永磁同步电机直接转矩控制理论体系

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直到1996年在澳大利亚新南威尔士大学和中国南京航空航天大学的 研究小组共同努力下，他们在正弦波永磁同步电动机中找到一个“负载 角σ”这个物理量替代了异步电动机中转差，模仿异步电动机直接转矩 控制，将定子磁链控制成恒定值，这才真正实现正弦波永磁同步电动 机直接转矩控制。 在1996年时的研究认为的永磁同步电动机直接转矩控制不能够采用 零矢量，只能采用六个非零电压矢量，这个观点是错误的。到2002年 的时候在国际会议上已经校正了这个错误。 接下来将主要对正弦波永磁同步电动机直接转矩控制系统理论做个 x 介绍。 q
1 iy [2 f Lq sin s ( Ld Lq ) sin 2 ] 2 Ld Lq
由永磁同步电机坐标系图可得出负载角和定子磁链的表达式
sq sin s
sd cos s
由以上关系式可推导出电动机转矩表达式
Te 3p s 2 f Lq sin s ( Ld Lq ) sin 2 4Ld Lq
dTe dt
t ห้องสมุดไป่ตู้0
3p s f sf cos 2 Ls
从上式可以看出，想要使电磁转矩变化速度最快，就必须在硬件和外界允 许的下使δ变化最快，这是正弦波永磁同步电动机直接转矩控制的重要法则。
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2)凸极式永磁同步电动机 由于正弦波永磁同步电动机的转子磁链幅值恒定，当定子磁链幅值被控制恒 定后，电动机的电磁转矩仅与负载角有关，对凸极式永磁同步电动机的电磁转矩 公式两边求导可得
e
正弦波永磁同步电动机与负载角的关系
以下是正弦波永磁同步电机在转子dq坐标系下，电机的磁链、 电压、转矩的表达式为
sd Ld isd f

sq
L q i sq
sd sq
s 2 2
u sd Rsd isd
d sd r sq dt
u sq Rsq isd


s
从上面这个式子中可看出可控变量只有负载角δ和定子磁链 变量都可以用空间电压矢量来改变.
两个,并且这两个
上面的电磁转矩公式是凸极式 永磁同步电机的电磁转矩,它的Ld≠ Lq .而隐极式永 磁同步电动机可看成正弦波永磁同步电动机的一种特殊情况,此时Ld = Lq = Ls ,将它带 入上面的电磁转矩公式,得隐极式 永磁同步电动机电磁转矩
i x cos f i sin y
因为定子磁链是按照x轴定向，有 sy 0 可以推出X，Y坐标系下定子电流
ix
2 f sin [( Ld Lq ) ( Ld Lq ) cos 2 ] ( Ld Lq ) sin 2
dTe 3p s 2 f Lq sf cos 2 s ( Ld Lq ) cos 2 dt 4 Ld Lq
1 cos ( 1 ) cos 2 sf s f s 上式表明，电动机转矩变化负载角速度有关，还受电动机凸极式永磁同步电动 机的凸极系数ρ的影响，为了保证不会出现电动机电磁转矩随着负载角增大而变小 的现象，需要满足： 3p 2 Ld Lq
永磁同步电机直接转矩控制 系统
学生：万东灵 班级：研1664 学号：166001010405
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主要内容
1、永磁同步电机的直接转矩控制的发展过程 2、正弦波永磁同步电动机直接转矩控制系统理论建立 3、 4、 5、 6、
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永磁同步电机的直接转矩控制的发展过程
在上个世纪70年代,电机调速技术出现了一个质的跃变,那就是出现了矢量 控制技术,这个技术的出现意味着直流电机称霸天下局面的结束,因为交流电 机调速已经可能完全达到直流电机那样好的调速性能. 矢量控制技术的出现打破了原本已经思想僵化的调速领域,在这之后出现 许多的调速方案,这些方案基本上都是在模仿矢量控制解耦的思路.这些方案 中有一个方案得到了人们的注意. 这个方案就是在1985年前后推出的直接转矩控制方案,这个技术是由德国 鲁尔大学Depenbrock教授和日本I.Takahashi教授在1986年前后分别提出的。 可这两个方案（DSC和DTC）都是针对异步电动机提出的，然而它并不能广 泛的应用于除异步电动机之外的电机。 就在直接转矩控制技术在异步电动机上应用成功后，人们自然而然的想 把它应用到永磁同步电机上。然而，事情并没有人们想象的那样的一帆风 顺，无数人在上面倾注了十年的时间却并没有取得成功。虽然在这十年的 时间里也有声称解决了正弦波永磁同步电动机直接转矩控制技术的问题， 但经过考证之后便会发现这并不是真正的直接转矩控制技术，因为这两篇 论文在学矢量控制控制电流来间接的控制直接电磁转矩,而不是在用空间电 压矢量去直接控制电磁转矩.
3p Te s 2 Ls
f
3p sin s 2 Ls
f
sin( sf t 0 )
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由隐极式永磁同步电机的电磁转矩表达式可知，当定子磁链保持恒定时负载角 从0~900变化时电磁电磁转矩随着负载角的增大而增大 ，且负载角为900电磁转矩达 到最大。 正弦波永磁同步电动机电磁转矩的微分与负载角的关系 为了找到使电磁变化最快的控制策略，就必须推导出以负载角为变量的正弦波 永磁同步电动机电磁转矩的微分表达式。在微分前将定子磁链幅值控制成常数，这 个是模仿异步电动机的。 1）隐极式永磁同步电机 当定子磁链幅值恒定时对隐极式电磁转矩公式两边求导，在t=0时的电磁转矩增 长率
d sq dt
r sd
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2 us u 2 u sd sq
Te
3p ( sd isq sq isd ) 2
Lqiq Ld id f
由永磁同步电动机坐标系图可知，负载角的表达式
tan1 ( sq / sd ) tan1 (
)
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d-q坐标系中的物理量通过旋转变换到x,y坐标系，在x,y坐标系下 的定子磁链
B
e
y
Ld isd
Lq isq
d
s
r
f
r
A

C
永磁同步电动机坐标系
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正弦波永磁同步电动机直接转矩控制系统理论建立
想要建立正弦波永磁同步电动机直接转矩控制理论首先需要明白的是 什么样的控制才能叫直接转矩控制。只有能使电磁转矩变化最快的控制 方案才能叫直接转矩控制。此外还需要做到以下的几项工作才能真正建 立正弦波永磁同步电动机DTC控制理论: 1)找到一个和电磁转矩密切相关的物理量并且这个物理量能像异步电 动机中转差一样控制电磁转矩. 2)推导出以寻找物理量为变量的正弦波永磁同步电机电磁转矩 Te的微 分表达式,要找到这个物理量影响电磁转矩变化的规律,以便找到使 Te 变化 最快的控制策略. 3)要找到用空间电压矢量直接去快速控制该物理量的方法. T 现在我们已经知道影响电磁转矩变化最快的物理量就是负载角δ,这个 负载角就是定子磁链与转子磁链的夹角.
x Ld cos2 Lq sin 2 Ld sin cos Lq sin cos 2 2 L sin cos L sin cos L sin L cos q d q y d


f cos s (1
Lq Lq Ld
1

) cos2 0
①
？负载角在0~900的电动状态，若凸极系数小于1，那么不管定子磁链和转子磁链的 幅值是多少，①式都成立，当凸极系数大于1时，为使式子①成立
s
f

1
f
12
END