第3章三相永磁同步电动机矢量控制1
永磁同步电机的矢量控制系统
永磁同步电机的矢量控制系统一、本文概述随着科技的不断进步和工业的快速发展，电机作为核心动力设备，在各种机械设备和工业自动化系统中扮演着至关重要的角色。
其中，永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，简称PMSM）因其高效率、高功率密度和优良的控制性能等优点，被广泛应用于电动汽车、风力发电、机床设备等领域。
为了实现永磁同步电机的精确控制，提高其运行效率和稳定性，矢量控制（Vector Control）技术被引入到永磁同步电机的控制系统中。
本文将对永磁同步电机的矢量控制系统进行深入探讨。
文章将简要介绍永磁同步电机的基本结构和运行原理，为后续的矢量控制理论奠定基础。
接着，文章将重点阐述矢量控制的基本原理和实现方法，包括坐标变换、空间矢量脉宽调制（SVPWM）等关键技术。
文章还将分析矢量控制系统中的传感器选择、参数辨识以及控制策略优化等问题，以提高系统的控制精度和鲁棒性。
通过本文的研究，读者可以对永磁同步电机的矢量控制系统有一个全面而深入的了解，为实际应用中提高永磁同步电机的控制性能提供理论支持和指导。
本文还将探讨未来永磁同步电机矢量控制系统的发展趋势和挑战，为相关领域的研究者和工程师提供有价值的参考信息。
二、永磁同步电机的基本原理永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）是一种高效、高性能的电机类型，其工作原理基于电磁感应和磁场相互作用。
PMSM的核心组成部分包括定子、转子和永磁体。
定子通常由三相绕组构成，负责产生旋转磁场；转子则装有永磁体，这些永磁体在定子产生的旋转磁场作用下，产生转矩从而驱动电机旋转。
PMSM的工作原理可以简要概括为：当定子三相绕组通入三相交流电时，会在定子内部形成旋转磁场。
由于转子上的永磁体具有固定的磁极，它们在旋转磁场的作用下会受到力矩的作用，从而使转子跟随定子磁场的旋转而旋转。
通过控制定子电流的相位和幅值，可以精确控制旋转磁场的转速和转向，从而实现对PMSM的精确控制。
详解永磁同步电机矢量控制
永磁同步电机矢量控制
由于永磁同步电机(PMSM)在诸多方面的优势，在控制领域引起了极大的兴趣。
矢量控制的基本思想[4-5]是在普通的三相交流电动机上设法模拟直流电动机转矩控制的规律。
按磁场定向坐标,将电流矢量分解成产生磁通的励磁电流分量和产生转矩的转矩电流分量,并使两分量互相垂直,彼此独立,然后分别进行调节。
这样交流电动机的转矩控制。
从原理和特性上就和直流电动机相似了。
矢量控制的目的是为了改善转矩控制性能．而最终仍然是对定子电流的控制。
由于在定子侧的各物理量,如电压、电流、电动势、磁动势都是交流量,其空间矢量在空间以同步转速旋转,调节和控制都不容易。
因此需要借助于坐标变换,使各物理量从静止坐标系转换到同步旋转坐标系,这时各空间矢量就都变成了直流量。
电流矢量分解成产生磁通的励磁电流分量i d和产生转矩的转矩电流分量i q,如图2所示,这样转矩和被控量定子电流之间的关系就一目了然。
图2.转矩和被控量定子电流之间的关系
永磁同步电机的矢量控制系统由四部分组成：1．位置、速度检测模块；2．速度环,电流环PI控制器；3．坐标变换模块；4．SVPWM模块和逆变模块。
控制过程为：速度给定信号指令与检测到的转子速度相比较,经速度控制器的调节,输出I指令信号(电流控制器得给定信号)。
同时,经过坐标变换后,定子反馈的三相电流变为i d,i q,通过电流控制器使：i d=0,i q与给定的i∗q相比较后,经过电流调节器的输出为d,q轴的电压,经Park逆变换后为α、β电压。
通过SVPWM模块输出六路PWM驱动IGBT．产生可变频率和幅值的三相正弦电流输入电机定子。
现代电机控制技术
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现代电机控制技术
第1章 基础知识 第2章 三相感应电动机矢量控制 第3章 三相永磁同步电动机矢量控制 第4章 三相感应电动机直接转矩控制 第5章 三相永磁同步电动机直接转矩控制 第6章 无速度传感器控制与智能控制
3
第1章 基础知识
1.1 电磁转矩 1.2 直、交流电机电磁转矩 1.3 空间矢量 1.4 矢量控制
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2
3
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5
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a) 三相绕组由逆变器供电
b) 电子开关VT1、VT2、VT6闭合时的电路
图1-29 定子电压矢量 c) 电压矢量us1的构成
0
1
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a) 正弦分布磁动势波
b) 正弦分布磁场
图1-30 A相绕组产生的正弦分布磁场
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1.1 电磁转矩
1.1.1 磁场与磁能 1.1.2 机电能量转换 1.1.3 电磁转矩生成 1.1.4 电磁转矩控制
5
图1-1 双线圈励磁的铁心
6
7
磁压降
磁压降
磁路的 磁动势
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铁心磁路 主磁通
铁心磁 路磁阻
气隙 磁通
气隙磁 路磁阻
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永磁同步电机矢量控制
2.电压空间矢量PWM 的基本原理交流电动机输入三相正弦电流的最终目的是在电动机空间形成圆形旋转磁场，从而产生恒定的电磁转矩，将逆变器与电动机视为一个整体，以圆形磁场为目标来控制逆变器工作，这种控制方法称作“磁链跟踪控制”，磁链轨迹的控制是通过交替使用不同的电压空间矢量实现的。
与直接的SPWM 技术相比，SVPWM 算法的优点主要有：1、SVPWM 优化谐波程度高，消除谐波效果好，可以提高电压利用率。
2、SVPWM 算法提高了电机的动态响应速度，同时减小了电机的转矩脉动。
3、SVPWM 比较适合于数字化控制系统。
如图1所示，A 、B 、C 分别表示在空间静止的电动机定子三相绕组的轴线,他们在空间上互差2π⁄3，三相定子相电压u a 、u b 、u c 分别加在三相绕组上，可以定义三个定子电压空间矢量U A (t)、U B (t)、U C (t),他们在时间上互差2π⁄3，并且在各自轴线上按正弦规律变化。
U A (t )=U m cos (ωt )U B (t )=U m cos(ωt−2π/3)U C (t )=U m cos(ωt +2π/3)A(e j 0)图2.1 电压空间矢量可以得到三相电压合成矢量为：U s =U A (t )+U B (t )e i2π/3+U C (t )e −i2π/3=32U m e ωt+π/2 从上式中可以看出，电压空间矢量U s 是以角速度ω逆时针旋转的一个电压矢量，其幅值为相电压幅值的1.5倍。
又当电动机转速较高时，由定子电阻所引起的压降可以忽略不计，则定子合成电压与合成磁链空间矢量之间的关系可以写为：u s =dψsdt当电动机有三相平衡正弦电压供电时，电动机定子磁链幅值恒定，其空间矢量以恒速旋转，磁链矢量顶端的运动轨迹为圆形。
将ψs =ψs e iωt+iφ代入上式可以得到u s =ωψs e i(ωt+φ+π/2)由上式知u s 的方向与磁链矢量ψs 正交，当磁链矢量在空间旋转一周时，电压矢量也连续的按磁链圆的切线方向运动2π弧度，因此电机旋转磁场轨迹问题可以转化为电压空间矢量的运动轨迹问题。
永磁同步电动机矢量控制
永磁同步电动机矢量控制永磁同步电动机是一种新型的高性能电机，具有高效率、高功率密度、高转矩密度等特点，在工业和交通领域有广泛应用。
矢量控制是一种高级的控制方法，可以实现电机的高精度运行和性能优化。
本文将介绍永磁同步电动机矢量控制的结构和方法。
永磁同步电动机的结构包括永磁转子、定子绕组和控制器等几个部分。
永磁转子由永磁体和转子绕组组成，永磁体产生一个恒定的磁场，而转子绕组用于传导电流。
定子绕组是通过变频器提供的三相电流激励，产生旋转磁场。
控制器则根据电机的位置、速度和负载要求等信息，调节电机的电流和控制策略，实现对电机的控制。
永磁同步电动机的矢量控制方法主要包括电流控制、转子磁链观测、速度和位置估算等几个步骤。
电流控制是通过控制器提供的电流指令，调节电机的电流大小和相位，使电机的磁场与转子磁场同步，实现最大力矩输出。
转子磁链观测则通过计算电机的电流与磁场之间的关系，实时估算转子的磁链大小和位置，用于后续的控制。
速度和位置估算则是通过测量电机的转子位置和速度，采用信号处理和滤波算法，推算出电机的实际运行状态，用于控制器的反馈。
在矢量控制中，还可以应用一些高级控制技术，如预测控制、自适应控制和模型预测控制等，以进一步提高电机的性能和动态响应。
预测控制通过模型预测电机的状态和负载要求，优化控制策略，实现最佳性能。
自适应控制则是通过实时调节控制器的参数，使控制器能够适应电机的变化，提高控制性能。
模型预测控制则是通过建立电机的动态数学模型，预测未来一段时间的状态和输出，以实现最佳的控制性能。
综上所述，永磁同步电动机矢量控制是一种高级的电机控制方法，能够实现对电机的高精度控制和性能优化。
通过控制电机的电流和磁场，在不同的工况下实现最大力矩输出和高效能运行。
未来，随着控制算法和硬件技术的不断发展，永磁同步电动机矢量控制在各个领域将有更广泛的应用。
永磁同步电机的矢量控制原理
永磁同步电机的矢量控制原理
交流永磁同步电机采用的是正弦波供电方式，它可以消除方波电流突变带来的转矩脉动，其运行稳，动，静态特性好，但控制也比无刷直流电机复杂，需要采用矢量控制技术。
正弦波和方波的区别在于正弦波电流的瞬时值随相位变化。
交流永磁同步电动机的理
想状态是使定子绕组的电流在转子磁场强度最大的位置达到最大，从而使电动机在相同的
输入电流下获得最大的输出转矩。
为了实现这一目标，必须同时控制定子电流的幅值和相位。
振幅和相位构成电流矢量，因此这种控制称为“矢量控制”。
为了对交流电机实施矢量控制，首先需要建立电机的数学模型。
根据矢量控制的理论，交流永磁同步电机的数学模型可以按照以下步骤建立。
① 将三相定子电流合成为统一的合成电流。
②将定子合成电流分解为两相正交流电，完成电流的3-2变换。
③ 将定子坐标系中的两相正交流电转换为定子坐标系。
④ 转子坐标系下的定子电流
平衡方程。
⑤根据转子磁场与定子电流的正交分量建立电机的运行方程。
现代电机控制技术第3章三相永磁同步电动机矢量控制课件
2
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 面装式转子结构
图 3-2 插入式转子结构
图 3-3 内装式转子结构
(3-2) (3-3)
A LA LAB LAC iA fA
B LBA LB LBC iB fB
C
LCA
LCB
LC
iC
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。 11
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
Lm1
1 2
Lm1
1 2
Lm1
Ls Lm1
1 2
Lm1
1 2
Lm1
1 2
Lm1
Ls Lm1
iA iB iC
fA fB fC
式中， A
(Ls
Lm1 )iA
1 2
Lm1
(iB
iC ) fA
。
(3-7)
12
若定子三相绕组为 Y 接，且无中线引出，则有iA iB iC 0 ，于是
将矢量图直接转换为 A 相绕组的相量图，或者反之。这一结论同样适用 于
PMSM，因此可将图 3-9a 所示的矢量图直接转换为 A 相绕组的相量图，如图
3-9b 所示。
17
a) 稳态矢量图
b) 相量图
图3-9 面装式PMSM矢量图和相量图
18
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
永磁同步电机矢量控制总结
目录永磁同步电机数学模型........................................................................2永磁同步电动机矢量控制原理...............................................................3（SVPWM ）电压空间矢量PWM 控制原理.......................................................4SVPWM 控制算法. (5)1、计算扇区N ：............................................................................................82、计算作用时间1T 、2T ，并用X 、Y 、Z 表示：.....................................93、计算占空比：..........................................................................................104、求出切换点1cm T 、2cm T 、3cm T 。
.. (11)MATLAB 仿真实现SVPWM (12)1、判断扇区：..............................................................................................122、求出X 、Y 、Z ：.....................................................................................123、求出1T 、2T .............................................................................................134、求出切换点1cm T 、2cm T 、3cm T ...............................................................135、输出PWM 波形：. (14)永磁同步电动机矢量控制仿真.............................................................15PI 调节：.. (15)1、电流环：..................................................................................................162、转速环：.. (17)基于TMS320F2812程序实现： (18)永磁同步电机矢量控制总结永磁同步电机数学模型永磁同步电机最常用的方法就是q d-轴数学模型，为了建立正弦波永磁同步电机的数学模型，首先假设：忽略电动机铁芯的永磁饱和；不计电动机的涡流和磁滞损耗；电动机的电流为对称的三相正弦电流。
(完整word版)永磁同步电机矢量控制简要原理
关于1.5KW永磁同步电机控制器的初步方案基于永磁同步电机自身的结构特点，要实现对转速及位置的伺服控制，采用矢量控制算法结合SVPWM技术实现对电机的精确控制，通过改变电机定子电压频率即可实现调速，为防止失步，采用自控方式，利用转子位置检测信号控制逆变器输出电流频率，同时转子位置检测信号作为同步电机的启动以及实现位置伺服功能的组成部分。
矢量控制的基本思想是在三相永磁同步电动机上设法模拟直流电动机转矩控制的规律，在磁场定向坐标上，将电流矢量分量分解成产生磁通的励磁电流分量id 和产生转矩的转矩电流iq分量，并使两分量互相垂直，彼此独立。
当给定Id=0，这时根据电机的转矩公式可以得到转矩与主磁通和iq乘积成正比。
由于给定Id=0，那么主磁通就基本恒定，这样只要调节电流转矩分量iq就可以像控制直流电动机一样控制永磁同步电机。
根据这一思想，初步设想系统的主要组成部分为：主控制板部分，电源及驱动板部分，输入输出部分。
其中主控制板部分即DSP板，根据控制指令和位置速度传感器以及采集的电压电流信号进行运算，并输出用于控制逆变器部分的控制信号。
电源和驱动板部分主要负责给各个部分供电，并提供给逆变器部分相应的驱动信号，以及将控制信号与主回路的高压部分隔离开。
输入输出部分用来输入控制量，显示实时信息等。
原理框图如下：n_ref Isq_ref Vsq_ref Vsa_refn IsqVsb_refIsaIsbθ基本控制过程：速度给定信号与检测到的转子信号相比较，经过速度控制器的调节，产生定子电流转矩分量Isq_ref ，用这个电流量作为电流控制器的给定信号。
励磁分量Isd_ref 由外部给定，当励磁分量为零时，从电机端口看，永磁同步电机相当于一台他励直流电机，磁通基本恒定，简化了控制问题。
另一端通过电流采样得到三相定子电流，经过Clarke 变换将其变为α-β两相静止坐标系下的电流，再通过park 变换将其变为d-q 两相旋转坐标系下电流Isq ，Isd ，分别与两个调节器的参考值比较，经过控制器调节后变为电压信号Vsd_ref 和Vsq_ref ，再经过park 逆变换，得到Vsa_ref 和Vsb_ref 作为SVPWM 的控制信号，然后产生6路驱动信号控制IGBT 逆变器，再供给同步电机，控制其转速及位置。
永磁同步电机矢量控制原理
永磁同步电机矢量控制原理嘿，朋友们！今天咱来聊聊永磁同步电机矢量控制原理。
这玩意儿啊，就像是一场精彩的魔术表演！你看啊，永磁同步电机就好比是一个精力充沛的运动员，而矢量控制呢，就是那神奇的魔法棒，能让这个运动员发挥出超强的实力。
想象一下，电机里面的电流就像是一群欢快奔跑的小精灵，它们在电机里穿梭着。
而矢量控制呢，就是那个能指挥这些小精灵的智慧大师。
它能精准地控制这些小精灵的跑动方向和速度，让电机乖乖听话，该快就快，该慢就慢。
永磁同步电机矢量控制原理里有个很关键的东西，叫磁场定向。
这就好比是给电机这个运动员设定了一个明确的目标方向，让它知道该往哪儿使劲儿。
有了这个方向，电机就能高效地工作啦，不会像个无头苍蝇一样乱转。
还有那个什么直轴电流和交轴电流，哎呀，这就像是运动员的两条腿，相互配合才能跑得稳、跑得快呀！通过巧妙地调节这两条腿的力量，就能让电机展现出各种惊人的表现。
咱平时用的那些电器，好多里面都有永磁同步电机在默默工作呢。
要是没有矢量控制这一手，那它们能这么好用吗？肯定不行啊！所以说，这矢量控制原理可真是太重要啦！比如说电动汽车吧，那跑得飞快的车子里面，永磁同步电机在矢量控制的指挥下，拼命地转动，带着车子一路向前冲。
要是控制不好，车子能跑得稳吗？能那么省电吗？再想想那些工业设备，没有精确的矢量控制，能做出那么精细的产品吗？那肯定不能啊！这矢量控制原理就像是背后的无名英雄，虽然咱平时不太注意到它，但它的作用可大了去了。
总之呢，永磁同步电机矢量控制原理真的是个超级厉害的东西，它让电机变得更强大、更智能。
咱得好好感谢那些研究出这个原理的科学家们，是他们让我们的生活变得更美好，不是吗？这就是我对永磁同步电机矢量控制原理的理解，你们觉得怎么样呢？。
永磁同步电机控制技术的研究与应用
永磁同步电机控制技术的研究与应用第一章：引言永磁同步电机是一种以永磁体作为励磁源的电机，其具有体积小、功率密度高、效率高等优点，因此在工业和交通领域得到了广泛应用。
而永磁同步电机的控制技术则是实现其高效、可靠运行的关键。
第二章：永磁同步电机的基本原理永磁同步电机的基本原理是利用转子中的永磁体产生磁场，与定子中的旋转磁场相互作用，从而产生转矩。
在永磁同步电机中，转子磁场的方向与定子磁场的方向保持同步，这使得电机运行更加稳定和高效。
第三章：永磁同步电机的控制技术1. 传统的电流控制技术传统的永磁同步电机控制技术主要通过控制定子电流来实现对电机的控制。
这种控制技术简单可靠，但是难以满足电机的高效运行需求。
2. 磁链定向控制技术磁链定向控制技术是一种较为先进的永磁同步电机控制技术。
该技术通过控制永磁体的磁链，使得电机能够实现高效、稳定的运行。
磁链定向控制技术具有响应快、抗干扰性强等特点，广泛应用于工业领域。
3. 矢量控制技术矢量控制技术是一种基于转子磁场定向的永磁同步电机控制技术。
该技术通过对电机的电流和磁链进行矢量控制，实现对电机的精确控制。
矢量控制技术具有高动态响应性能和良好的负载适应性，被广泛应用于交通领域。
第四章：永磁同步电机控制技术的应用1. 工业领域永磁同步电机在工业领域的应用非常广泛，如工作在恶劣环境下的泵、风机等设备，需要可靠高效运行的机械传动系统，都可以采用永磁同步电机进行驱动。
控制技术的发展使得永磁同步电机在工业领域的应用更加智能化、高效化。
2. 交通领域永磁同步电机在交通领域的应用也越来越广泛，尤其是在新能源汽车领域。
永磁同步电机具有高功率密度和高效率的特点，可以满足电动汽车对动力系统的高性能要求。
永磁同步电机控制技术的不断创新，使得电动汽车的续航里程和性能得到了显著提升。
第五章：永磁同步电机控制技术的研究进展目前，永磁同步电机控制技术的研究重点主要包括控制策略优化、系统建模和仿真分析等方面。
永磁同步电机无位置传感器矢量控制课件
通过本课件的学习，学生可以掌 握永磁同步电机无位置传感器矢 量控制的基本知识和技能，为进
一步研究和应用打下基础。
展望
随着技术的不断发展，永磁同步电机 无位置传感器矢量控制技术将不断优 化和完善，进一步提高电机的性能和 可靠性。
希望本课件能够为广大学生和研究者 提供有益的参考和帮助，共同推动永 磁同步电机无位置传感器矢量控制技 术的发展和应用。
永磁同步电机无位置 传感器矢量控制课件
contents
目录
• 永磁同步电机简介 • 无位置传感器矢量控制技术 • 永磁同步电机无位置传感器矢量控制策
略 • 永磁同步电机无位置传感器矢量控制的
实现
contents
目录
• 永磁同步电机无位置传感器矢量控制的 应用案例
• 总结与展望
CHAPTER 01运行。来自软件实现方案01
坐标变换
将三相静止坐标系转换为两相旋 转坐标系，实现电机电流的解耦 控制。
02
矢量控制算法
03
无位置传感器技术
采用基于PI调节器的矢量控制算 法，实现电机的转矩和磁通控制 。
利用电机参数、电流检测值和转 速观测器等，估算电机的位置和 转速。
实验验证与结果分析
实验平台搭建
根据硬件实现方案搭建实验平台，包 括电机、逆变器、传感器等。
未来，该技术将在更多领域得到应用 ，如电动汽车、机器人、航空航天等 ，为人类的生产和生活带来更多便利 和效益。
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永磁同步电机简介
永磁同步电机的定义与特点
总结词
永磁同步电机是一种基于永磁体励磁产生磁场的高效电机，具有高效率、高功率密度、低维护成本等特点。
永磁同步电动机电流环矢量控制文档
永磁同步电动机的数学模型和矢量控制1.坐标变换原理（1）坐标系介绍三种：三相静止坐标系（abc）、两相静止坐标系（αβ）以及同步旋转坐标系（dq）（2）坐标变换主要目的是为了将交流电机的物理模型等效地变成直流电机的物理模型，使控制大大简化。
不同电机模型等效的原则是：在不同坐标系下产生的磁动势相同。
三相静止坐标系与两相静止坐标系之间转换为方便起见，取α轴与A轴重合，设三相系统每相绕组的有效匝数为N3，两相系统每相绕组的有效匝数为N2，各相磁动势均为有效匝数及其瞬时电流的乘积。
交流电流的磁动势大小随时间耳边，图中磁动势矢量的长短是任意画的。
设磁动势波形是正弦分布，当三相磁动势与两相磁动势相等时，两套绕组瞬时磁动势在α、β上的投影应当相等。
为了便于求反变换，最好将变换阵表示成可逆的方阵。
为此，在两相系统上人为地增加一相零轴磁动势N2i，并定义为将以上三式合在一起，写成矩阵形式，得式中是三相坐标系变换到两相坐标系的变换阵。
满足功率不变条件时应有显然，两矩阵的乘积应该为单位阵，由此求得这就是满足功率不变约束条件时的参数关系。
由此得到在实际电机中并没有零轴电流，因此实际的电流变换式为如果三相绕组是星形不带零线接法则整理得●两相静止/两相旋转变换●由三相静止坐标系到任意两相旋转坐标系上的变换2.永磁同步电动机的数学模型当永磁同步电动机的定子通入三相交流电I时，电枢电流在定子绕组电枢电阻RS 上产生电压降IR。
由三相交流电流I产生的旋转电枢磁动势Fa，及建立的电枢磁场aφ，一方面切割定子绕组并在定子绕组中产生感应反电动势a E，另一方面以电磁力拖动转子以同步转速n旋转。
电枢电流I还会产生仅与定子绕组相交链s的定子绕组漏磁通。
并在定子绕组中产生感应漏电动势Eσ。
此外转子永磁极产生的磁场0φ以同步转速切割定子绕组，从而产生空载电动势0E。
因此永磁同步电动机运行时的电磁关系如下所示：该变换将转子两相旋转坐标系中的量直接变换到定子三相静止坐标系中，对电流、电压、磁链都适用、由此可得：由转矩方程可以看出来，永磁同步电机的电磁转矩基本上决定于定子交轴电流分量和转子次梁。
永磁同步电机的矢量控制系统
永磁同步电机的矢量控制系统永磁同步电机的矢量控制系统永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，简称PMSM）是一种在工业领域广泛使用的电机。
由于其出色的动态响应和高效率，它已经成为众多应用中的首选。
然而，PMSM的控制却是一个复杂的问题，需要一种高级的控制策略来实现其最佳性能。
矢量控制系统（Vector Control System）正是为了满足这一需求而被引入。
矢量控制是一种基于数学模型的控制方法，旨在使电机的转矩、速度和位置具有优异的性能。
从根本上讲，矢量控制系统通过将电机的状态表示为一个矢量来处理电机运行。
这个矢量通常包括转矩矢量和磁通矢量，用于描述电机的转速和磁场方向。
在矢量控制系统中，电机的数学模型是基础。
它以电机的转子位置和转子与定子磁场之间的相对位置作为输入，输出电机的状态，如转矩、速度和位置。
其中，转子位置传感器是矢量控制系统的重要组成部分，用于获取电机转子的精确位置信息。
虽然有一些技术可以在缺少转子位置传感器的情况下实现矢量控制，但它们通常会导致系统性能的降低。
矢量控制系统的核心是控制算法。
在运行过程中，控制算法会根据电机的输入和输出状态进行计算，并输出控制信号来调节电机的运行。
其中，最常用的控制算法是电流环和转速环。
电流环用于控制电机的输出电流，确保电机的电流与期望电流保持一致。
转速环用于控制电机的转速，通过调整输出信号以匹配期望转速。
在矢量控制系统中，控制算法还包括一个磁通定向控制器。
磁通定向控制器的目标是使电机的磁通矢量始终与旋转磁场保持一致。
为了实现这一目标，磁通定向控制器需要获取电机的转子位置信息，并根据该信息来调整电机的输出电流。
通过将电机的磁通矢量与旋转磁场保持一致，磁通定向控制器可以实现电机的精确控制，并提供最佳的动态响应和高效率。
除了控制算法，矢量控制系统还包括一些辅助模块，如速度和位置估算器。
速度估算器用于估算电机的转速，通过处理电机的反馈信号和控制信号来计算转速。
01现代电机控制-基础知识_图文(精)
—_(=3—
图1-4串联砒路的模拟电路图
现代亀机瘵
将式(1・7)表示为另一种形式，即
牛+今*律+斗(l-8a)An入IAn4丿
式中，盃为铁心磁路磁导，九二｝二牛人为气隙磁路Km
Stt
民O
将式(I加)写为
机=心(l・8b)
式中，如二尹T，如为串联磁路的总磁导，心丄.式(l-8b)为磁路欧姆定律的另一种表达形式.
现代电机姿■
于是，有
砧+比5讥宀(1-2)
式中，幕为铁心磁路的长度，5为气隙长度.
式(1・2)表明线圈A提供的磁动势t；被主磁路的两段磁压降所平 衡.此时，0相当于产生磁场〃的“源"，类似于电路中的电动势.
在铁心磁路内，磁场强度/An产生的磁感应强度为
B
式中.堆°为磁导率，再为相对磁导率，血为真空磁导率.
第4章基础知识
第2章三相必应电动机矢量控制
第3章三相永磁同步电动机矢斤控制
第4章三相感应电动机直接转矩控制
第5章 三相永雄同步电动机宜接转矩控制
第6章无速度传感器控制与智能控制
第
1・I电雄转矩
1・2盲、交流电机申磁转筠
1・3罕间矢■
1・4矢■忡制
第1章基础知识
1.
1.1.1磁场与磁能
1.1.2机电能■转换
叫詁邑
2 “°
式中，\瓷为主磁路磁场能量，它全部储存在气18中；％为气隙体积.
现代电机縊■
当励砒电流U变化时，磁链片“将发生变化.根据法拉第电磁感应 定律，肖2的变化将在线圈A中产生感应电动势＜5从・若设的正方 向与-正方向一致，-方向与纭和观人方向之间符合右手法则，则有
《现代电机控制技术》王成元
(1-8c)
图 1-1 中， 因为主磁通 mA 是穿过气隙后而闭合的， 它提供了 气隙磁通，所以又将 mA 称为励磁磁通。
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现代电机控制技术
第1章 基础知识
定义线圈 A 的励磁磁链为
mA mA N A
由式(1-7)和式(1-9)，可得
(1-9)
mA
iA
N A N B Λδ
(1-31)
由式(1-29)和式(1-31)可知
LAB LBA N A N B Λδ
亦即线圈 A 和 B 的互感相等。 在图 1-1 中，当电流 iA 和 iB 方向同为正时，两者产生的励磁磁场方 向一致，因此两线圈互感为正值。若改变 iA 或 iB 的正方向，或者改变其 中一个线圈的绕向，则两者的互感便成为负值。 值得注意的是，如果 NA=NB，则有 LmA= LmB= LAB= LBA，即两线 圈不仅励磁电感相等，且励磁电感又与互感相等。
lm
； Λδ 为气隙磁路
0 S
。
将式(1-8a)写为
δ Λmδ f A
式中， Λmδ
Λm Λδ Λm Λδ
(1-8b)
1 Rmδ
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， Λmδ 为串联磁路的总磁导， Λmδ
。
式(1-8b)为磁路欧姆定律的另一种表达形式。
现代电机控制技术
第1章 基础知识
式(1-7)表明，作用在磁路上的总磁动势恒等于闭合磁路内各 段磁压降之和。 对图 1-1 所示的磁路而言，尽管铁心磁路长度比气隙磁路长 得多，但由于 Fe 0 ，气隙磁路磁阻还是要远大于铁心磁路的 磁阻。对于这个具有气隙的串联磁路，总磁阻将取决于气隙磁路 的磁阻，磁动势大部分将降落在气隙磁路中。 在很多情况下，为了问题分析的简化，可将铁心磁路的磁阻 忽略不计，此时磁动势 f A 与气隙磁路磁压降相等，即有
永磁同步电机矢量控制原理
永磁同步电机矢量控制原理1.永磁同步电动机简介永磁式同步电动机结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高，和直流电机相比，它没有直流电机的换向器和电刷等缺点。
和其他类型交流电动机相比，它由于没有励磁电流，因而效率高，功率因数高，力矩惯量比较大，定子电流和定子电阻损耗减小，且转子参数可测、控制性能好；但它与异步电机相比，也有成本高、起动困难等缺点。
和普通同步电动机相比，它省去了励磁装置，简化了结构，提高了效率。
永磁同步电机矢量控制系统能够实现高精度、高动态性能、大范围的调速或定位控制，因此永磁同步电机矢量控制系统引起了国内外学者的广泛关注。
近些年，人们对它的研究也越来越感兴趣，在医疗器械、化工、轻纺、数控机床、工业机器人、计算机外设、仪器仪表、微型汽车和电动自行车等领域中都获得应用。
1.1 永磁同步电机系统的结构永磁同步电机的基本组成：定子绕组、转子、机体。
定子绕组通过三相交流电，产生与电源频率同步的旋转磁场。
转子是用永磁材料做成的永磁体，它在定子绕组产生的旋转磁场的作用下，开始旋转。
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本公司方案已经用于国内大中型生产企业，其生产的产品广泛应用与电梯、起重、机床、金属制品、电线电缆、塑胶、印刷包装、纺织化纤、建材、冶金、煤矿、市政、汽车等行业等行业。
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现代电机控制技术 第3章 三相永磁同步电动机矢量控制
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 。
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。
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现代电机控制技术 第3章 三相永磁同步电动机矢量控制
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。
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。
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现代电机控制技术 第3章 三相永磁同步电动机矢量控制
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。
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。
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现代电机控制技术 第3章 三相永磁同步电动机矢量控制
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现代电机控制技术 第3章 三相永磁同步电动机矢量控制
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
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现代电机控制技术 第3章 三相永磁同步电动机矢量控制
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。
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 面装式转子结构
图 3-2 插入式转子结构
图 3-3 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。
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
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现代电机控制技术 第3章 三相永磁同步电动机矢量控制
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
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现代电机控制技术 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
3.1.1 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
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。Байду номын сангаас用永磁体代替了电
现代电机控制技术
第3章 三相永磁同步电 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
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。