永磁電機矢量控制技術與應用課件

主要內(nèi)容一、矢量控制基礎——由來、趨勢、矢量含義、坐標變換、基本思想二、永磁電機動態(tài)數(shù)學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、永磁電機矢量控制系統(tǒng)在電動汽車中的應用1矢量控制基礎——矢量控制技術的由來交流變頻技術發(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：20世紀60年代起，微處理器、大規(guī)模集成電路等微電子技術、快速電力半導體變流裝置迅速發(fā)展；

矢量控制理論基礎：20世紀70年代初期兩項突破性研究成果：德國西門子F．Biaschke等提出的“感應電機磁場定向的控制原理”；美圍P.C．Custman等申請專利“感應電機定子電壓的坐標變換控制”；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；

電機的非線性補償：參數(shù)飽和，鐵耗估算與補償

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——永磁電機控制技術的發(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——坐標變換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——坐標變換6矢量控制基礎——圖解各變量之間關系7永磁電機動態(tài)數(shù)學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為例，分析永磁無刷電機的一般化數(shù)學模型，并作如下假設：（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)近似計算磁路飽和效應的影響；（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：永磁電機動態(tài)數(shù)學模型與基本控制方法

——假定條件與狀態(tài)方程10能量法：永磁無刷電機運行時，當外電源注入電機的電流恒定，電機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的凈功率的一半：虛位移原理：保持三相定子電流不變時，采用電角度代替廣義位移時，廣義力便為電機的軸輸出電磁轉(zhuǎn)矩：永磁電機動態(tài)數(shù)學模型與基本控制方法

——假定條件與狀態(tài)方程11經(jīng)坐標變換，得到：永磁電機動態(tài)數(shù)學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：永磁電機動態(tài)數(shù)學模型簡化為：定義：永磁電機動態(tài)數(shù)學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)矩曲線永磁電機動態(tài)數(shù)學模型與基本控制方法

——基本特性15

1、Id=0控制：永磁電機動態(tài)數(shù)學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：永磁電機動態(tài)數(shù)學模型與基本控制方法

——基本控制方法183、恒功率弱磁控制：永磁電機動態(tài)數(shù)學模型與基本控制方法

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

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

——系統(tǒng)框圖22電壓補償式永磁電機矢量控制系統(tǒng)（IPM電機）永磁電機矢量控制系統(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個功率開關管；為6個續(xù)流二極管；電壓方程：轉(zhuǎn)矩方程：永磁電機矢量控制系統(tǒng)與分析

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

——旋轉(zhuǎn)變壓器26永磁電機矢量控制系統(tǒng)與分析

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

——電壓前饋控制29永磁電機矢量控制系統(tǒng)與分析

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

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

——SVPWM（3）計算電壓運行時間（4）按扇區(qū)進行分配32永磁電機矢量控制系統(tǒng)與分析

——SVPWM執(zhí)行結(jié)果33永磁電機矢量控制技術在電動汽車中的應用以萬向純電動轎車為例，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：永磁電機矢量控制技術在電動汽車中的應用35永磁電機矢量控制技術在電動汽車中的應用永磁電機基于飽和參數(shù)的最大能力評估36永磁電機矢量控制技術在電動汽車中的應用基于飽和參數(shù)的車輛運行特性分析