畢業設計基于matlab永磁同步電動機矢量控制系統的仿真研究(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 矢量的軸線重合這樣交軸將與合成反電動勢矢量的軸線重合反電動勢的幅值可簡單表示為 圖 d 軸與轉子磁鏈方向重合的同步旋轉坐 標系中電動機的基本矢量關系 8 三相正弦激勵電流也可表示為一個瞬時電流矢量它由 d 軸與 q 軸上的標量及組成定子供電電壓矢量也用類似的方法表示對直軸和交軸可求得等效電路如圖所示 a電動機的 d軸等效電路 b電動機的 q軸等效電路圖 同步旋轉坐標系中永磁同步電動機 dq 軸等效電路 永磁同步電動機的損耗和效率 永磁同步電動機穩態運行時的損耗包括以下四項 定子繞組電阻損耗 電阻損耗可由下面公式計算 鐵心損耗 永磁同步電動機的鐵耗不僅與電動機采用的硅鋼片材料有關而且隨電動機的工作溫度負載大小的改變而改變這是因為電動機溫度和負載的變化導致電動機中永磁體工作點的改變定子齒軛部的磁密也隨之變化從而影響到電機的鐵耗工作溫度越高負載越大定子齒軛部的磁密越小電動機的鐵耗也就越小機械損耗永磁同步電動機的機械損耗與其他電機一樣與所采用的軸承潤滑劑冷卻風扇和電動機的裝配質量有關其機械損耗可以根據實測值或參考其他電機的機械損耗的計算方法來計算 雜散損耗 永磁同步電動機的雜散損耗目前還沒有一個準確實用的計 算公式一般均根據實際情況和經驗取定隨著負載的增加電動機的電流值增大雜散損耗近似與電流的平方成正比當電子電流為時電動機的雜散損耗 W 可用下式近似計算 11 式中 電動機的額定相電流 A 電動機輸出額定功率時的雜散損耗 W 永磁同步電動機的功率流程如圖 a 所示 a 永磁同步電動機 b 異步電動機 圖 PMSM 與 IM 功率流程圖 永磁同步電動機一般將極弧系 數設計得較大因此在相同的或電壓時相同較小鐵損耗比異步電動機小 22 永磁同步電動機的數學模型分析正弦波電流控制的調速永磁同步電動機最常用的方法就是 dq 軸數學模型它不僅可用于分析正弦波永磁同步電動機的穩態運行性能也可用于分析電動機的瞬態性能 建立正弦波永磁同步電動機的 dq 軸數學模型首先假設 電機的磁路是線性的不計磁路飽和磁滯和渦流的影響 三相繞組是完全對稱的在空間互差 120176。不計邊緣效應 忽略齒槽效應定子電流在氣隙中只產生正弦分布的磁動勢忽略高次諧波 不計鐵心損耗 當永磁同步電動機的電流為對稱的三相正弦波 電流根據圖可以得到如下的電壓磁鏈電磁轉矩和機械運動方程 式中各量為瞬態值 電壓方程 1 磁鏈方程 1 電磁轉矩方程 1 機械運動方程 1 式中 電壓 電流 磁鏈 dq 下標分別表示頂子的 dq 軸分 量 2d2q 下標分別表示轉子的 dq 軸分量 定轉子的 dq 軸電感 定子繞組的 dq 軸電感 轉子繞組的 dq 軸電感 定轉子漏電感 永磁體的等效勵磁電流 A 當不考慮溫度對永磁體性能的影響時其值為一常數 永磁體產生的磁鏈可由求取為空載反電動勢其值為每相繞組反電動勢有效值的倍即 轉動慣量 包括轉子轉動慣量和負載機械折算過來的轉動慣量 阻力系數 負載轉矩 電動機的 dq 軸系統中各量與三相系統中實際各量間的聯系 可通過坐標變換實現如從電動機三相實際電流到 dq 坐標系的電流采用功率不變約束的坐標變換時有 1 式中 電動機轉子的位置信號即電動機轉子磁極軸線 直軸 與 A 相定子繞組軸線的夾角電角度且有為電動機轉子初始位置電角度 對三相對稱系統變換后的零軸電流對絕大多數正弦波調速永磁同步電動機來說轉子上不存在阻尼繞組因此電動機的電壓磁鏈和電磁轉矩方程可簡化為 1 1 如把上式中的有關量表示為空間矢量的形式則 1 式中 的共軛復數空間關 圖為正弦波永磁同步電動機的空間矢量圖 圖 永磁同步電動機空間矢量關系圖 從圖中可以看出定子電流空間矢量與定子磁鏈空間矢量同相而定子磁鏈與永磁體產生的氣隙磁場的空間電角度為且 2 將之代入式的電磁轉矩公式中則 2 由上式可以看出永磁同步電動機輸出轉矩中含有兩個分量第一項是永磁轉矩第二項是由轉子不對稱所造成的磁阻轉矩對凸極永磁同步電動機一般因此為充分利用轉子磁路結構不對稱所造成的磁阻轉矩應使電動機的直軸電流分量為負值即大于 90176。 在采用功率不變約束的坐標變換后 dq 軸系統中的各量 電壓電流磁鏈 等于 ABC 軸系統中各相量有效值的倍電動機穩定運行時電磁轉矩可表示為 2 而電壓可表示為 2 相應的輸入功率 2 電磁功率 2 近二十多年來電動機矢量控制直接轉矩控制等控制技術的問世和計算機人工智能技術的進步使得電動機的控制理論和實際控制技術上升到了一個新的高度目前永磁同步電動機調速傳動系統仍以采用矢量控制技術為主 矢量控制實際上是對電動機定子電流矢量相位 和幅值的控制由式 可以看出當永磁體的勵磁磁鏈和直交軸電感確定后電動機的轉矩便取決于定子電流的空間矢量而的大小和相位又取決于和也就是說控制和便可以控制電動機的轉矩一定的轉速和轉矩對應于一定的和通過這兩個電流的控制使實際和跟蹤指令值和便實現了電動機轉矩和轉速的控制 由于實際饋入電動機電樞繞組的電流是三相交流電流和因此三相電流的指令和必須由下面的變換從和得到 2 式中電動機轉子位置信號由位于電動機非負載端軸伸上的速度位置傳感器提供 通過電流控 制環可以使電動機實際輸入三相電流和與給定的指令和一致從而實現了對電動機轉矩的控制上述電流矢量控制對電動機穩態運