永磁同步电机矢量控制 PPT
永磁同步电动机矢量控制第二章
第2章永磁同步电机结构及控制方法2.1 永磁同步电机概述永磁同步电动机的运行原理与电励磁同步电动机相同,但它以永磁体提供的磁通替代后的励磁绕组励磁,使电动机结构较为简单,降低了加工和装配费用,且省去了容易出问题的集电环和电刷,提高了电动机运行的可靠性;又因无需励磁电流,省去了励磁损耗,提高了电动机的效率和功率密度。
因而它是近年来研究得较多并在各个领域中得到越来越广泛应用的一种电动机。
永磁同步电动机分类方法比较多:按工作主磁场方向的不同,可分为径向磁场式和轴向磁场式;按电枢绕组位置的不同,可分为内转子式(常规式)和外转子式;按转子上有无起绕组,可分为无起动绕组的电动机(用于变频器供电的场合,利用频率的逐步升高而起动,并随着频率的改变而调节转速,常称为调速永磁同步电动机)和有起动绕组的电动机(既可用于调速运行又可在某以频率和电压下利用起动绕组所产生的异步转矩起动,常称为异步起动永磁同步电动机);按供电电流波形的不同,可分为矩形波永磁同步电动机和正弦波永磁同步电动机(简称永磁同步电动机)。
异步起动永磁同步电动机用于频率可调的传动系统时,形成一台具有阻尼(起动)绕组的调速永磁同步电动机。
永磁同步伺服电动机的定子与绕组式同步电动机的定子基本相同。
但根据转子结构可分为凸极式和嵌入式两类。
凸极式转子是将永磁铁安装在转子轴的表面,如图 2-1(a)。
因为永磁材料的磁导率十分接近空气的磁导率,所以在交轴(q 轴)、直轴(d 轴)上的电感基本相同。
嵌入式转子则是将永磁铁安装在转子轴的内部,如图 2-1(b),因此交轴的电感大于直轴的电感。
并且,除了电磁转矩外,还有磁阻转矩存在。
为了使永磁同步伺服电动机具有正弦波感应电动势波形,其转子磁钢形状呈抛物线状,其气隙中产生的磁通密度尽量呈正弦分布;定子电枢绕组采用短距分布式绕组,能最大限度地消除谐波磁动势。
永磁体转子产生恒定的电磁场。
当定子通以三相对称的正弦波交流电时,则产生旋转的磁场。
永磁同步电机工作原理及其控制策略PPT幻灯片课件
家用电器 冰箱、空调等(单位体积功率密度高、 体积小)
5
PMSM和BLDC电机的结构
模拟结构图
A⊕
Z⊙ b
g
⊕
r
B
⊙Y
r g
b
⊕C
⊙X
6
PMSM和BLDC电机的结构
实物结构图
转子磁铁
定子绕组 霍尔传感器
7
PMSM和BLDC电机的结构
每次换相一个功率开关,每个功率开关导通120度电
角度。导通顺序为 VF1VF2、VF2VF3、VF3VF4、VF4VF5、VF5VF6、VF6VF1...
U1
VF1
VF3
VF5
H1
译
A
码
H2
电
B
H3
路
VF4
VF6
VF2
C
全控桥两两通电电路原理图
18
PMSM和BLDC电机的工作原理
将三只霍尔集成电路 H1
无刷直流电机 永磁体的弧极为180度,永磁体产生的气
隙磁场呈梯形波分布,线圈内感应电动 势亦是交流梯形波
定子绕组为Y或 联结三相整距绕组
由于气隙较大,故电枢反应很小
12
PMSM和BLDC电机的结构
正弦波永磁同步电机 永磁体表面设计成抛物线,极弧大体为
120度
定子绕组为短距、分布绕组
2)不计电动机中的涡流和磁滞损耗;
3)转子无阻尼绕组。
永磁同步电动机在三相定子参考坐标系中的数学
模型可以表达如下:
定子电压:
us
Rsis
d s
dt
永磁同步电机控制系统培训课件
,电机不转,
iq
is
0
e
id
当给电机定子通如图所示的is电流矢量时
id is cos(e ) iq is sin(e )
电磁转矩方程为: Te 1.5 pis sin(e )
于是通过转子的转动方向可以得出转子的初始位置信息
永磁同步电机控制系统
全有文档
一 控制方式 二 SVPWM产生原理 三 转子初始化定位
一 控制方式
它控式
由其它装置带动电机转动
自控式
由自身控制电机转动。永磁同步电机同步就是 指电流频率和转速是同步的,自控式就是控制电 流频率来实现控制转速。通常采取矢量控制
矢量控制原理图
坐标变换图
磁定位法可以精确实现转子的初始定位,但可能造成转子较大幅度的 转动,这在有些机械设备上是不容许的。
基于磁定位原理的摄动定位方法:给定子通以 id 0 iq is 方向为 e 的电流矢量,电动机在上述电流矢量的作用之下开始旋转,通过编码 器脉冲信号可得到电机的转动方向,一旦检测到编码器脉冲数有变化, 便立即封锁PWM输出,转子的位置改变很小,而根据电机转向和给 定的电流矢量就可以大致确定电机转子的位置。接着改变电流矢量方 e 向 ,使给定的电流矢量更接近电机转子的磁极,再检测电机的转 向,通过转向来实现对转子初始位置的定位。
(1)磁定位法即强制启动使转子转到一个已 知位置; (2)静止时通过特定的算法估算转子位置。
永磁同步电机转矩方程
Te 1.5 p[iq ( Ld Lq )id iq ]
对于表面式PMSM, L Lq
d
于是电磁转矩方程为: Te 1.5 piq 。
永磁同步电机矢量PPT课件
bM ba Lbb M bcibfcos2 (/3)
c M ca M cb Lccic cos2 (/3)
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)
back
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
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。
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。
对于SPMSM而言,Ld Lq 则式T en (fiq (L d L q)id iq)
back
矢量控制原理
id 0 控制方法的实现
MATLAB的仿真分析
模型
700 Speed Ref
Step
Tm
is_abc (A)
PI
iqref
iabc v a
A
<Rotor speed wm (rad/s)>
4
m
idref
vbB0iab源自r iorefiref v c
C
4 <Rotor angle thetam (rad)>
工作原理及其控制方法
PMSM的空间矢量图
PMSM同步电动机矢量控制
矢量控制能够实现对电机的精确控制,具有较高的动态性能和稳态精度。同时, 矢量控制能够有效地抑制转矩波动,减小转矩脉动。
局限性
矢量控制需要精确的电机参数和准确的传感器测量,增加了系统的复杂性和成 本。此外,矢量控制对于电机参数的变化较为敏感,参数变化可能导致控制性 能下降。
03
PMSM同步电动机的矢 量控制策略
数据处理
对采集到的数据进行滤波、去噪、 归一化等处理,提取有用的信息 进行分析。
数据分析
利用分析软件对处理后的数据进 行分析,研究矢量控制策略对 PMSM同步电动机性能的影响。
实验结果与结论
结果展示
通过图表、曲线等形式展示实验结果, 直观地反映矢量控制策略对PMSM同 步电动机性能的影响。
结论总结
基于直接转矩控制的矢量控制策略
总结词
基于直接转矩控制的矢量控制策略是一种先进的控制方法,通过直接控制电机的输出转 矩和磁通来实现对PMSM同步电动机的高性能控制。
详细描述
基于直接转矩控制的矢量控制策略采用离散的时间采样方法,通过检测电机的输出转矩 和磁通状态,直接调节电机的输入电压或电流,实现对电机输出转矩和磁通的快速、精 确控制。这种控制方法具有响应速度快、动态性能好等优点,适用于高性能的伺服系统
基于磁场定向的矢量控制策略
总结词
基于磁场定向的矢量控制策略是PMSM同步电动机中最常用的控制策略之一,通过控制励磁和转矩电流分量,实 现对电机磁场的解耦控制。
详细描述
基于磁场定向的矢量控制策略通过将PMSM的电流分解为与磁场方向正交的励磁电流和与磁场方向一致的转矩电 流,实现了对电机磁场的完全解耦控制。通过调节励磁和转矩电流分量,可以独立地控制电机的磁通和转矩,从 而实现高性能的调速控制。
永磁同步电机无位置传感器矢量控制PPT.
转速阶跃给定时dq 轴电流瞬态波形
随着转速的升高,交直轴电流的 动态过渡过程越来越长。
02 电流环控制器设计
电流环+ 等效控C s制 器U为s : Gs
Y s
+
- Y s*
Y s*
U s C s
Gs Y s
- - F s =F结PI s论 +F:dec表s明= qRs轴s +0上 L的s 电Gˆ s流Rs s 0+波 L动s +对d0轴sr L电s 流无0sr L影s 响,实现GFˆ 了ss dq轴电流的
Rs
i i
+2r
L信波Lcsois器号n22来,rr 实需LL现要csoins信使22号rr用 分ii多 离个。r滤f
f sinr cosr
01 主要工作
转速环
电流环
r*
控制器
PI
iq*s
控制器
PI
d , q u
②
r
在中高速段,研究id*s了 0
u
④ 针对P全I 速范围 内
一种具有电机参数在 的无位置传感器
i
uq +
-a b c
ib 态耦合关系。
1
iq
-
r f
Rs sLs
PMSM
PMSM矢量控制框图
02 电流环控制器设计
为 了 观 察 电 机 d-q 轴 电 流 的 耦 合
影响,进行了仿真分析。图所示 的工况为初始转速为零,在0.2s 时 刻 转 速 阶 跃 给 定 为 0-300rad/s , 在0.4s时刻给定 300-600 rad/s 的 转 速 阶 跃 , 在 0.6s 时 刻 给 定 600900 rad/s转速阶跃。
《永磁同步电动机》课件
面临的挑战与解决方案
成本问题
随着高性能永磁材料价格的上涨,永磁同步电动机的成本 也随之增加。解决方案包括采用替代性材料、优化设计等 降低成本。
控制精度问题
在某些高精度应用场景中,永磁同步电动机的控制精度仍 需提高。解决方案包括采用先进的控制算法和传感器技术 提高控制精度。
可靠性问题
在高温、高湿等恶劣环境下,永磁同步电动机的可靠性可 能会受到影响。解决方案包括加强散热设计、提高材料耐 久性等提高可靠性。
总结词
风力发电系统中应用永磁同步电动机,具有 高效、可靠、低噪音等优点。
详细描述
风力发电系统需要能够在风能不稳定的情况 下高效、可靠运行的电机,永磁同步电动机 能够满足这些要求。其高效、可靠、低噪音 的特性使得风力发电系统在能源利用效率和
可靠性方面具有显著优势。
THANKS
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工作原理
永磁同步电动机通过控制器调节电机电流,使电机转子与定子磁场保持同步, 从而实现电机的运转。其工作原理基于磁场定向控制和矢量控制技术。
种类与特点
种类
永磁同步电动机根据结构可分为 表面贴装式、内置式和无铁心式 等类型。
特点
永磁同步电动机具有效率高、节 能效果好、运行稳定、维护方便 等优点,广泛应用于工业自动化 、新能源、电动汽车等领域。
05
CATALOGUE
永磁同步电动机的发展趋势与挑战
技术发展趋势
高效能化
随着技术的不断进步,永磁同步电动机的效率和性能不断提升, 能够满足更多高效率、高负载的应用需求。
智能化
随着物联网、传感器等技术的发展,永磁同步电动机的智能化水平 不断提高,可以实现远程监控、故障诊断等功能。
紧凑化
为了适应空间受限的应用场景,永磁同步电动机的尺寸和重量不断 减小,同时保持高性能。
永磁电机矢量控制技术与应用 共40页PPT资料
iS
IS
1
i
i
2 0 3
1 2 3
2
2312iiBA
32TABCiiBA
iS As
i0
1 1 1 iC
2
2
2
iC
Cs
IS iS jiS
1
T ABC
• 第1代——V/f恒定和正弦脉宽调制(SPWM)控制 • 第2代——电压空间矢量控制(又称SVPWM、磁通轨迹法) • 第3代——矢量控制 • 第4代——直接转矩控制
• 矢量控制硬件基础:20世纪60年代起,微处理器、大规模集成电路等微
电子技术、快速电力半导体变流装置迅速发展;
• 矢量控制理论基础:20世纪70年代初期两项突破性研究成果:
iS
iS
7
iSd
i Sq
矢量控制基础——矢量控制的基本思想
矢量控制是一种高性能交流电机控制方式,它基于交流电机 的动态数学模型,通过对电机定子变量(电压、电流、磁链)进 行三相/2相坐标变换,将三相正交的交流量变换为两相正交的交 流量,再通过旋转变换,将两相正交的交流量变换为两相正交的 直流量,采用类似于他激直流电机的控制方法,分别控制电机的 转矩电流和励磁电流来控制电机转矩和磁链,具有直流电动机类 似的控制性能。
(4)定子绕组参数不随温度和 频率变化。
Bs q
A
d
Z
S B
Y N
P As
C
X Cs
9
永磁电机动态数学模型与基本控制方法
——假定条件与状态方程
定子电压方程矩阵形式: usRisdsd t,I
永磁同步电机矢量控制ppt课件
18
a) 稳态矢量图
b) 相量图
图3-9 面装式PMSM矢量图和相量图
19
此时,可将式(3-17)直接转换为
U s Rs Is jωs Ls Is jωsΨ f Rs Is jωs Ls Is jωs Lm If Rs Is jωs Ls Is E0
fC
(3-4)
式中, fA 、 fB 和 fC 分别为永磁励磁磁场链过 ABC 绕组产生的磁链。
12
同电励磁三相隐极同步电动机一样,因电动机气隙均匀,故 ABC 绕组
的自感和互感都与转子位置无关,均为常值。于是有
LA LB LC Ls Lm1 式中, Ls 和 Lm1 分别为相绕组的漏电感和励磁电感。另有
3.1.1 转子结构及物理模型
永磁同步电动机是由电励磁三相同步电动机发展而来。它用永磁体代替了电 励磁系统,从而省去了励磁线圈、集电环和电刷,而定子与电励磁三相同步电动 机基本相同,故称为永磁同步电动机(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)。
用于矢量控制的 PMSM,要求其永磁励磁磁场波形是正弦的,这也是 PMSM 的一个基本特征。
B (Lsσ Lm ) iB fB
C
iC fC
(3-9)
同三相感应电动机一样,由三相绕组中的电流 iA 、iB 和 iC 构成了定子电流矢 量 is (如图 3-6b 所示)。
14
同理由三相绕组的全磁链可构成定子磁链矢量 ψs ,由 fA 、 fB 和 fC 可构成转子磁链矢量 ψf ,即有
图 3-6b 中,将永磁励磁磁场轴线定义为 d 轴,q 轴顺着旋转方向超 前 d 轴 90°电角度。 fs 和 is 分别是定子三相绕组产生的磁动势矢量和定 子电流矢量,产生 is ( fs ) 的等效单轴线圈位于 is ( fs ) 轴上,其有效匝数为 相绕组的 3 2 倍。于是,图 3-6b 便与图 1-17 具有了相同的形式,即面 装式 PMSM 和三相隐极同步电动机的物理模型是相同的。
永磁同步电机及转子磁场定向矢量控制ppt课件
8
12 伺服系统概述
永磁同步电机及转子磁场定向矢量控制
电气工程 王俊鹏
1
12 伺服系统概述
永磁同步电机结构和工作原理 永磁同步电机的优势与应用 永磁同步电机的数学模型 永磁同步电机的控制方式 PMSM的转子磁场定向矢量控制 总结
2
12 伺服系统概述
1. 永磁同步电机的结构和工作原理
1.1 永磁同步电机(P M S M )的结构 ermanent agnetic ynchronous achine
AGV列车—V150,创下列车速度世界新纪录574.8km/h。
2015年6月24日,历时11年,累计1000万次试验,积累150G数据, 耗资1亿元,中国中车旗下株洲电力机车研究所有限公司攻克了第三 代轨道交通牵引技术,即永磁同步电机牵引系统,掌握完全自主知 识产权,成为中国高铁制胜市场的一大战略利器。
图1-2 旋转磁动势波形图
5
12 伺服系统概述
2. 永磁同步电机的优势与应用
2.1 永磁同步电动机的优势
我国电动机保有量大,消耗电能大,设备老化,效率较低。永 磁同步电动机(PMSM)具有体积小、效率高、功率因数高、起动力矩 大、力能指标好、温升低等特点。
6
12 伺服系统概述
永磁同步电机相比交流异步电机优势: (1)效率高、更加省电。由于永磁同步电机的磁场是由永磁 体产生的,从而避免通过励磁电流来产生磁场而导致的励磁损耗。 永磁同步电机的外特性效率曲线相比异步电机,其在轻载时效 率值要高很多,这是永磁同步电机在节能方面,相比异步电机最 大的一个优势。 由于永磁同步电机功率因数高,这样相比异步电机其电机电流 更小,相应地电机的定子铜耗更小,效率也更高。 永磁电机参数,不受电机极数的影响,因此便于设计成多极电 机,这样对于传统需要通过减速箱来驱动负载电机,可以做成直 接用永磁同步电机驱动的直驱系统,从而省去了减速箱,提高了 传动效率。
永磁同步电机控制技术PPT.
如工作某方面有安全要求(譬如银行工作),需要尽早核实应聘者的背景信息。 1、如果乘船过程中遇到事故不幸溺水,应学会现场急救知识。 虽然客户跟你谈了,但是他对你没有好感。在汽车销售公司经常有这样的工作安排,就是男客户进来以后,销售经理会安排女销售人 员上去接待,其目的就是想在最短的时间里让客户对销售人员产生好感,尽快促成交易。 绕车介绍(下) 上述情况目前在我们国内并不常见,原因有两个: 三、课堂小结 出示投影片。("看一看"中的图) 注意力不集中
52
弱磁控制
• 电压与电流限制
id2s
iq2s
d 永磁体和交、直轴电流共同 44 激励时的磁力线分布
基于Ansoft的电机电感计算
Ld
Lmq
Lmd Lq
CT
Luvw
C
N PB
2
a
l
600kW电机电感随交轴电流变化图
45
电感变化对IPMSM控制的影响分析
永磁同步电机转矩闭环控制
Te* +
-
Te
Calculation
id iq
电感变化对输出转矩影响
Te (N m)
电磁转矩 励磁转矩
励磁转矩
磁阻转矩
设计转矩 设计转矩
1500N·m
Te p直f轴iq电流p Ld -9L9q.7i4d8iqA
实际转矩 交轴电流
164.785A
Te' p固定f iq电感p Ld 15L.3q8'miHdiq
实际电感 10.5655mH
额定电流
143.882A
铁心长度
225mm
查看各参数结果
第7章三相永磁同步伺服电动机的控制ppt课件
经 营 者 提 供 商品或 者服务 有欺诈 行为的 ,应当 按照消 费者的 要求增 加赔偿 其受到 的损失 ,增加 赔偿的 金额为 消费者 购买商 品的价 款或接 受服务 的费用
第7章
第二节 三相永磁同步伺服电动机的
控制策略
经 营 者 提 供 商品或 者服务 有欺诈 行为的 ,应当 按照消 费者的 要求增 加赔偿 其受到 的损失 ,增加 赔偿的 金额为 消费者 购买商 品的价 款或接 受服务 的费用
以保持相电流幅值的不变。
在上面介绍的两种控制方式中,id=0的控制方式是最
常用的方式,下面主要介绍这种控制方式。
经 营 者 提 供 商品或 者服务 有欺诈 行为的 ,应当 按照消 费者的 要求增 加赔偿 其受到 的损失 ,增加 赔偿的 金额为 消费者 购买商 品的价 款或接 受服务 的费用
第二节
第二节
三相永磁同步伺服电动机的控制策略
2.用软件实现空间电压矢量脉冲宽度调制(SVPWM) 用软件实现空间电压矢量脉宽调制的方法也是一种通
常使用的方法,这种方法的优越性在于其控制精度比 较高。 首先确定要求输出的电压空间矢量的幅值和方向角, 才能进行SVPWM运算。在三相永磁交流伺服电动机控 制系统中,可以通过闭环的实时计算来获得电压空间
经 营 者 提 供 商品或 者服务 有欺诈 行为的 ,应当 按照消 费者的 要求增 加赔偿 其受到 的损失 ,增加 赔偿的 金额为 消费者 购买商 品的价 款或接 受服务 的费用
第二节
三相永磁同步伺服电动机的控制策略
1.控制id=0以实现最大转矩输出:
目前大多数的交流伺服电动机用于进给驱动,电动机 工作于其额定转速以下,属于恒转矩调速方式。在 这类应用场合,追求的是在一定的定子电流幅值下能 够输出最大的转矩,因此最佳的控制方式是使定子电
相永磁同步电动机矢量控制
现代电机控制 技术
第3章 三相永磁同步电动机矢量控制
第 3 章 三相永磁同步电动机矢量控制
3.1 基于转子磁场定向矢量方程 3.2 基于转子磁场定向矢量控制及控制系统 3.3 弱磁控制与定子电流最优控制 3.4 定子磁场定向矢量控制 3.5 谐波转矩及转速波动 3.6 矢量控制系统仿真实例
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图3-39 永磁同步电动机控制系统的仿真模 型的整体设计框图
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思考题与习题(略)
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图3-22 面装 式PMSM矢量
控制系统
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图3-23 面装式PMSM矢量控制
1. 矢量图 b) 相量图
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图3-36 PMSM以定子 磁场定向的矢 量控制系统简 图
永磁电机矢量控制技术和应用共41页PPT
永磁电机矢量控制技术和应用
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事, 只想现 在的事 。现在 有成就 ,以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人,心里必须 充满光 明。足不前,莽撞的 人只能 引为烧 身,只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。
31、只有永远躺在泥坑里的人,才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭,生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍,就是一下子不要学很多。——洛克
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a) 转子等效励磁绕组
b) 物理模型
图3-6 二极面装式PMSM物理模型
如图 3-6a 所示,由于永磁体内部的磁导率接近于空气,因此对于定 子三相绕组产生的电枢磁动势而言,电动机气隙是均匀的,气隙长度为 g。于是,图 3-6b 相当于将面装式 PMSM 等效为了一台电励磁三相隐极 同步电动机,惟一的差别是电励磁同步电动机的转子励磁磁场可以调节, 而面装式 PMSM 的永磁励磁磁场不可调节。在电动机运行中,若不计及 温度变化对永磁体供磁能力的影响,可认为 f 是恒定的,即 if 是个常值。
图 3-6b 中,将永磁励磁磁场轴线定义为 d 轴,q 轴顺着旋转方向超 前 d 轴 90°电角度。 fs 和 is 分别是定子三相绕组产生的磁动势矢量和定 子电流矢量,产生 is ( fs ) 的等效单轴线圈位于 is ( fs ) 轴上,其有效匝数为
相绕组的 3 2 倍。于是,图 3-6b 便与图 1-17 具有了相同的形式,即面
大家应该也有点累了,稍作休息
大家有疑问的,可以询问和交流
10
图中当 0o 时,将 is ( fs ) 在气隙中产生的正弦分布磁场称为直轴电枢反应 磁场;
当 90o 时,将 is ( fs ) 在气隙中产生的正弦分布磁场称为交轴电枢反应磁场。 显然,在幅值相同的 is ( fs ) 作用下,直轴电枢反应磁场要弱于交轴电枢反应 磁场,于是有 Lmd Lmq , Lmd 和 Lmq 分别为直轴等效励磁电感和交轴等效励磁电 感。 对比图 3-7b 和图 1-19 可以看出,插入式 PMSM 与电励磁三相凸极同步电动 机相比较,两个物理模型主要的差别表现在后者的 Lmd Lmq ,两者恰好相反。 对于内装式 PMSM,因直轴磁路的磁导要小于交轴磁路的磁导,故有 Lmd Lmq ,其物理模型便和插入式 PMSM 的基本相同。 对于如图 3-6b 所示的面装式 PMSM,则有 Lmd Lmq Lm , Lm 称为等效励磁 电感。且有, Lm Lmf 。
弦分布; (5) 相绕组中感应电动势波形为正弦波。 对于面装式转子结构,由于永磁体内部磁导率很小,接近于空气,可以将置于 转子表面的永磁体等效为两个空心励磁线圈,如图 3-6a 所示,假设两个线圈在气 隙中产生的正弦分布励磁磁场与两个永磁体产生的正弦分布磁场相同。进一步,再
将两个励磁线圈等效为置于转子槽内的励磁绕组,其有效匝数为相绕组的 3/ 2 倍, 通入等效励磁电流为 if 在气隙中产生的正弦分布励磁磁场与两励磁线圈产生的相 同。 ψf Lmf if , Lmf 为等效励磁电感。图 3-6b 为等效后的物理模型,图已将等效 励磁绕组表示为位于永磁励磁磁场轴线上的线圈。
a) 转子等效励磁绕组
b) 物理模型
图3-7 二极插入式PMSM的等效物理模型
3.1.2 面装式三相永磁同步电动机矢量方程
1.定子磁链和电压矢量方程
图 3-6b 中,三相绕组的电压方程可表示为
uA
RsiA
d A
dt
(3-1)
uB
RsiB
但有一基本原则,即除了考虑成本、制造和可靠运行外,应尽量产生正弦分 布的励磁磁场。
图 3-4 和图 3-5 分别是二极面装式和插入式 PMSM 的结构简图。图中,标出了 每相绕组电压和电流的正方向,并取两者正方向一致(电动机原则),电压和电流可 为任意波形和任意瞬时值;将正向电流流经一相绕组产生的正弦波磁动势的轴线定义 为相绕组的轴线,并将 A 轴作为 ABC 轴系的空间参考坐标,同样可以将三相绕组表 示为位于 ABC 轴上的线圈;假定相绕组中感应电动势的正方向与电流的正方向相反 (电动机原则);取逆时针方向为转速和电磁转矩的正方向,负载转矩正方向与此相反。
第3章 三相永磁同 步电动机矢量控制
第 3 章 三相永磁同步电动机矢量控制
3.1 基于转子磁场定向矢量方程 3.2 基于转子磁场定向矢量控制及控制系统 3.3 弱磁控制与定子电流最优控制
3.1 基于转子磁场定向矢量方程
3.1.1 转子结构及物理模型 3.1.2 面装式三相永磁同步电动机矢量方程 3.1.3 插入式三相永磁同步电动机矢量方程
图 3-4 二极面装式 PMSM 结构简图
图 3-5 二极插入式 PMSM 结构简图
在建立数学模型之前,先做如下假设: (1) 忽略定、转子铁心磁阻,不计涡流和磁滞损耗; (2) 永磁材料的电导率为零,永磁体内部的磁导率与空气相同; (3) 转子上没有阻尼绕组; (4) 永磁体产生的励磁磁场和三相绕组产生的电枢反应磁场在气隙中均为正
PMSM 的转子结构,按永磁体安装形式分类,有面装式、插入式和内装式三 种,如图 3-1、图 3-2 和图 3-3 所示。
图 3-1 面装式转-3 内装式转子结构
对于每种类型转子结构,永磁体的形状和转子的结构形式,根据永磁材料的 类别和设计要求的不同,可以有多种的选择,可采取各式各样的设计方案。
装式 PMSM 和三相隐极同步电动机的物理模型是相同的。
同理,可将插入式转子的两个永磁体等效为两个空心励磁线圈,再 将它们等效为置于转子槽内的励磁绕组,其有效匝数为相绕组有效匝数
的 3 / 2 倍,等效励磁电流为 if ,如图 3-7a 所示。与面装式 PMSM 不同 的是,电动机气隙不再是均匀的,此时面对永磁体部分的气隙长度增大 为 g+h,h 为永磁体的高度,而面对转子铁心部分的气隙长度仍为 g,因 此转子 d 轴方向上的气隙磁阻要大于 q 轴方向上的气隙磁阻,可将图 3-7a 等效为图 3-7b 的形式。
3.1.1 转子结构及物理模型
永磁同步电动机是由电励磁三相同步电动机发展而来。它用永磁体代替了电 励磁系统,从而省去了励磁线圈、集电环和电刷,而定子与电励磁三相同步电动 机基本相同,故称为永磁同步电动机(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)。
用于矢量控制的 PMSM,要求其永磁励磁磁场波形是正弦的,这也是 PMSM 的一个基本特征。