变频空调压缩机矢量控制研究
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图 ２ 转 速 波 形 图 ４ 结 论 ２ 永 磁 同步 电机 矢 量 控 制 原 理 结合三相三 电平空 间矢 量脉宽调制 Ｓ Ｖ Ｐ ＷＭ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 在分析其数学模 型的基础上 ， 系统采用转速 、 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 ， 电流双闭环控制策略。并通过 Ｍ Ａ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ平台对该 系统进行仿真 ， 结 过埘 ｉ 和ｉ 进行解耦实现永磁同步电机的 电流分量 的单独控 制 ， 通 过电流 内环反馈控 制使 ｉ 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 。 参 考 文献 环控制中 ， 计算给定速度 ｃ ｏ 和实际速度 山 的偏差作 为速度 Ｐ Ｉ控 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 器 的输 入 ， 它 的输 出就 是 所 需 的电 流 分 量 ｉ 。电 流环 中将 采 样 获 【 Ｊ Ｊ ． 清 华 大 学 学报 （ 自然 科 学 版） ， ２ ０ １ ２ ， ５ ２ （ １ １ ） ： １ ５ ６ ５ — １ ５ ７ ０ ． 得的相 电流 ｉ 、 ＿ Ｊ Ｊ 、 ｉ 经过 ３ ｓ ／ ２ ｒ变换 转 换 为 １ ｑ 坐 标 系 中的 实 际 电流 制 策略 【 ２ 】 汪 兆 栋， 丈 小 琴， 游 林儒 ， 曾 文 涛．Ｉ Ｐ Ｍ Ｓ Ｍ 宽速 域 范 围无 位 置 传 感 器 ｉ 然 后 与 所 需 的 电 流 分量 ｉ ． 、 ｉ 进 行 比较 ， 将 偏 差 输 入 到 电流 Ｐ Ｉ 【 Ｊ ］ ． 华 南理 工大学学报（ 自然科学版） ， ２ ０ １ ５ ， ４ ３ （ ９ ） ： １ — ７ ． 控 制器 ， 从而 由电流 Ｐ Ｉ 控制器输 出所需 的电压分量 ｕ ， 、 ｕ 。把 电 高性能控制［ 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， 流Ｐ Ｉ 控制器输 出的电压分量经过 ２ ｒ ／ ３ ｓ 变换 ，然后输 人到 Ｓ Ｖ Ｐ ＷＭ ［
惯量。
逆变模块 中 ， 从而产生一组新的 Ｐ ＷＭ波 ， 并结合 三相逆变器将重新 ２ ０ ０ ９ ， ３ ０ （ １ ） ： ６ ６ — ６ ９ 生成 的三相定子电压矢量送 人到永磁 同步 电机 中， 使电机能按照新 的速度指令进 行运转 ， ｍ此完成 了整个系统的速度伺服控制过程。
３ 系统 仿 真 分 析
Ｍ Ａ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ ／ Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ环境 下的 永磁 同步 电机 矢 量控制 仿真 图如 图 ２所 示 。 设 置 仿 真 时 间 为 ０ ． ３ ｓ ， 给 定 初 始 参 考 转 速 为 ７ ０ ０ ｒ ／ ｍｉ ｎ ． ０ ． １ ｓ 时 系统 突然加 负载运行 ， 从 ｌ Ｎ・ ｍ增 加到 ３ Ｎ・ 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
＝＝ ＝
wk.baidu.comｐ
（ ４ ）
其 中 Ｌ １ 、 ｕ 为定子电压的 ｔ ｛ ｑ分量 ； ｉ ｉ 为定子电流的 ｄ ｑ分量 ； Ｉ 为ｄ ｑ轴 定 子 线 圈 的 自感 ； Ｒ 为 电 枢 绕 组 电阻 ； ∞ 为 转 子 电 角 速度 ； 为转 子磁链 ； Ｐ为微分算 子 ； ｎ 为 电机 极对数 ； 为电磁转 矩； 为负载转矩 ； Ｂ是 阻尼系数 ； ‘ １ ）是转子机 械角速 度 ； Ｊ是转动
ｒ
Ｉ ｕ ｄ —
一
．
＋ Ｐ Ｉ ｄ —
Ｔ
‘
Ｔ
ｉ ｑ
．
｛ Ｉ ＝ ＋ ｐ ＋
＋
（ １ ）
图 １ 永磁 同步 电机 矢 量 控 制 系统
（ ２ ）
詈 【 ＋ （ 一 ） 】
运动方程 为：
＝ 一 一
驯
（ ３ ）
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 【 Ｊ 犬 技 术成熟 ， 成本低等优点而被广泛采用… 。 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１ － 业应用的青睐 ， 对其 的研究也不 断深 人。而采用高矫顽力材 料的 内埋式 永磁 同步 电机 磁阻转矩 的存 在使其 具有更宽 的恒功 率运 行 、 更 好 的 运 行 效 率 和 更 宽 的 转速 调节 范 围 。 因 此 它 成 为 变 频空 渊压缩机 的主要选择ｌ １ Ｉ ， 也成 为研究热点 。 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 ｄ ｑ ０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 ：
・
３ ６・
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 １ ６ ３ ３ １ ８ ）
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 ＭＡ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ仿真验证 该系统 可实现有效调速。 关键词 ： 内埋 式 永磁 同步 电机 ； 矢量 控 制 ； Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ仿 真
惯量。
逆变模块 中 ， 从而产生一组新的 Ｐ ＷＭ波 ， 并结合 三相逆变器将重新 ２ ０ ０ ９ ， ３ ０ （ １ ） ： ６ ６ — ６ ９ 生成 的三相定子电压矢量送 人到永磁 同步 电机 中， 使电机能按照新 的速度指令进 行运转 ， ｍ此完成 了整个系统的速度伺服控制过程。
３ 系统 仿 真 分 析
Ｍ Ａ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ ／ Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ环境 下的 永磁 同步 电机 矢 量控制 仿真 图如 图 ２所 示 。 设 置 仿 真 时 间 为 ０ ． ３ ｓ ， 给 定 初 始 参 考 转 速 为 ７ ０ ０ ｒ ／ ｍｉ ｎ ． ０ ． １ ｓ 时 系统 突然加 负载运行 ， 从 ｌ Ｎ・ ｍ增 加到 ３ Ｎ・ 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
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（ ４ ）
其 中 Ｌ １ 、 ｕ 为定子电压的 ｔ ｛ ｑ分量 ； ｉ ｉ 为定子电流的 ｄ ｑ分量 ； Ｉ 为ｄ ｑ轴 定 子 线 圈 的 自感 ； Ｒ 为 电 枢 绕 组 电阻 ； ∞ 为 转 子 电 角 速度 ； 为转 子磁链 ； Ｐ为微分算 子 ； ｎ 为 电机 极对数 ； 为电磁转 矩； 为负载转矩 ； Ｂ是 阻尼系数 ； ‘ １ ）是转子机 械角速 度 ； Ｊ是转动
ｒ
Ｉ ｕ ｄ —
一
．
＋ Ｐ Ｉ ｄ —
Ｔ
‘
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ｉ ｑ
．
｛ Ｉ ＝ ＋ ｐ ＋
＋
（ １ ）
图 １ 永磁 同步 电机 矢 量 控 制 系统
（ ２ ）
詈 【 ＋ （ 一 ） 】
运动方程 为：
＝ 一 一
驯
（ ３ ）
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 【 Ｊ 犬 技 术成熟 ， 成本低等优点而被广泛采用… 。 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１ － 业应用的青睐 ， 对其 的研究也不 断深 人。而采用高矫顽力材 料的 内埋式 永磁 同步 电机 磁阻转矩 的存 在使其 具有更宽 的恒功 率运 行 、 更 好 的 运 行 效 率 和 更 宽 的 转速 调节 范 围 。 因 此 它 成 为 变 频空 渊压缩机 的主要选择ｌ １ Ｉ ， 也成 为研究热点 。 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 ｄ ｑ ０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 ：
・
３ ６・
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 １ ６ ３ ３ １ ８ ）
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 ＭＡ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ仿真验证 该系统 可实现有效调速。 关键词 ： 内埋 式 永磁 同步 电机 ； 矢量 控 制 ； Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ仿 真