永磁同步电机矢量
cos
b
M
ba
Lbb
M bc
ib
f
cos(
2
/
3)
c M ca M cb Lcc ic cos( 2 / 3)
2020/3/31
8
工作原理及其控制方法
两相静止坐标系下的数学模型
三相静止坐标系到两相静止坐标系的变换 矩阵(即Clark变换)
C3s / 2s
1
2
0
3
1 2 3
1
(1)三相静止坐标系(abc坐标系),a轴、b 轴、c轴所在的位置是定子三相绕组轴心所在的 位置,相位在空间上互差120°电角度;
(2)两相静止坐标系(αβ坐标系),其中,α 轴重合于a轴,β轴逆时针旋转超前于α轴90°电 角度;
(3)两相旋转坐标系(dq坐标系),d轴位于N 转子极所在位置,并随着转子同步旋转,q轴逆 时针超前d轴90°电角度。
电流矢量的夹角增大,造成同步电机功率因数降低。
2020/3/31
18
矢量控制原理
永磁同步电机矢量控制过程:加减速之后的频率(目标值 * ) 与检测到的电机实际频率(反馈值 )的差值经速度调节器 (Automation Speed Regulator简称ASR)得到转矩电流的给 定值(iq* )。转矩电流的给定值与检测到的电机实际的转矩 电流的差值经电流调节器(Automation Current Regulator简 称ACR)得到需向电机施加的q轴电压值 uq;id 的期望值0与检 测到的电机的实际d轴电流( id )的差值经过电流调节器 (Automation Current Regulator简称ACR)得到需向电机施 加的d轴电压值ud 。ud 、uq 经2r/2s坐标变换得到 u 、u ,再 经过SVPWM计算,得到个的控制信号,最终向电机施加合 适的三相电压。
2020/3/31
24
2020/3/31
25
电机转矩控制的方法,在转子磁链定向的 坐系上,将电机定子电流矢量分解成产生 主磁场的励磁电流分量和产生转矩的转矩 电流分量且励磁电流的方向定位于永磁磁 链上,并使得两个分量相互垂直,彼此独 立,然后分别进行控制。
2020/3/31
15
矢量控制原理
借助于坐标变换,将各变量从三相静止坐 标系变换到跟随转子同步旋转的两相旋转 坐标系上。然后站在同步旋转坐标系上观 察,电机的各个空间矢量都变成了静止矢 量,在同步旋转坐标系上原来的交流量也 就变成了直流量。通过对这些直流量的控 制就能使交流电机达到直流电机的控制性 能。
2020/3/31
16
对于SPMSM而言,Ld Lq 则式Te n( f iq (Ld Lq )idiq ) 简化为 Te np f iq ,采用的控制方法可以使得定子电流 全部用于产生转矩,在要求产生转矩一定的情况下, 需要的定子电流最小,即为最大转矩电流比控制, 可以大大降低铜耗,提高效率,这也是通常采用的 id 0 原因所在。
(3)cos 1控制(功率因数高,能充分利用变频 器容量)
(4)恒磁链控制(合理控制电机的定子电流,使 电机气隙磁链和转子永磁磁链相等)
(5)弱磁控制(电机在额定转速以上运行时的场 合)
back
2020/3/31
14
矢量控制原理
矢量控制系统的基本思想: 在普通的三相交流电动机上设法模拟直流
4
m
B
4
we (rad/s)
<Rotor angle thetam (rad)>
C
the
PWM
Inverter
Permanent Magnet Synchronous Machine
<Electromagnetic torque Te (N*m)>
Te (N.m)
dq2abc
Continuous pow ergui
2 3
2 2
1 1 1
2 2 2
Clark变换矩阵
1
0
1
2
C2s / 3s
3 1 2 2
3 2
1 2
1
3
1
2 2 2
Clark反变换矩阵
2020/3/31
9
工作原理及其控制方法
经Clark变换后可得
u u
Rs
0
0 Rs
i
i
d dt
Ls
0
0 Ls
back
2020/3/31
4
工作原理及其控制方法
工作原理 永磁同步电机与传统电励磁同步电机是一
样的,其唯一区别为传统的电励磁同步电 机是通过在励磁绕组中通入电流来产生磁 场的,而永磁同步电机是通过磁体来建立 磁场的,并由此引起两者分析方法存在差 异。
2020/3/31
5
工作原理及其控制方法
三种坐标系
永磁同步电机矢量控制
徐荣健 闵婕 池晓宝
2020/3/31
1
永磁同步电机矢量控制
课题研究背景和意义 永磁同步电机工作原理及其控制方法 永磁同步电机矢量控制原理 MATLAB的仿真分析
2020/3/31
2
课题研究背景和意义
永磁同步电机矢量控制系统是一种高性能 的交流调速系统。由于永磁同步电机结构 简单、体积小、重量轻、效率高、过载能 力大、转动惯量小以及转矩脉动小等优点, 并且利用矢量控制思想,永磁同步电机可 以使得输出转矩随定子电流线性变化,永 磁同步电机矢量控制系统可以达到优越的 控制性能。
2020/3/31
17
矢量控制原理
特点: (1)控制算法简单,工程上易于数字实现; (2)转子磁链与定子电流转矩分量解单,相互独立; (3)定子电流励磁分量为0,使得永磁同步电机的数学模型
进一步简化; (4)对于SPMSM,id 0 的控制即为最大转矩电流比控制; (5)对于IPMSM,id 0 的控制不能充分利用磁阻转矩; (6)随着负载增加,定子电流增加,定子电压矢量与定子
2020/3/31
6
工作原理及其控制方法
PMSM的空间矢量图
2020/3/31
7
工作原理及其控制方法
三相静止坐标系下的数学模型
电压方程: ua RS 0
ub
0
RS
0 0
ia
ibd dtFra biblioteka b
uc 0 0 RS ic c
磁链方程:
a Laa M ab M ac ia
2020/3/31
11
工作原理及其控制方法
经Park变换后可得 电压方程:
ud uq
RS
e Ld
磁链方程:
e Lq
Rs
id
iq
d dt
0
e
f
d q
Ld
0
0 Lq
id iq
f
0
2020/3/31
12
工作原理及其控制方法
转矩方程:
Te n( f iq (Ld Lq )idiq )
i
i
23e
f
cos
sin
2020/3/31
10
工作原理及其控制方法
两相旋转坐标系下的数学模型
两相静止坐标系到两相旋转坐标系的坐标变 换(Park即变换)
cos sin C2s /2r sin cos
cos sin C2r /2s sin cos
Park变换矩阵
Park反变换矩阵
状态方程:
p
id iq
LRLdsd
Lq
Lq
1
Ld Rs
id iq
Ld 0
Lq
0
1 Lq
ud uq
0
Lq
f
2020/3/31
13
工作原理及其控制方法
几种磁场定向控制方式
(1)id 0控制 (2)最大转矩电流比控制(输出某一转矩为目标,
最优配置轴电流)
2020/3/31
back
19
矢量控制原理
id 0 控制方法的实现
2020/3/31
20
MATLAB的仿真分析
模型
700 Speed Ref
Step
Tm
is_abc (A)
PI
iqref
iabc v a
idref
vb
0
iabcr ioref
iref v c
A
<Rotor speed wm (rad/s)>
Permanent Magnet Synchronous Machine
2020/3/31
? Double click here for more info
21
MATLAB的仿真分析
电流波形
2020/3/31
22
MATLAB的仿真分析
转速波形
2020/3/31
23
MATLAB的仿真分析
转矩波形
2020/3/31
3
课题研究背景和意义
微电子技术的发展促进了数字技术在调速 系统中的应用,配合高效软件可提供较好 的灵活性和控制性能。电机控制系统的数 字化进程是实现现代调速系统发展的方向 之一。相比于模拟控制,数字控制更易于 实现先进控制策略,同时数字控制系统的 硬件成本低、结构简单且高效节能。