機(jī)矢量控制系統(tǒng)與分析

——電壓前饋控制29永磁電機(jī)矢量控制系統(tǒng)與分析

——電流PI調(diào)解器一般式：抗飽和式：30永磁電機(jī)矢量控制系統(tǒng)與分析

——SVPWM（1）設(shè)置電壓參考值（2）判斷扇區(qū)31永磁電機(jī)矢量控制系統(tǒng)與分析

——SVPWM（3）計(jì)算電壓運(yùn)行時(shí)間（4）按扇區(qū)進(jìn)行分配32永磁電機(jī)矢量控制系統(tǒng)與分析

——SVPWM執(zhí)行結(jié)果33永磁電機(jī)矢量控制技術(shù)在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用以萬向純電動(dòng)轎車為例，整車車身重量為1700kg，要求滿足以下性能要求： 0~100km/h加速時(shí)間不超過18s 最大爬坡度不低于20% 最高車速不低于120km/h

車用工況對電機(jī)及其控制系統(tǒng)的性能要求：34定子電感的飽和參數(shù)分析：永磁電機(jī)矢量控制技術(shù)在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用35永磁電機(jī)矢量控制技術(shù)在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用永磁電機(jī)基于飽和參數(shù)的最大能力評估36永磁電機(jī)矢量控制技術(shù)在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用基于飽和參數(shù)的車輛運(yùn)行特性分析