2020年永磁同步電機(jī)的建模與仿真2精品版

1、精選文檔研究生設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)論文題目永磁同步電機(jī)的建模與仿真專業(yè)機(jī)械工程課程名稱、代碼新能源汽車關(guān)鍵技術(shù)年級(jí)2 013級(jí)姓名學(xué)號(hào) 2131170103時(shí)間2014 年 1 月任課教師成績(jī)精選文檔永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)建模與仿真1. 永磁同步電機(jī)建模的流程圖2. 坐標(biāo)變換的基本原理電機(jī)控制中的坐標(biāo)系有兩種，一種是靜止坐標(biāo)系，一種是旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。（1）三相定子坐標(biāo)系（A, B, C 坐標(biāo)系）如圖2-3所示，三相交流電機(jī)繞組軸線分別為 A,B,C，彼此之間互差120度 空間電角度，構(gòu)成了一個(gè)A-B-C三相坐標(biāo)系?？臻g任意一矢量V在三個(gè)坐標(biāo)上的 投影代表了該矢量在三個(gè)繞組上的分量。（2）兩相定子坐標(biāo)系（a B坐

2、標(biāo)系）兩相對(duì)稱繞組通以兩相對(duì)稱電流也能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。對(duì)于空間的任意一矢 量，數(shù)學(xué)描述時(shí)習(xí)慣采用兩相直角坐標(biāo)系來(lái)描述，所以定義一個(gè)兩相靜止坐標(biāo)系，即a B坐標(biāo)系，它的a軸和三相定子坐標(biāo)系的 A軸重合，B軸逆時(shí)針超前a軸 90度空間電角度。由于軸固定在定子 A相繞組軸線上，所以a B坐標(biāo)系也是 靜止坐標(biāo)系。（3）轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系（d-q坐標(biāo)系）轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系d軸位于轉(zhuǎn)子磁鏈軸線上，q軸逆時(shí)針超前d軸90度空間電角 度，該坐標(biāo)系和轉(zhuǎn)子一起在空間上以轉(zhuǎn)子角速度旋轉(zhuǎn)， 故為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。對(duì)于同 步電動(dòng)機(jī)，d軸是轉(zhuǎn)子磁極的軸線。永磁同步電機(jī)的空間矢量圖如圖 2-3所示。圖中A、B C為定子三相靜止坐標(biāo)系，選定a軸方向

3、與電機(jī)定子A相繞組軸 線一致，a - B為定子兩相靜止坐標(biāo)系，轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系 d-q與轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)；9為 轉(zhuǎn)子磁極d軸相對(duì)定子A相繞組或a軸的轉(zhuǎn)子空間位置角；S為定、轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)竑間夾角，即電機(jī)功角8，9%圖1靜止兩相坐標(biāo)系到旋轉(zhuǎn)兩相坐標(biāo)系變換從三相定子坐標(biāo)系（A, B, C坐標(biāo)系）變換到靜止坐標(biāo)系（a,B坐標(biāo)系） 的關(guān)系式為：從兩相靜止坐標(biāo)系 的關(guān)系式為：12 3232a , B坐標(biāo)系）變換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系dCOST叮l-sin日sin。JCOS日 _|_P(2-1 )d, q坐標(biāo)系)(2-2)從兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（d, q坐標(biāo)系）變換到兩相靜止坐標(biāo)系（a ,B坐標(biāo)系） 的關(guān)系式為：l a! co -

4、 sin 日叫卜 p_sin 日 cos fq _2.1三相定子坐標(biāo)系（A, B, C坐標(biāo)系）上的模型（1）電壓方程：三相永磁同步電機(jī)的定子繞組呈空間分布，軸線互差120度電角度，每相繞組電壓與電阻壓降和磁鏈變化相平衡。 永磁同步電機(jī)由定子三相繞組電流和轉(zhuǎn)子 永磁體產(chǎn)生。定子三相繞組電流產(chǎn)生的磁鏈與轉(zhuǎn)子的位置角有關(guān)，其中，轉(zhuǎn)子永磁磁鏈在每相繞組中產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)。由此可得到定子電壓方程為：Ua 二 RsIa P ；AUb=RsIb，Pb（2-4）JU= Rs| C P C其中：UaUbUc為三相繞組相電壓；Rs為每相繞組電阻；Ia Ib Ic為三相繞組相電流；：A ；：B ；C為三相繞組匝鏈的磁鏈

5、；P=d/dt為微分算子。（2）磁鏈方程定子每相繞組磁鏈不僅與三相繞組電流有關(guān)，而且與轉(zhuǎn)子永磁極的勵(lì)磁磁場(chǎng) 和轉(zhuǎn)子的位置角有關(guān)，因此磁鏈方程可以表示為：A= Laa Ia + MabIb + MacL + fA*= M ba1 A + Lbb 訂 MbcL +fB（ 2-5）hMcaL + Mcbb + Lcc 1 C + fC其中：Laa Lbb Lcc為每相繞組互感；M AB = M BA , M BC = MCB , M CA = M AC 為兩相繞組互感；：fA ；：fB ；：fC為三相繞組匝鏈的磁鏈的轉(zhuǎn)子每極永磁磁鏈；并且f ：定子電樞繞組最大可能匝鏈的轉(zhuǎn)子每極永磁磁鏈嚴(yán)fBco 2

6、兀 /3）（2-6）FfcCoS +2兀 /3）（3）轉(zhuǎn)矩方程：TemPemQ2mpUEos；n mpU ( 1 s i n(Xd2Xq-丄)sir2Xd(2-7)式中：3為電角速度，Xq,Xd為交，直流同步電抗用三相交流變量表示的電壓方程如下:Vua IVva% 一Ba +PLa-PMa2 a1PMa21PMa2Ra PLa-PMa21-PMa 12 a1 _PMa2Ra +PLaiva+Q/aiwaewaiuaeua式中，Vua， Vva， Vwa為三相電樞電壓童 fua =甲fa COSH re普 fva =faC0S(6e 2/3)* fwa =空 fa COS住佗 * 2 /3)re

7、.re dtPfua*eva=Pfva=refaSin(日e _2兀 /3)wa=Pfva=qrefaSinre 十2兀 /3)LMa l2.2靜止坐標(biāo)系（a , B坐標(biāo)系）上的方程用兩相交流變量表示的電壓方程的詳細(xì)數(shù)學(xué)推導(dǎo)過(guò)程 根據(jù)坐標(biāo)變換關(guān)系式：精選文檔201一 22得:Vuavwa丄2.3TRa PLa -1 PMa2 a3+ ,32.32丄2_2.3T1-PMa21PMa2 aRJua +PLaiua2PMaiva21-PMaiua21 -PMaiua2Ra PLa PMa2 a1PMa 12 a1-PMa2Ra + PLa1 .PM a iwa21Raiva PLa ivaPM a

8、iwa21PMa ivaRaiwaPLaiwa21 Raiua PLaiuaPMai211-PM aiw -PMaiua 44jua Ieua I+ vaiiwaewaiva1111vaPM aiwa ： PMaiuaRaLaPLaiva2422111-PM aiv-Raiw- PLaiwa4223 . 33PMaiuaRaivaPLaiva -4 22Raiwa23 3PM aiwaPMaiua4 43PLaiwa23 PM i va4-1eua_ Q/ae2-2Ra iua1 .iwa2|+PLa i1 .uaiva21.Iwa2|+PMaf1iua-)a丿1241.iwa4J3Ra va

9、 i wa.2-1eua 2%、33PLa iva -iwaPMa iva 一 iwa241ewa23Teva2精選文檔精選文檔精選文檔-111e ua 二 evae 二 ewa223磽 Ra +PLa+丄 PMa2 丿1 va _ IwaV3wa2Ra PLa 1 PM a2ua2a + PLa + PM a | (I1 .Iva21.Iwa2e ua e va e ewa2 2va、.3V3 ewa2又因?yàn)椋?La Ma la2La 二 Ma la有1 a Ja得到：Ra1PLa PMa二 Ra2PLa所以:Ra PLalpMa2 aRa PLa 0_.2 3-iwa21 vaIL 2iv

10、a0ewaPLa1I 1一二 a21eua evae21打2ewJ 3Teva32 ewaI wae：ava子a可得:(2-11)(2-12)Ra+PLa 0 腫+再0 Ra+PLai訂 g2.3旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（d,q坐標(biāo)系）上的模型永磁同步電機(jī)是由電磁式同步電動(dòng)機(jī)發(fā)展而來(lái)，它用永磁體代替了電勵(lì)磁， 從而省去了勵(lì)磁線圈、滑環(huán)和電刷，而定子與電磁式同步電機(jī)基本相同仍要求輸 入三相對(duì)稱正弦電流?，F(xiàn)對(duì)其在 d,q坐標(biāo)系的數(shù)學(xué)模型描述如下：（1）電壓方程Ud =國(guó)屮 q +Rslddtd屮Uq-dRsIqq dtq其中：UdUq為d,q軸上的電壓分量;Id 1 q為d,q軸上的電流分量；，r為d,q坐標(biāo)系

11、旋轉(zhuǎn)角頻率;d q為永磁體在d,q軸上的磁鏈;（2）磁鏈方程LdId= LqI q屮屮其中：d q為永磁體在d,q軸上的磁鏈;L 為d,q坐標(biāo)系上的等效電樞電感； Id I q為d,q軸上的電流分量；f為永磁體產(chǎn)生的磁鏈；(3) 電磁轉(zhuǎn)矩方程Tem = Pn J f I q f 1 d 二 Pn f 1 q，Ld - Lq I d I q 1( 2-13 )其中：Tem為輸出電磁轉(zhuǎn)矩;Pn為磁極對(duì)數(shù);兩軸旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電壓方程的詳細(xì)數(shù)學(xué)推導(dǎo)過(guò)程根據(jù)坐標(biāo)變換關(guān)系式:cos%sinresi nQe cosTj得:COs 二re-sin %Sin HeRa PLaCOS % |00Ra PLa IL

12、sin%COs re-sin 花i：aCOSre応_COS% Ra PLa COS 耳 SinRa PLa Sin e|_-sin We Ra PLa cos入 cos% RaPLa sin 毒COS日re ( Ra +PLa X - Sin 日 re )+sin Qe ( Ra + PLa )COs8e I -Sin 3e ( Ra + PLa I n 曜)+ COS。re ( Ra + PLa )COS&reCOS% Ra PLa COS% S“ 片。Ra PLa Sin 專=cos% Ra cos% sin reRa sin % cos% PLa cos % sin % PLa sin

13、%nRa COSeLa - Sin % re COS% COSf PLa Sin TreLaCOSte re S“ Si門(mén)二小玄二 Ra PLaCOSe RaPLa ：iSS 益S“ 仏 RaPLa COS二cosvreRa Lsin %sin vreRacosvre cosvrePLa-sin%sin vrePLacosvre=0 COS%La - COSe re COSe S % PLa Si n 暮 La - Si n re S“ 九 COS PLa-Lare其中(-Sine Ra PLa COSe COSe RaPLa Sin-SireRaCOSre COSRae 一 Sin La -

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