基于瞬时无功功率理论的无刷直流电动机弱磁调速
无刷直流电动机弱磁调速新策略
,（ｔ）； ｕ（ｔ）＝［１，０ … ，０］Ｕ （ １－ １２ ） ｕｍｉｎ≤ｕ（ｔ）≤ｕｍａｘ ５．ＲＢＦ－ ＡＲＸ 模型的应用 ＲＢＦ－ ＡＲＸ 模型是一种新兴的建模方法 ， 已经在过程控制系统获
得了成功的应用。下面是一些主要的应用实例。 （１）ＲＢＦ－ ＡＲＸ 模型在电厂脱硝过程中的应用 电厂脱硝过程是一 个典型的非线性 ， 时变过程系统 ， 其动态性能随着负载的变化而变化。 彭 辉 等 人 采 用 ＲＢＦ－ ＡＲＸ 模 型 对 此 过 程 进 行 建 模 ， 结 果 表 明 ， ＲＢＦ－ ＡＲＸ 模型具有较高的模型精度 ， 且基于此模型的 预 测 控 制 也 取 得 了 良好的控制效果 ［１］。 （２）ＲＢＦ－ ＡＲＸ 模型在液位系统的应用 液位系统是一个典型的非 线性系统 ， 其动态性能随着液位的变化而变化。采用 ＲＢＦ－ ＡＲＸ 模型 对一个双容液位系统进行建模 ， 结果表明 ， 模型具有较高的精度 ， 且基 于此模型的预测控制也获得了优异的控制效果 ［５］。 科
项 ， 则 （ １－ １０ ） 所表示的优化问题可以写成如下形式 ：
［ 责任编辑 ： 翟成梁 ］
●
（ 上接第 ４３８ 页 ） 理设计。需求分析则来自 于 系 统 的 各 个 部 门 的 不 同 业务应用 ； 概念设计 主 要 考 虑 到 系 统 语 义 要 求 ， 能 充 分 反 映 其 现 实 意 义 ； 逻辑设计则与具 体 的 数 据 库 管 理 密 切 相 关 ， 逻 辑 设 计 的 目 的 是 将 概念设计所得 的 概 念 数 据 模 型 表 示 转 换 为 以 ＤＢＭＳ 的 逻 辑 数 据 模 型 表示的逻辑模式 ， 逻 辑 设 计 要 综 合 考 虑 数 据 库 的 访 问 速 度 ， 系 统 性 能 等各方面因素 ， 使数 据 库 具 有 严 格 的 数 据 完 整 性 和 约 束 机 制 ； 物 理 设 计的任务是根据概念模式、 ＤＢＭＳ 等所提供的限制和条件 ， 设计出 数 存取路径、 存储空间分配、 记录存储格式等。 据库的内模式 ， 即 ： 文件、 物理设计主要考虑两 方 面 的 性 能 ： 一 是 提 高 数 据 库 的 性 能 ， 特 别 是 满 足主要应用的性能要求 ； 二是有效地利用存储空间。在本系统的开发 中 ， 采 用 了 Ｏｒａｃｌｅ９ｉ 数 据 库 ， 其 中 Ｏｒａｃｌｅ９ｉ 数 据 库 支 持 视 图 （Ｖｉｅｗ）， 基 表加视图即构成了数据库中所谓的外模式。 它可以提供一定的逻辑数 据独立性 ， 适应不同用户不同的数据要求 ， 有利于数据保密。
基于瞬时功率理论的无刷直流电机转矩控制
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脉 动 。另一 方 面 ，许 多 学 者 通 过 选 择 合 理 的控 制 策
第５ ０卷 第 ４期
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基 于 瞬 时 功 率 理 论 的 无刷 直 流 电机 转 矩 控 制
戴熠晨 ，汤宁平 ，杨 丁贵
（ 福 州大学 电气工程 与 自动化学 院，福州 ３ ５ ０ １ ０ ８ ） 摘 要 ：无刷直流 电机 的转矩 脉动会带来噪声 、震 动等问题 。在介绍无刷 直流 电机的数 学模 型基础上 ，引入 了瞬时 功率 理论推导得到瞬时转矩 与电流和磁链 函数之 间的关系 。通过给定转 矩和磁链 函数得 到相应 的参考 电流 ，并 通过
ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ．Ｏｎ ｔ ｈ ｅ ｂ ａ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｒ ｅ ｃ ｏ ｍｍｅ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ Ｂ Ｌ ＤＣ Ｍ ．ｔ ｈ ｅ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ｉ ｎ ｓ ｔ ａ ｎ ｔ ａ ．
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直流电机弱磁调速原理
直流电机弱磁调速原理
直流电机的弱磁调速原理是通过改变电枢绕组的磁通量，从而调节电机的速度。
弱磁调速主要是通过调节电机励磁电流来实现的。
直流电机的转速与电枢磁场的磁通量成正比，因此改变电枢磁通量可以改变电机的转速。
在弱磁调速中，通过减小电枢励磁电流，降低电枢磁场的磁通量，从而使电机转速降低。
具体来说，弱磁调速的原理如下：
1. 电枢回路：电枢绕组通过外电源供电，形成电枢回路。
2. 电枢电流：通过调节电枢回路中的电枢电流，改变电枢绕组的励磁电流大小。
3. 磁通量变化：电枢电流的变化会影响电枢绕组产生的磁场的强度，从而改变电机的磁通量。
4. 转速变化：由于直流电机转速与磁通量成正比，因此降低电机的磁通量会导致电机转速下降。
5. 调节电流：通过控制电枢回路中的电枢电流大小，可以实现对电机速度的调节。
通过调节电枢励磁电流来实现弱磁调速可以有效地控制直流电机的速度，适用于需要广范围调速的应用。
需要注意的是，在实际应用中，弱磁调速可能会导致电机的转矩降低，因此在选择调速方式时需要综合考虑转速要求和负载特性。
基于瞬时无功型MRAS的PMSM无速度传感器控制
基于瞬时无功型MRAS的PMSM无速度传感器控制韩世东;张广明;梅磊;戚新建;孙明山【摘要】Studied a speed identification system of PMSM based on the instantaneous reactive power MRAS. Instantaneous reactive power of PMSM was used as the reference model and steady-state reactive power was used as the adjustable model. The output error of the two models was used to identify the motor speed and rotor position through the design of an adaptation mechanism. The speed sensorless control system of PMSM was established by using the scheme. The simulation results show that the control system can accurately track the speed and position of the rotor under the speed and load transient change,which has good robustness,and reduces the sensitivity of the parameters.%研究了一种基于瞬时无功功率的MRAS永磁同步电机转速辨识系统，将PMSM瞬时无功功率作为参考模型，稳态下的无功功率作为可调模型。
2个模型的输出误差，通过设计的自适应律来辨识电机转速和转子位置，利用该方案建立了永磁同步电机无速度传感器控制系统。
基于瞬时无功功率观测的感应电机无速度传感器矢量控制的开题报告
基于瞬时无功功率观测的感应电机无速度传感器矢量控制的开题报告一、选题背景感应电机是工业生产中应用非常广泛的电机之一，但是在控制感应电机运行速度时需要测量转速，传统的转速测量方法通常采用安装霍尔元件、光电编码器等速度传感器实现转速测量。
但是传感器成本较高，安装调试麻烦，可靠性较低等问题成为了困扰感应电机控制的主要瓶颈之一。
近年来，瞬时无功功率理论越来越受到关注，成为了感应电机的监测、保护、控制等方面的重要手段。
瞬时无功功率PQ理论的基本思想是：通过感知瞬时电压和电流的变化，利用VSI逆变器的控制输出来实现功率的控制，从而达到对感应电机的控制目的。
在这一基础上，通过对瞬时反作用磁势产生的影响进行分析，结合感应电机的数学模型，可以实现基于瞬时无功功率观测的感应电机无速度传感器矢量控制。
二、研究内容本项目将基于瞬时无功功率观测的原理和矢量控制算法，研究感应电机无速度传感器的矢量控制方法。
具体研究内容如下：1. 瞬时无功功率PQ理论的原理和应用，掌握基本理论和应用方法。
2. 研究感应电机的矢量控制原理和算法，并建立控制模型。
3. 基于瞬时无功功率观测理论，提出感应电机无速度传感器的矢量控制方法，探讨其可行性和实现过程。
4. 搭建研究平台，实验验证所提出的感应电机无速度传感器矢量控制方法的正确性和有效性。
三、研究意义1. 提高感应电机矢量控制的可靠性和精度，减少传感器成本和安装调试麻烦。
2. 探索基于瞬时无功功率观测的新型感应电机控制方法，为感应电机的控制提供新思路和新方法。
3. 扩展基于瞬时无功功率观测的研究应用领域，推广相关技术的应用并增加技术含量。
四、研究方法1. 理论研究：通过对瞬时无功功率PQ理论的研究，掌握基本的理论和应用方法。
2. 模型建立：运用矢量控制理论和感应电机的数学模型，建立感应电机无速度传感器矢量控制模型。
3. 数据分析：对实验数据进行分析，验证所提出方法的可行性和有效性。
五、预期成果1. 感应电机无速度传感器矢量控制方法的研究论文。
无位置传感器直流无刷电机弱磁调速控制的优化
《 业控制计算机｝０ １ 第 ２ 工 ２１年 ４卷 第 ７期
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对 无 位 置 传 感 器 直 流无 刷 电 机 ， 基 速 以下 恒 转 矩 调 速 时 ， 在 可 以 通 过 改 变 电机 导 通 相 绕 组 两 端 的 电 压 来 实 现 调 压 调 速 ， 若 绕组 两端 电压 已加 到 最 大 值 ，通 过 调 压 调 速 来 获 得 更 高 的速 度
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基于pwm技术的无刷直流电机的调速系统设计大学论文
基于PWM技术的无刷直流电机的调速系统设计Brushless DC Motor Speed Control System Based On PWM摘要无刷直流电机(BLDCM)具有调速性能优异、运行性能可靠和维护方便等优点，相较于有刷直流电机，其采用电子换向取代机械换向，有效地提高了电动机的运行效率，也使得其成品体积更加的轻巧。
但是无刷直流电机也存在转矩脉动、控制器复杂、成本较高等缺陷，这些缺陷的存在也一定程度上影响了无刷直流电机作为高效、先进电机在应用上的普及，因此研究如何改善以及解决无刷直流电机存在的问题便具有更加明显的现实意义。
MATLAB是一款用于数据分析与计算、算法开发以及动态系统建立与仿真的数学软件。
最初是由美国MathWorks公司出品的商用数学软件，其由Matlab和Simulink 两个重要组成部分构成，现在更是应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。
本文通过对无刷直流电机结构以及工作原理的研究与分析，找出导致其具有较大转矩脉动的原因，并先从理论上得到如何抑制转矩脉动的方法，再通过Matlab 建立起无刷直流电机的仿真模型，对其仿真结果进行分析与改善，从而有效地抑制无刷直流电机的转矩脉动。
关键词：无刷直流电机，转矩脉动，仿真模型AbstractBrushless DC motor (BLDCM) has excellent speed performance, reliable performance and easy maintenance, etc., compared to a brush DC motor, which uses electronically commutated replace mechanical commutation, effectively improve the operating efficiency of the motor, but also so that the volume of the finished product more compact. But there brushless DC motor torque ripple controller complexity, high cost and other defects, the presence of these defects also affected to some extent, a brushless DC motor as efficient and advanced motor universal in application, how to improve and therefore research solve the problems of the brushless DC motor will have more obvious practical significance.MATLAB is a tool for data analysis and computation, algorithm development, and simulation of dynamic systems to establish and mathematical software. MathWorks was originally developed by the US company produced commercial mathematical software, which consists of Matlab and Simulink are two important parts, and now it is used in engineering calculations, control design, signal processing and communications, image processing, signal detection, financial modeling design and analysis and other fields.Based on the brushless DC motor structure and working principle of research and analysis to identify the cause of which has a large torque ripple, and theoretically first get how to suppress torque ripples, established through Matlab brushless Simulation Model DC motor, its simulation results are analyzed and improved in order to effectively suppress the torque ripple of the brushless DC motorKeywords:Brushless DC motor; The torque pulsation; The simulation model目录第一章绪论 (6)1.1 研究背景及研究意义 (6)1.2 无刷直流电机调速系统的国内外研究现状 (7)1.3 本文的主要研究内容及章节安排 (8)第二章无刷直流电机的基本原理 (9)2.1 无刷直流电机的基本结构 (9)2.1.1 电机本体 (9)1.电动机定子 (9)2. 电动机转子 (10)2.1.2 位置传感器 (10)2.2 无刷直流电机的工作原理及换相过程 (12)2.2.1 无刷直流电机的工作原理 (13)2.2.2 无刷直流电机的换相过程 (15)2.3 无刷直流电机的应用 (16)2.4 本章小结 (16)第三章基于PWM技术的无刷直流电机转矩脉动抑制 (17)3.1 PWM控制技术简介 (17)3.1.1 PWM控制技术的基本原理 (17)3.1.2 PWM控制技术的控制方法 (18)3.2 Buck变换器的原理及控制方式 (19)3.2.1 Buck变换器的原理 (19)3.2.2 Buck变换器的控制方式 (20)3.3 无刷直流电机转矩脉动的产生 (20)3.3.1传导区转矩脉动 (21)3.3.2换相区转矩脉动 (22)3.4 无刷直流电机转矩脉动的抑制 (24)3.5 本章小结 (27)第四章无刷直流电机的仿真分析 (28)4.1 MATLAB和SIMULINK的介绍 (28)4.2 无刷直流电机的数学模型 (29)4.2.1电机本体模块 (30)4.2.2转矩计算模块 (31)4.2.3速度控制模块 (32)4.2.4电流控制模块 (32)4.2.5电压逆变模块 (33)4.3无刷直流电机的仿真结果 (33)4.4本章小结 (38)结论 (39)致谢 (40)参考文献 (41)附录 (42)第一章绪论1.1 研究背景及研究意义对于工厂生产和社会发展而言，电力拖动都有着举足轻重的地位，为了满足生产工艺的需求，通过控制电机的转矩以及转速来控制电动机的转速以及位置，这样就可以形成一个自动化系统，称之为电力拖动。
关于电机在弱磁状态下的调速问题
关于电机在弱磁状态下的调速问题什么叫弱磁呢?什么情况下应该考虑这个问题呢?答：当电机需要超过额定转速运行时，需要用到弱磁，弱磁出现在直流控制中的较多,直流电机在满磁下在额定速度下可以输出最大转矩,要想得到更高的速度就得减小励磁,但是是以减小转矩为代价的.一般直流调速器用到的多.弱磁的概念来自于直流传动控制，在其速度计算公式中速度与磁场的强度成反比。
一般电机的控制在其达到额定转速之前是按照恒转矩方式进行控制的，电机速度与电枢电压成正比，而达到了额定转速后则按照恒功率方式进行控制，电枢电压恒定，电机速度与磁场强度成反比。
交流电机的矢量控制是根据直流电机的模型进行控制的，因以沿用了直流电机的概念。
变频器输出电压不会超过进线电压.现在一般电机额定电压是380额定频率是50,电源电压一般也是380,当频率超过50.但输出电压不能超过380,导致磁通变小,自然回导致力矩下降.若电机额定频率是100HZ额定电压380,那在100HZ以上才是弱磁区.转矩闭环是相对于电流闭环而言的（不讨论转速闭环，因这和转速闭环不冲突）。
对恒磁通情况，转矩是正比于电流的。
但对于变磁通方式，转矩并不只正比于电流，还与磁通（并不是励磁电流）成反比。
在电流闭环情况下，当电机弱磁时，功率不变，但转矩降低，降低的原因是电流受控制系统限制不再增加，而磁通却减小了。
在转矩闭环情况下，当电机弱磁时，为保证转矩不降低，输出电流要相应的增加以弥补磁通减小的损失。
此时电机会处于过载状态，输出功率也就相应的增大了。
电机输出高于额定功率的功率不是什么稀奇的事，只要电机能承受，闭环系统的优越性就可以发挥的淋漓尽致！关于电机在弱磁状态下的调速问题在电机应用上必须保证在额定转速以下呢?如果要超过了额定转速应该调整有关弱磁方面的哪些参数呢?在传动专业，调速范围和弱磁升速尽管是专业术语，但也是热点专业知识，就是说，大量应用的专业知识。
如果一个电机，讨论它的调速范围和驱动能力的话，不会不涉及弱磁调速、恒转矩特性、恒功率特性等概念，因为一个电机的外特性，就把这个电机的特性包括了。
中级电工知识要求试题库
中级电工知识要求试题库一、是非题（是画√，非画×）1、变压器是一种利用电磁感应的原理，将某一数值的交流电压转变为频率相同的另一种或两种以上的交流电压的电器设备。
（）2、电力变压器绝缘套管的作用是作为引出线的接线端子。
（）3、贮油柜里的油必须灌满。
（）4、冲击合闸试验第一次合闸的时间应不少于10min。
（）5、变压器并列运行时，其联结组别应一样，否则会造成短路。
（）6、ZGX系列整流式弧焊机为了获得陡降的外特性，通常应用磁放大器来达到目的。
（）7、多个焊机向一个接地装置连接时，可采用串联方法解决。
（）8、整流式直流弧焊机焊接电流不稳定的主要原因有主回路接触器抖动、风压开关抖动及控制绕组接触不良等。
（）9、变压器在运行时，由于导线存在一定电阻，电流通过绕组时，要消耗一部分能量，这部分损耗叫做铁损。
（）10、当单相变压器一、二次绕组的同名端同时取为首端（或末端）时，一、二次绕组的相电压u X和u x应为同相位。
（）11、合闸供电时，先将高压跌落开关合上，再合上低压开关，向用电线路供电。
在开闸停电时，与合闸时相反。
这种操作顺序不能搞乱。
（）12、变压器取油样后要及时进行化验，且应在油样温度低于室温时启封开瓶。
（）13、BX2和BX3两种系列弧焊机都是通过调节动、静铁心部隙来调整焊接电流的。
（）14、电流互感器及电压互感器二次侧都应接熔断器作短路保护。
（）15、变压器铁心应接地，但只允许有一点接地。
（）16、只要三相定子绕组每相都通入交流电流，便可产生定子旋转磁场。
（）17、起重机起吊时，在起重臂下行走，必须戴好安全帽。
（）18、直流电机在额定负载下运行时，其火花等级不应超过2级。
（）19、直流测速发电机的工作原理与直流发电机一样，但它要求负载电阻不要太大。
（）20、一台YD132M-4/2型电动机，规格：6.5/8kW、△/YY、1450/2800（r/min）。
要使它的额定转速n N=1450r/min，定子绕组应作YY形联结。
无刷直流电机工作原理及PWM调速
磁材料被完全磁化后无外励
磁时的 B—H关系。
华北电力大学 电机教研室
《电机学》
§25-1永磁材料及其特性参数
永磁材料分类 常用的永磁材料有铝镍钴（AlniCo）、钡铁氧体 （Ba-Ferrite）和锶铁氧体（Sr-Ferrite）、钐钴 （SmCo 2∶17 型和SmCo 1∶5 型）和钕铁硼 （NdFeB），这是按发明的先后顺序排列的； 若按年产吨位排列则为：铁氧体、钕铁硼、铝镍 钴、钐钴；若按销售额排列则为：铁氧体和钕铁 硼并列第一，然后是钐钴、铝镍钴。
无刷直流电机的构成
无刷直流电机包括：直流电源，永磁电机，电子换向 电路（逆变器），转子位置检测，电流换向控制。
华北电力大学 电机教研室
《电机学》
§25-2 无刷直流电机的工作原理
永磁电机
表面磁钢结构的永磁电机
内永磁结构的永磁电机
分数槽绕组的永磁电机
华北电力大学 电机教研室
《电机学》
§25-2 无刷直流电机的工作原理
华北电力大学电机教研室电机学无刷直流电机的pwm调速252无刷直流电机的工作原理pwmon模式调制方法示意图华北电力大学电机教研室电机学无刷直流电机的pwm调速252无刷直流电机的工作原理onpwm模式调制方法示意图华北电力大学电机教研室电机学无刷直流电机的pwm调速252无刷直流电机的工作原理pwmonpwm模式调制方法示意图华北电力大学电机教研室电机学无刷直流电机的pwm调速252无刷直流电机的工作原理通过调整pwm的占空比调节加在电机绕组上的电压的大小可以实现像直流电机一样调速性能
华北电力大学 电机教研室
《电机学》
§25-2 无刷直流电机的工作原理
无功弱磁调速
有更大的适用范围。瞬时无功功率理论已经在有 源电力滤波器设计中得到较好应用。 设三相电路的瞬时电压和瞬时电流分别为
ｅ ｅ ｅ ａｉｉ考虑到电 ａ ｂ・ Ｉ Ｉ， ，，和ｉ ｂ， 机定子三相绕组在
结构上的对称性， 可以忽略电压和电流中的零序
分量。将它们分别变换到两相正交的 ｄ一 ｑ坐标 系上， 可得两相瞬时电压 ｅ， ｄ ｅ和两相瞬时电流 。 Ｚｆ 的表达式为 ｄｔ 。
ｌ ｏ ｔｉ ｓｓ ｍ ｒ ｐａｔａｔ ａｅ ｃｓｅ． ｅ ｆ ｓ ｔ ｆ ｉ ｒｃｉ ｌｙ ｄｓｕｓｄ ｍｓ ｈ ｙ ｅ ｏ ｔ ｓ ｃ ｉ ｒ ｉ
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瞬时无功功率理论在弱磁调速 中的应用
电气传动
２０ 年 ０６
第３ 卷 ６
第６ 期
瞬时无功功率理论在弱磁调速中的应用
龚世续
武汉科技大学中南分校
摘要： 介绍了永磁无刷直流电机弱磁调速的一种新方法。基于瞬时无功功率理论， 通过控制无功分量 Ｓ Ｃ 就能实现永磁电机的弱磁调速 。还介绍了控制系统框图和软件流程 ， ／， ｏ 讨论了仿真结果， 说明了实际应用
广东职业技能等级认定证书考试试题含答案 中级电工理论(期中考试)
18中级电工理论（期中考试）基本信息：[矩阵文本题] *一、单选题（每小题0.5分，共80分）1. 职业道德是指从事一定职业劳动的人们，在长期的职业活动中形成的（） [单选题] *A 行为规范(正确答案)B 操作程序C 劳动技能D 思维习惯2. 在市场经济条件下，职业道德具有（）的社会功能 [单选题] *A 鼓励人们自由选择职业B 遏制牟利最大化C 促进人们的行为规范化(正确答案)D 最大限度地克服人们受利益驱动3. 职业道德通过（）,起着增强企业凝聚力的作用 [单选题] *A 协调员工之间的关系(正确答案)B 增加职工福利C 为员工创造发展空间D 调节企业与社会的关系4. 电阻器反映（）对电流起阻碍作用的大小。
[单选题] *A 电阻率B 导体(正确答案)C 长度D 截面积5. 若干电阻（）后的等效电阻值比每个电阻值大。
[单选题] *A 串联(正确答案)B 混联C 并联D 星形-三角形6. 按照功率表的工作原理，所测得的数据是被测的电路中的（）。
[单选题] *A 有功功率(正确答案)B 无功功率C 视在功率D 瞬时功率7. 使用电解电容时（）。
[单选题] *A 负极接高电位，正极接低电位B 正极接高电位，负极接低电位(正确答案)C 负极接高电位，负极也可以接高电位D 不分正负极8. 通电直导体在磁场中所受力方向，可以通过（）来判断。
[单选题] *A 右手定则、左手定则B 楞次定律C 右手定则D 左手定则(正确答案)9. 磁场内各点的磁感应强度大小相等、方向相同，则称为（）。
[单选题] *A 均匀磁场(正确答案)B 匀速磁场C 恒定磁场D 交变磁场10. 当线圈中的磁通增加时，感应电流产生的磁通与原磁通方向（）。
[单选题] *A 正比B 反比C 相反(正确答案)D 相同11. 正弦量有效值与最大值之间的关系，正确的是（）。
[单选题] *A E=Em/√2(正确答案)B U=Um/2C Iav=2/πXEmD Eav=Em/212. 已知工频正弦电压有效值和初始值均为380V，该电压的瞬时值表达式为（）V。
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理论研究
Theory Research
基于瞬时无功功率理论的无刷直流电动机弱磁调速
袁沂辉 , 龚世缨
(华中科技大学 , 湖北武汉 430074 )
F ield - weaken in g Applica tion s for Brushless DC M otor Ba sed on In stan taneous Reactive Power Theory
r/m in
1125 1314 1405 1518 1596 1677 1732 1790 1816 1845 1868
Idc /A 1. 14 1. 25 1. 34 1. 45 1. 52 1. 66 1. 76 1. 87 2. 05 2. 30 2. 63
表 2 T = 2N ・m 时电机参数的变化
表 1 T = 1N ・m 时电机参数的变化
s /ω n
4 系统实现
系统结构框图如图 2 所示 , 它完成的主要功能 有电流采样 、 转子位置检测以及输出 IGBT 驱动信 号等 ,其中微控制器采用电机专用控制 DSP 芯片 T M S320F240。
0
0. 2 0. 4 0. 6 0. 8 1. 0 1. 2 1. 4 1. 6 1. 8 2. 0
根据表 1 和表 2 的数据 , 可得电机转速 n 和电 流 Idc对应于无功分量 s /ω的变化曲线 , 如图 5、 6所 示 。可以看出 , 对于给定的负载转矩 T, 增加无功分 量 s /ω有等效弱磁的效果 , 提高了电机转速 。随着 ω的增加 , 电机电流 Idc也相应增大 。而随着负载 s/ 转矩 T 的增加 , 电机的弱磁调速能力相应下降 。 图 7为 Idc = 3A时 , 不 同 弱 磁 方 法 下 转 速 n与
ed eq =
1引 言
无刷直流电动机 (以下简称 BLDCM ) 以其高可 靠性 、 高效率和制造工艺简单等诸多优点而得到了 广泛的应用 。但在一些需要宽广调速范围和高速恒 功率运行的领域 ,其相对恒定的磁场限制了它的使 用和性能发挥 。例如在电动汽车的驱动中 , 为了低 速时满足起动 、 爬坡 、 加速等方面的需要 , 电机必须 有足够大的力矩 ,而为了达到较高的车速 ,又需要通 过弱磁控制来提高电机转速 ,同时要保持功率恒定 , 以提高电机的使用效率 。传统的方法是通过增加 d 轴去磁电流或减少 q轴电流 ,达到弱磁的目的 。 为了提高永磁电动机的弱磁调速范围 , 国内外 不少学者做过大量研究 。有的在定子绕组上串联电 感 ,但这样会使得电机恒转矩范围变窄 , 效率降低 。 有的从改变转子结构入手 , 使用永磁转子和磁阻转 子的复合永磁转子“ 弱磁 ” 方案 , 也可取得一定的 “ 弱磁 ” 效果 , 但这种方法使得电机转矩密度变低 ,
收稿日期 : 2003 - 07 - 10 改稿日期 : 2003 - 10 - 9
2 0 3 0 2 0 3 0
- 1 /2
- 1 /2 -
ea eb ec ia ib ic ( 2) ( 1)
3 /2
- 1 /2
3 /2
- 1 /2
id iq
=
3 /2
-
3 /2
如图 1所示 , d - q - s为相互垂直的右手坐标
5结 论
基于神经网络速度控制器及神经网络混合转速 估计器的无速度传感器异步电机矢量控制系统 , 既 改善了非无功模型参考自适应方法转速估计方法中
较差的低速性能 ,又解决了单独利用瞬时无功模型 转速估计存在的负阶跃时转速不稳定 , 估计转速不 收敛问题 。电机估计的转速精度较好 。然而由于速 2 159. 232 mH; np = 2; J = 0. 001 kg ・m ; B = 0. 002 N 度估计网络结构原因 , 图中速度估计曲线与实际值 ・m ・ s/ rad; IN = 5 A; UN = 380 V; 采样周期为 600μ s。 还是有一定的偏差 。这有待于速度估计方法的进一 图 4 为速度为 900 r/m in 时空载起动 , t = 1. 0 s 步改进 。 时速度为 600 r/m in,即速度指令为负阶跃时的电机 参考文献 仿真波形 (ωref为速度给定值 , ωrestim ation为速度估计 [ 1 ] Kubota H,Matsuse K, Hori Y . Behavior of sensorless induction mo2 值 ) 。由图 4a可见 , 空载时转子速度在 t = 0. 3 s时 系统已达到稳定状态 ,收敛于速度给定值 ,在 t = 1. 0 s时 ,速度变为 600 r/m in, 系统的响应在 t = 1. 15 s 达到稳定 ,解决了瞬时无功模型参考自适应方法在 转速给定为负阶跃时的转速不稳定问题 。由图 4b 可知 ,低速 、 负阶跃时电机估计的转速精度较高 。
s /ω
0
0. 2 0. 4 0. 6 0. 8 1. 0 1. 2 1. 4 1. 6 1. 8 2. 0
图 2 系统结构框图
n
r/ 1078 1132 1165 1188 1205 1225 1239
系统控制程序由若干个子程序组成 , 其中包括 初始化 、 转子位置采集 、 磁通采集 、 电流采集 、 坐标变 换、 过流保护 、 滞环电流控制 、 转矩和电流的计算以 及其他各种输入输出子程序等 。其流程图如图 3 所 示。
p s = ed - eq eq ed id iq ( 5)
基于瞬时无功功率理论的无刷直流电动机弱磁调速 5 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
YUAN Y i - hu i, GON G S h i - y ing
( Huazhong University of Science and Technology,W uhan 430074, China )
摘 要 : 介绍了一种基于瞬时无功功率理论的永磁无刷 直流电动机弱磁调速新策略 ,通过控制无功分量 s /ω达到弱 磁的效果 。仿真结果表明 ,与传统的弱磁方法相比 , 该方法 最大的优点是能够提高弱磁调速范围 ,减少了转矩脉动 。 关键词 : 无刷直流电动机 ; 弱磁 ; 瞬时无功功率理论 ; 仿 真 中图分类号 : TM 33 文献标识码 : A 文章编号 : 1004 - 7018( 2005) 03 - 0005 - 02
0 ≤k ≤1, 两种方法均起作用 。
^
( b) 转子实际转速与估计速度误差波形
图 4 速度指令为负阶跃时空载起动仿真波形
4 仿真实验
采用 M atlab 对基于神经网络速度控制器及神 经网络混合转速估计器的无速度传感器异步电机矢 量控制系统进行仿真研究 。 仿真所用到的电机模型参数为 : R s = 1. 23 Ω ; R r = 1. 01 Ω ; L s = 159. 232 mH; L r = 159. 232 mH; Lm =
理论研究
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3. 3 混合计算方法
ωr = k ωr1 + ( 1 - k )ωr2 0 ≤ k ≤ 1 式中 : k - 混合权重 。
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( 14 )
ω= | 速度给定 ωref和速度估计 ωr的误差为 Δ ωref - ωr | 。用 Δ ω来决定 k 的值 。当 Δ ω很小时 , k ω很大时 , k = 0, 这时模型参考自适应起作用 ; 当 Δ ω 处于中间状态时 , = 1, 这时直接计算起作用 ; 当 Δ
功率的定义 。设三相电路的瞬时电压和瞬时电流分 别为 ea 、 eb 、 ec 和 ia 、 ib 、 ic , 考虑到电机定子三相绕组 在结构上的对称性 , 可以忽略电压和电流中的零序 分量 。将它们分别变换到两相正交的 d - q 坐标系 上 , 可得两相瞬时电压 ed 、 eq 和两相瞬时电流 id 、 iq 如下 :
T
统仿真模型 ,并实现了控制算法 ,如图 4 所示 。
ω s/
=
fd - fq
fq fd
id iq
( 8)
图 3 控制程序流程图
ω进 因此 , 电枢电流直交轴分量 id 、 iq 可通过 T 和 s / 行控制 , 由式 ( 8 ) 通过矩阵变换得到
id iq
2 2 式中 :Δ = fd + fq ,
图 1 电压 - 电流 - 功率三维坐标系
系 , 可定义瞬时有功功率 p和瞬时无功功率 s分别 为
p = ed ・ id + eq ・ iq s = eq ×id + ed ×iq = - eq ・ id + ed ・ iq ( 3) ( 4)
用 ed 、 eq 、 id 、 iq 表示时 , 写成矩阵形式为 :
2 瞬时无功功率理论
瞬时无功功率理论是日本学者赤木泰文等人于
20 世纪 80 年代初提出的 , 其核心是关于瞬时无功
ω has a field duced in this paper . In p ractice, increasing s /
weakening effect and results in increased motor speed. Sim ula2 tion results show that the overall of this method is the enhance2 ment of field - weakening performance of drive and a reduction in torque ripp le compared the conventional method. Keywords: brushless DC motor; field - weakening; instanta2 neous reactive power theory; sim ulation