多相永磁同步電動機(jī)通用模型的研究

多相永磁同步電動機(jī)通用模型的研究

電力推動是現(xiàn)代船舶的一個重要發(fā)展方向，多相磁源同步機(jī)是最具潛力的促進(jìn)機(jī)之一。它不僅具有尺寸小、效率高的優(yōu)點(diǎn)，而且具有強(qiáng)大的負(fù)荷能力和快速的動態(tài)響應(yīng)能力。1轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的影響為了分析方便，假設(shè)所研究的多相永磁同步電動機(jī)滿足下列條件：a．氣隙磁場按正弦分布，忽略空間諧波磁場的影響；b．忽略電動機(jī)鐵心的飽和、磁滯及渦流的影響；c．定子繞組在空間上星型對稱分布，相鄰2個繞組空間角度相差2π/n;d．永磁體等效為一個勵磁繞組，其勵磁電流i1.1勵磁變換轉(zhuǎn)子l在數(shù)學(xué)模型中，對各個物理量的上下角標(biāo)作如下的規(guī)定：s表示定子量；1,2,3，…，n分別表示定子第1,2,3，…，n相的量；r表示轉(zhuǎn)子量；fd表示勵磁繞組分量；rd表示阻尼繞組直軸分量；rq表示阻尼繞組交軸分量。1.1.1磁鏈方程式中ψ在電感矩陣中，L以上各個互感都具有互反性，即L1.1.2電壓方程式中u1.1.3磁速軸式中p1.1.4方程的運(yùn)動式中T慣量；ω1.2d.q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型根據(jù)定子n相靜止坐標(biāo)系與d,q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系之間的變換矩陣可以得到d,q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下多相永磁電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。1.2.1磁鏈方程式中L1.2.2電壓方程1.2.3磁體旋轉(zhuǎn)方程在一般情況下，采用自控頻率的永磁同步電動機(jī)的勵磁繞組上一般都不帶阻尼繞組，即i式中i1.2.4方程的運(yùn)動2轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速和雙曲線之間的約束副假設(shè)在d,q坐標(biāo)下電動機(jī)所能承受的電壓極限為U把i在d,q坐標(biāo)系中，方程（19）和（20）分別表示圓和橢圓的內(nèi)部（見圖1）。電動機(jī)運(yùn)行時，電流的軌跡既不能超過電流極限圓，又不能超過電壓極限橢圓，而必須在二者的交集之內(nèi)（見圖1的陰影部分）。當(dāng)轉(zhuǎn)速變化時，各個轉(zhuǎn)速對應(yīng)的電壓極限橢圓就構(gòu)成一個橢圓簇，并且隨著轉(zhuǎn)速的升高，橢圓越來越小，但每個轉(zhuǎn)速下的電流都不能超過橢圓所包圍的范圍。由轉(zhuǎn)矩方程（16）可知，在電流幅值i把cos2β=2cos因此，在i式（22）是一個雙曲線方程，并且只有其左曲線是符合工程實際的解（見圖1），當(dāng)電流軌跡在雙曲線上移動時，對于給定的轉(zhuǎn)矩，所需要的定子電流最小，亦即單位的定子電流可以獲得最大的輸出轉(zhuǎn)矩。最佳轉(zhuǎn)矩控制曲線與電流極限圓相交于A點(diǎn)，在該點(diǎn)電動機(jī)電流達(dá)到極限，此時電動機(jī)所能輸出的轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大，經(jīng)過該點(diǎn)的電壓極限橢圓所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速為ω其中，控制電流為3matlab仿真多相永磁電機(jī)的最佳轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)框圖如圖2所示。給定轉(zhuǎn)速與反饋轉(zhuǎn)速的差額經(jīng)PI調(diào)節(jié)器后，根據(jù)由式（22）確定的函數(shù)f為驗證所提出的控制效果，以9相永磁同步電機(jī)（電動機(jī)參數(shù)見表1）為例，利用Matlab對電動機(jī)的啟動過程進(jìn)行了仿真，其主要波形如圖3～6所示，其中圖3～5是本文分析的最佳轉(zhuǎn)矩控制下的各個波形，而圖6為對應(yīng)的i在仿真結(jié)果中，定子相電流（圖3）及其相應(yīng)的交直軸電流（圖4）有一定的脈動，這是由采用的電流滯環(huán)PWM方法本身所引起的，它并不妨礙對本文所提控制的性能進(jìn)行分析，在實際中如果減小滯環(huán)寬度并采用一定的濾波裝置，會得到更好的波形，但是會增加損耗和成本，同時會對開關(guān)性能和處理器提出更高的要求，因此需要折衷考慮。由于使用的電動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量比較大，電動機(jī)轉(zhuǎn)速的動態(tài)響應(yīng)（見圖5）似乎并不快，但是與同樣條件下的i4凸極永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子阻尼控制機(jī)理本文建立了多相永磁同步電動機(jī)在定子靜止坐標(biāo)系以及d,q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下的一般化數(shù)學(xué)模型，該模型考慮到了凸極效果以及轉(zhuǎn)子阻尼繞組的作用。根據(jù)電動機(jī)運(yùn)行的實際約束條件，得到了一種有效的利用了凸極永磁電動機(jī)磁阻轉(zhuǎn)矩的最佳轉(zhuǎn)矩控制，使得電動機(jī)