变频空调压缩机矢量控制研究
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1 永磁同步电机简化数学模型 根据传统的假设和坐标变换，可得出内埋式永磁同步电机基于 转子磁场 dq0 坐标系的数学模型。永磁同步电机在同步旋转坐标系 下的电压方程和转矩方程分别为：
■■■■■uuqd
= =
Rsid Rsiq
+ Ld + Lq
pid piq
- ωe Lqiq + ωe Ld id
+
ωe
图 2 转速波形图
2 永磁同步电机矢量控制原理
4 结论
结合三相三电平空间矢量脉宽调制 SVPWM 技术，采用矢量控
本文以内埋式永磁同步电机为代表的变频空调压缩机的矢量
制对电极进行控制。图 1 为永磁同步电机矢量控制系统。电流环通 控制系统进行了研究，在分析其数学模型的基础上，系统采用转速、
过对 id 和 iq 进行解耦实现永磁同步电机的电流分量的单独控制，通 电流双闭环控制策略。并通过 MATLAB 平台对该系统进行仿真，结
·36·
科技论坛
变频空调压缩机矢量控制研究
林雨晴 （东北石油大学 电气信息工程学院，黑龙江 大庆 163318）
摘 要：内埋式永磁同步电机凭借其损耗小、功率高等优点而被广泛应用于变频空调压缩机领域。为实现变频空调压缩机的调速控 制，对内埋式永磁同步电机数学模型及其矢量控制系统的基本原理进行分析。通过 MATLAB 仿真验证该系统可实现有效调速。
[1]史宇超,孙凯,黄立培,等. 内埋式永磁同步电机宽调速范围运行控 制策略[J].清华大学学报（自然科学版）,2012,52（11）：1565-1570. [2]汪兆栋,文小琴,游林儒,曾文涛. IPMSM 宽速域范围无位置传感器 高性能控制[J].华南理工大学学报（自然科学版）,2015,43（9）：1-7. [3]朱应煌. 变频器在空气压缩机恒压控制中的应用[J].自动化仪表,
图 2 所 示 。 设 置 仿 真 时 间 为 0.3s， 给 定 初 始 参 考 转 速 为
700r/min，0.1s 时系统突然加负载运行，从 1N·m 增加到 3N·m，在这
个过程中，电磁转矩反应很快，能够快速跟踪负载转矩，并迅速达到
稳态，系统的动态性能良好; 电机转速基本没有波动，说明系统抗
过电流内环反馈控制使 id=0，最终实现转矩的直接控制。在转速闭 果验证了调速的有效性和可靠性。
环控制中，计算给定速度 ω* 和实际速度 ω 的偏差作为速度 PI 控
参考文献
Hale Waihona Puke Baidu
制器的输入，它的输出就是所需的电流分量 iq*。电流环中将采样获 得的相电流 ia、ib、ic 经过 3s/2r 变换转换为 dq 坐标系中的实际电流 id、iq，然后与所需的电流分量 id*、iq* 进行比较，将偏差输入到电流 PI 控制器，从而由电流 PI 控制器输出所需的电压分量 ud* 、uq*。把电 流 PI 控制器输出的电压分量经过 2r/3s 变换，然后输入到 SVPWM
关键词：内埋式永磁同步电机；矢量控制；Matlab 仿真
工业的不断进步使电机的使用广泛化、普及化。数控行业、电动 汽车、家用电器等工业领域都存在电机的身影。一直以来，异步电机 因技术成熟，成本低等优点而被广泛采用[1]。随着电机制造技术的不 断发展，永磁同步电机凭借其功率密度高、运行效率高等优势逐渐 受到工业应用的青睐，对其的研究也不断深入。而采用高矫顽力材 料的内埋式永磁同步电机因磁阻转矩的存在使其具有更宽的恒功 率运行区、更好的运行效率和更宽的转速调节范围[2]。因此它成为变 频空调压缩机的主要选择[3]，也成为研究热点。
干扰能力强。
基金项目：东北石油大学研究生创新科研项目资助（YJSCX2015-028NEPU）。
ψr
（1）
Te
=
3 2
n p [ψr iq
+ (Ld
-
Lq
)id iq
]
（2）
图 1 永磁同步电机矢量控制系统
运动方程为：
pω
=
1 J
[Te
-TL
-
Bω]
（3）
ωe = npω
（4）
其中，ud、uq 为定子电压的 dq 分量；id、iq 为定子电流的 dq 分量； Ld、Lq 为 dq 轴定子线圈的自感；Rs 为电枢绕组电阻；ωe 为转子电角 速度；ψr 为转子磁链；p 为微分算子；np 为电机极对数；Te 为电磁转 矩；TL 为负载转矩；B 是阻尼系数；ω 是转子机械角速度；J 是转动 惯量。
逆变模块中，从而产生一组新的 PWM 波，并结合三相逆变器将重新 2009,30（1）：66-69.
生成的三相定子电压矢量送入到永磁同步电机中，使电机能按照新
的速度指令进行运转，由此完成了整个系统的速度伺服控制过程。
3 系统仿真分析
MATLAB/Simulink 环境下的永磁同步电机矢量控制仿真图如
■■■■■uuqd
= =
Rsid Rsiq
+ Ld + Lq
pid piq
- ωe Lqiq + ωe Ld id
+
ωe
图 2 转速波形图
2 永磁同步电机矢量控制原理
4 结论
结合三相三电平空间矢量脉宽调制 SVPWM 技术，采用矢量控
本文以内埋式永磁同步电机为代表的变频空调压缩机的矢量
制对电极进行控制。图 1 为永磁同步电机矢量控制系统。电流环通 控制系统进行了研究，在分析其数学模型的基础上，系统采用转速、
过对 id 和 iq 进行解耦实现永磁同步电机的电流分量的单独控制，通 电流双闭环控制策略。并通过 MATLAB 平台对该系统进行仿真，结
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变频空调压缩机矢量控制研究
林雨晴 （东北石油大学 电气信息工程学院，黑龙江 大庆 163318）
摘 要：内埋式永磁同步电机凭借其损耗小、功率高等优点而被广泛应用于变频空调压缩机领域。为实现变频空调压缩机的调速控 制，对内埋式永磁同步电机数学模型及其矢量控制系统的基本原理进行分析。通过 MATLAB 仿真验证该系统可实现有效调速。
[1]史宇超,孙凯,黄立培,等. 内埋式永磁同步电机宽调速范围运行控 制策略[J].清华大学学报（自然科学版）,2012,52（11）：1565-1570. [2]汪兆栋,文小琴,游林儒,曾文涛. IPMSM 宽速域范围无位置传感器 高性能控制[J].华南理工大学学报（自然科学版）,2015,43（9）：1-7. [3]朱应煌. 变频器在空气压缩机恒压控制中的应用[J].自动化仪表,
图 2 所 示 。 设 置 仿 真 时 间 为 0.3s， 给 定 初 始 参 考 转 速 为
700r/min，0.1s 时系统突然加负载运行，从 1N·m 增加到 3N·m，在这
个过程中，电磁转矩反应很快，能够快速跟踪负载转矩，并迅速达到
稳态，系统的动态性能良好; 电机转速基本没有波动，说明系统抗
过电流内环反馈控制使 id=0，最终实现转矩的直接控制。在转速闭 果验证了调速的有效性和可靠性。
环控制中，计算给定速度 ω* 和实际速度 ω 的偏差作为速度 PI 控
参考文献
Hale Waihona Puke Baidu
制器的输入，它的输出就是所需的电流分量 iq*。电流环中将采样获 得的相电流 ia、ib、ic 经过 3s/2r 变换转换为 dq 坐标系中的实际电流 id、iq，然后与所需的电流分量 id*、iq* 进行比较，将偏差输入到电流 PI 控制器，从而由电流 PI 控制器输出所需的电压分量 ud* 、uq*。把电 流 PI 控制器输出的电压分量经过 2r/3s 变换，然后输入到 SVPWM
关键词：内埋式永磁同步电机；矢量控制；Matlab 仿真
工业的不断进步使电机的使用广泛化、普及化。数控行业、电动 汽车、家用电器等工业领域都存在电机的身影。一直以来，异步电机 因技术成熟，成本低等优点而被广泛采用[1]。随着电机制造技术的不 断发展，永磁同步电机凭借其功率密度高、运行效率高等优势逐渐 受到工业应用的青睐，对其的研究也不断深入。而采用高矫顽力材 料的内埋式永磁同步电机因磁阻转矩的存在使其具有更宽的恒功 率运行区、更好的运行效率和更宽的转速调节范围[2]。因此它成为变 频空调压缩机的主要选择[3]，也成为研究热点。
干扰能力强。
基金项目：东北石油大学研究生创新科研项目资助（YJSCX2015-028NEPU）。
ψr
（1）
Te
=
3 2
n p [ψr iq
+ (Ld
-
Lq
)id iq
]
（2）
图 1 永磁同步电机矢量控制系统
运动方程为：
pω
=
1 J
[Te
-TL
-
Bω]
（3）
ωe = npω
（4）
其中，ud、uq 为定子电压的 dq 分量；id、iq 为定子电流的 dq 分量； Ld、Lq 为 dq 轴定子线圈的自感；Rs 为电枢绕组电阻；ωe 为转子电角 速度；ψr 为转子磁链；p 为微分算子；np 为电机极对数；Te 为电磁转 矩；TL 为负载转矩；B 是阻尼系数；ω 是转子机械角速度；J 是转动 惯量。
逆变模块中，从而产生一组新的 PWM 波，并结合三相逆变器将重新 2009,30（1）：66-69.
生成的三相定子电压矢量送入到永磁同步电机中，使电机能按照新
的速度指令进行运转，由此完成了整个系统的速度伺服控制过程。
3 系统仿真分析
MATLAB/Simulink 环境下的永磁同步电机矢量控制仿真图如