永磁同步電機(jī)矢量控制的理解

1、永磁同步電機(jī)矢量控制的理解作者：flvO218r一、先驗(yàn)知識(shí)：1.定子、轉(zhuǎn)子磁第相對靜止是產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩維持電機(jī)©定運(yùn)彳了的必耍條件。形彖的看，如果 兩個(gè)磁場之間仃相對運(yùn)動(dòng)，必然時(shí)而N和S極相遇，互相吸引：時(shí)而N和N相遇，又互相 排斥，平均轉(zhuǎn)矩為零。2.在定了三相繞組中通入正眩電流：L = L cos+ 6),ib = Im cos+ &一 2/r / 3)丄=Im cos(形 + 8+ 2/r / 3)該式的理解如卜:永磁同步電機(jī)矢量控制時(shí),在任意時(shí)刻給定a相電流,Mb, c相電流也給定，有三相分 別決泄的在A, B, C三軸上產(chǎn)生的磁動(dòng)勢分51： Fa, Fb, Fc以及空

2、間欠帚Fs也確定了。其本質(zhì)就是將三相磁動(dòng)勢分別相a-p軸系投影.換句話說Fs是三相電流產(chǎn)生的磁動(dòng)勢在a-p軸系的農(nóng)現(xiàn)形式。二正文根據(jù)電幽學(xué)原理，電機(jī)轉(zhuǎn)矩正比淀，轉(zhuǎn)子磁勢矢杲的幅值與其夾角5的正弦的乘積, 即：Tf = ClnFsxFrsinS （其屮行是定子磴勢，巴是轉(zhuǎn)子磁勢），由J：永磁同步電機(jī)疋了要對轉(zhuǎn)產(chǎn)起拖動(dòng)作用，上述心子磁勢夾如為尢了超前轉(zhuǎn)了永磁體夾角0° <5<180，且5 = 9（r時(shí).T仃瑕人值。上述關(guān)系如卜:圖2永磁同步電機(jī)定轉(zhuǎn)子磴勢如上圖2,定子磁勢相對J：A軸的電角度為：0 + 5,轉(zhuǎn)子相對J： A軸的電角度為: 必由上面先驗(yàn)知浜1可知，定轉(zhuǎn)子礎(chǔ)勢相對

3、靜止，即仃8=必。從永鐵同步電機(jī)模型 知耍實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的線性調(diào)肖，必須使定子繞組在d軸上的電流分罠為冬在上圖屮的衣現(xiàn)就是定子磁勢在d軸上的分量為零,對應(yīng)5 = 90=定子中通入的是正弦電流,那么三相電流為：ia = Iffi cos(5+ 0).ih = Im cos(5 + & 120J丄=Im cos(5+ 240，)代入上述結(jié)果則：L =cos(90e + fur) = -Imsin®),ih = Imcos(90e + <uf-120*) = -Imsin(&X一 120°)/ = Tm cos(90° + _ 24(T) = -Tm s

4、in(/?X - 240°).(其實(shí)也能將定了磁勢向A.B,C三相投影也能御到上述結(jié)果)理解方法二：用方法一在確定e=a)t后，確定定子磁勢超前轉(zhuǎn)子磁勢相位的方法。3/2電流變換的矩陣： 11 I1 220 V373J 2 .L c J2s/2i變換。由于匝數(shù)相等,可以不考慮匝數(shù)。卩;LfcosO L 訂 L-sinoCOS&la0因此從三相坐標(biāo)系到兩相靜止坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換方程為:cos 0 sin 0-sm& cos 811 r.1 "I 丐 u0 遇 _V3 :T 1 山22 7TCOS& cos(-) cos( + )Q2兀zZ1 In- sm &

5、amp; - sin(& - ) - sin(&+)&為A相繞組丁d軸之間的電角度。在定子中通入如卜三相電流：（假設(shè)成正眩的形式，此方法一樣實(shí)用）ia = Im cos(曲 + J), 4 = Im cos(dX + 一 2/r / 3)丄=I口 cos(曲 + J + 2-r / 3)若耍得到/cos cat COS(曲-乎)COS(fiX + 尋)z2龍、.孑2兀、-smtaf - sm(<yf - ) - sni(cot + )LzcCQSCOt一 sine/2兀、z2兀、cos® - ) cos(曲 + )/,2九(,2兀、-Sill®

6、 - ) 一 Sill(曲 + )Im cos(e/ + 5) 皿 cos(0/ + 5 - 2;r / 3) 血 cos(曲+ 5 + 2兀/3)2cos（曲）x cos（曲 + 5） + cos（曲 一 ）x cos（効 + 52龍/3） + cos（曲 + ） x cos（m + 5 + 2/r / 3）三0.用三角函數(shù)屮的和差化積知識(shí)可以整理上述方程為：er2兀r2兀cosJ cos(6X) + cos(tyf- ) + cos(a + )s4九.4龍、sm(2“) + sin(2 期 )+ sin(2 曲 +u.2tt2兀、1= cos J cos* (cot) + cos"

7、; cot - ) + cos" (tuf + )-由 J任意&冇：sin(&) + sin(& + -) + sin(& - -) = 02 2 *sin(2 cot) + sm(2ef + sm(2 期-亍)上述等式cos/ cos'（必）+cos'（刖-年片cos'（以+子）=0如是只能5 = 90°。上述可以說是用方程的方法解紂，梵實(shí)還冇簡單方法: 從上述變換中：cos。一 SHI 8cos(e+加一3加一3 一 + & & /V ZV inin s s 加一3 m-32C8(<ZX) i

8、q sm(2)陽=呂除° =蘭,乙=0,（注意具収值范由）其他角度-H02上面的結(jié)果衣明，耍實(shí)現(xiàn)矢吊控制且采川-=0的方案，要求通入定子三相電流角頻率 和轉(zhuǎn)子的電角速度相等，和位上超前轉(zhuǎn)子電角度90° 兩者是在電流環(huán)內(nèi)完成。如卜圖:圖3永噬同步電機(jī)欠鼠控制框圖從本質(zhì)上說任何電機(jī)調(diào)速的關(guān)鍵是對比轉(zhuǎn)矩的控制，轉(zhuǎn)速是通過轉(zhuǎn)矩改變的，對PMSM也是一樣。在PMSM伺服系統(tǒng)中，無論是速度伺服控制還是位胃伺服控制，都可以 轉(zhuǎn)化為対PMSM的轉(zhuǎn)矩控制。而電機(jī)轉(zhuǎn)矩7； = CmFfr SH1J （可宙三相電流的幅值-和定 轉(zhuǎn)子的磁勢夾角5人小保證）。將圖3中相關(guān)環(huán)節(jié)用傳遞曲數(shù)代替后，上圖可

9、以看成是信號(hào) 流圖，可以將Parke逆變換，Clark逆變換提前（此兩個(gè)逆變換本質(zhì)是從d-q軸到A, E, C 三相的坐標(biāo)變換）。如卜圖：還可進(jìn)一步等效為：（注意A. B相之間的相位差）光電 編構(gòu)器（b）圖4等效框圖速度環(huán)本質(zhì)上足在調(diào)節(jié)正弦三相電流的幅值?？梢钥偨Y(jié)取欠就控制永磁同步電機(jī)控制 思想如卜：速度環(huán)控制三相交流電的幅值，由J：釆用的是乙=0的欠杲控制5 = 90。，速度環(huán) 輸出確泄了 PMSM的電磁轉(zhuǎn)矩。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩人J負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電機(jī)以一泄加速度運(yùn)彳J：,轉(zhuǎn)子 傳速挖制定子磁勢的轉(zhuǎn)速即變頻電源輸出的頻率（自控式同步電機(jī)）使同步電機(jī)不失步。當(dāng) 電機(jī)到達(dá)指令速度，經(jīng)過調(diào)節(jié)，速度環(huán)決定的電磁轉(zhuǎn)

10、矩和負(fù)較轉(zhuǎn)矩很接近，加速度基木等r- 零。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速基本不變，由其決定的變頻電源輸出頻率也不變。電機(jī)就到達(dá)穩(wěn)態(tài)'卜衡。（h 述力法町以理解PMSM欠駁控制八有口啟動(dòng)能力和不失步運(yùn)行原理）附錄：（注意矢量的表述方式欠呈=基底x坐標(biāo)如圖1將三相磁勢分別向旋轉(zhuǎn)d-q軸系投影，可以得到如卜結(jié)果:）其中匕=嚴(yán)卩=一*牛具中巧，巧是旋轉(zhuǎn)矢最，是有固定方向的欠融2 2F$ = Fma cos(6>4- 5)+aF恥 cos(&+ 5-彳)+ /佇,cos(°+ 5 + 寸120 V3=1727 cos(& + 5)臨 cos(e+5一孑)仏 cos(0+5 +弓3=1

11、7護(hù)”.cos(&+5)sm(&+5)英中1 ”規(guī)定的是Q-0軸系某底,7 =爲(wèi)=仏為各相磁動(dòng)勢幅值,COS-S1D&cos 5S1U&cos。J|_sin5訊“ cos(0 + 5) "”“sin(& + 5)是比在a-p軸系的坐標(biāo)。COS&sin 6即是d q軸系的基底，F(xiàn)lliacosSsm&COS&sin 5上述1 J是空間磁動(dòng)勢斤在d-q軸系的坐標(biāo)。cos。-sm&cos。sinlCOS&_sin&r cos ssm&COS&一 sm&COS&cos。Jsin 5=尹E“ 1 J=1rLcos 8- S111&COS。SU1&COS& J一 sm&COS&713寸皿 cos(&+5) 扣加 sin(&+5)=1Jcos 8- sm&r cos。 Slllsin&cos。JCOS&_丄 _12 2V3 V327 cos(&+5)臨 cos(0