三相永磁同步电机的控制.
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iq(A)
-4 -8
电流极限圆
-12 -16 -20 -22-18 -14-10 -6 -2 2 6 10 14 18 22 id(A)
定子电流最优控制 ——最大功率输出控制
• 为扩展PMSM 的速度范围可以采取弱磁控制，在 弱磁运行区，电动机通常做恒功率输出，也可以 要求其输出功率最大。
• 对功率表达式（略）求极大值，并考虑电压约束 ，可推导出在电压极限下，满足这一最优控制的 定子电流矢量。
定子电流最优控制 ——最大功率输出控制
a) 面装式 图3-28 弱磁控制与定子电流最优控制
b) 内装式
定子电流最优控制 ——最大功率输出控制
弱磁控制
弱磁控制
弱磁控制
弱磁控制
三相永磁同步电机的控制
• 基础知识 • 矢量控制
• 弱磁 • SVPWM
PWM控制理论基础
• 面积等效原理是PWM控制技术的理论基础。
定子电流最优控制
定子电流最优控制 ——最大转矩/电流比控制
• 距离原点O越远的等转矩曲线对应的转矩值越大；
• 在每条等转矩曲线上总存在距离原点最近的点，将这些点 连成线记为曲线AO。
• 由于工作点到原点的距离表示电机在该点工作时定子电流 的幅值，因此输出相同转矩条件下，电机工作在曲线AO上 20 Te=12 需要的定子电流幅值Байду номын сангаас小。 16 A Te=6 12 • 电机在恒转矩区工作时，若控制 8 电机工作在曲线AO上，则称为最大 4 0 转矩电流比控制。 O
SVPWM基本原理
• 电压磁链之间的关系为：
• 如果忽略定子绕组的电阻，磁链和电压之间的关系可以近 似表示为： • 当磁链矢量在空间旋转一周时，电压矢量也连续地按磁链 圆的切线方向运动2弧度，其轨迹与磁链圆重合。这样， 电动机旋转磁场的轨迹问题就可转化为电压空间矢量的运 动轨迹问题。 • 磁链矢量可以近似表示为电压矢量的积分，在一段足够短 的时间内，控制逆变器开关，得到不同基本电压矢量的组 合，从效果上看，可以得到旋转的磁链矢量和电流矢量。
1．静止ABC 轴系到静止DQ 轴系的坐标变换
坐标变换和矢量变换
1．静止ABC 轴系到静止DQ 轴系的坐标变换
坐标变换和矢量变换
1．静止ABC 轴系到静止DQ 轴系的坐标变换
坐标变换和矢量变换
2．静止DQ 轴系到任意同步旋转MT 轴系的变换
坐标变换和矢量变换
2．静止DQ 轴系到任意同步旋转MT 轴系的变换
SVPWM基本原理
SVPWM基本原理
(a) (b) (c) (d)
δ(t)
f(t) f(t) f(t) f(t)
0
t
0
t
0
t
0
t
图1 冲量相同而形状不同的窄脉冲信号
120 a b c d
90
输出
60
30
0
0
0.012
0.024 时间
0.036
0.048
0.06
图2 不同脉冲信号的响应曲线
PWM控制理论基础
• 根据面积等效原理，可以用一系列的脉冲来代替三相永磁 同步电机所需要的正弦电压。可以证明，图3中两种波形 作用在惯性环节上的效果基本相同，可以进行等效代替。
三相永磁同步电机的控制
王伟华
三相永磁同步电机的控制
• 基础知识
• 矢量控制 • 弱磁 • SVPWM
磁动势
磁路欧姆定律
励磁磁链与励磁电感
漏磁链、漏电感、总磁链
自感
电压方程
磁能与磁共能
磁能与磁共能
互感
全磁链
磁能
磁能
机电能量转换
机电能量转换
机电能量转换
机电能量转换
机电能量转换
基本电压矢量
• 根据公式（1)可得到该状态下相绕组的电压分别为：
• 对三相绕组上的电压进行矢量合成：
图7 绕组电压关系
基本电压矢量
图8 基本电压矢量
SVPWM基本原理
• 空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM)
• 当三相永磁同步电机以三相对称正弦电压供电时 ，会在气隙中产生以相同角速度旋转的磁链，旋 转轨迹为圆形，称为基准磁链圆。 • SVPWM将电机和逆变器看成一个整体，通过控制 逆变器开关的通断产生不同的基本电压矢量，进 而合成指令电压矢量，电压矢量产生磁链，用实 际产生的磁链去逼近理想的基准磁链圆。
100
电压
50 0 0 0.2 0.4 时间 Vdc
电压
0.6
0.8
1
0
0
0.2
0.4 时间
0.6
0.8
1
图3 正弦波形电压等效
基本电压矢量
图4 逆变器的简化电路
图5 某相逆变桥上下桥臂开关状态信号
基本电压矢量
图6 开关状态为(1，0，0)时的等效电路图
（三相对称绕组的中性点为N，流过中性点的电流为0）
凸极式三相永磁同步电机 定子磁链和电压方程
将（3-29）、（3-30）代入为
凸极式三相永磁同步电机 定子磁链和电压方程
凸极式三相永磁同步电机 电磁转矩方程
三相永磁同步电机的控制
• 基础知识 • 矢量控制
• 弱磁
• SVPWM
电压极限椭圆和电流极限椭圆
电压极限椭圆和电流极限椭圆
电压极限椭圆和电流极限椭圆
机电能量转换
机电能量转换
机电能量转换
三相同步电机电磁转矩
三相同步电机电磁转矩
(1-75) (1-76)
空间矢量
定子磁动势矢量
定子磁动势矢量
定子磁动势矢量
定子磁动势矢量
定子电流矢量
定子电流矢量
定子电流矢量
定子电压矢量
定子磁链矢量
三相永磁同步电机的控制
• 基础知识
• 矢量控制
坐标变换和矢量变换
2．静止DQ 轴系到任意同步旋转MT 轴系的变换
面装式三相永磁同步电机——基于转子磁场的转矩控制
面装式三相永磁同步电机——矢量控制系统
面装式三相永磁同步电机——矢量控制系统
面装式三相永磁同步电机——矢量控制系统
凸极式三相永磁同步电机 定子磁链和电压方程
凸极式三相永磁同步电机 定子磁链和电压方程
• 弱磁 • SVPWM
转子结构及物理模型
转子结构及物理模型
面装式三相永磁同步电机矢量方程
面装式三相永磁同步电机矢量方程
面装式三相永磁同步电机矢量方程
面装式三相永磁同步电机矢量方程
面装式三相永磁同步电机矢量方程
面装式三相永磁同步电机矢量方程
面装式三相永磁同步电机 电磁转矩矢量方程
坐标变换和矢量变换
-4 -8
电流极限圆
-12 -16 -20 -22-18 -14-10 -6 -2 2 6 10 14 18 22 id(A)
定子电流最优控制 ——最大功率输出控制
• 为扩展PMSM 的速度范围可以采取弱磁控制，在 弱磁运行区，电动机通常做恒功率输出，也可以 要求其输出功率最大。
• 对功率表达式（略）求极大值，并考虑电压约束 ，可推导出在电压极限下，满足这一最优控制的 定子电流矢量。
定子电流最优控制 ——最大功率输出控制
a) 面装式 图3-28 弱磁控制与定子电流最优控制
b) 内装式
定子电流最优控制 ——最大功率输出控制
弱磁控制
弱磁控制
弱磁控制
弱磁控制
三相永磁同步电机的控制
• 基础知识 • 矢量控制
• 弱磁 • SVPWM
PWM控制理论基础
• 面积等效原理是PWM控制技术的理论基础。
定子电流最优控制
定子电流最优控制 ——最大转矩/电流比控制
• 距离原点O越远的等转矩曲线对应的转矩值越大；
• 在每条等转矩曲线上总存在距离原点最近的点，将这些点 连成线记为曲线AO。
• 由于工作点到原点的距离表示电机在该点工作时定子电流 的幅值，因此输出相同转矩条件下，电机工作在曲线AO上 20 Te=12 需要的定子电流幅值Байду номын сангаас小。 16 A Te=6 12 • 电机在恒转矩区工作时，若控制 8 电机工作在曲线AO上，则称为最大 4 0 转矩电流比控制。 O
SVPWM基本原理
• 电压磁链之间的关系为：
• 如果忽略定子绕组的电阻，磁链和电压之间的关系可以近 似表示为： • 当磁链矢量在空间旋转一周时，电压矢量也连续地按磁链 圆的切线方向运动2弧度，其轨迹与磁链圆重合。这样， 电动机旋转磁场的轨迹问题就可转化为电压空间矢量的运 动轨迹问题。 • 磁链矢量可以近似表示为电压矢量的积分，在一段足够短 的时间内，控制逆变器开关，得到不同基本电压矢量的组 合，从效果上看，可以得到旋转的磁链矢量和电流矢量。
1．静止ABC 轴系到静止DQ 轴系的坐标变换
坐标变换和矢量变换
1．静止ABC 轴系到静止DQ 轴系的坐标变换
坐标变换和矢量变换
1．静止ABC 轴系到静止DQ 轴系的坐标变换
坐标变换和矢量变换
2．静止DQ 轴系到任意同步旋转MT 轴系的变换
坐标变换和矢量变换
2．静止DQ 轴系到任意同步旋转MT 轴系的变换
SVPWM基本原理
SVPWM基本原理
(a) (b) (c) (d)
δ(t)
f(t) f(t) f(t) f(t)
0
t
0
t
0
t
0
t
图1 冲量相同而形状不同的窄脉冲信号
120 a b c d
90
输出
60
30
0
0
0.012
0.024 时间
0.036
0.048
0.06
图2 不同脉冲信号的响应曲线
PWM控制理论基础
• 根据面积等效原理，可以用一系列的脉冲来代替三相永磁 同步电机所需要的正弦电压。可以证明，图3中两种波形 作用在惯性环节上的效果基本相同，可以进行等效代替。
三相永磁同步电机的控制
王伟华
三相永磁同步电机的控制
• 基础知识
• 矢量控制 • 弱磁 • SVPWM
磁动势
磁路欧姆定律
励磁磁链与励磁电感
漏磁链、漏电感、总磁链
自感
电压方程
磁能与磁共能
磁能与磁共能
互感
全磁链
磁能
磁能
机电能量转换
机电能量转换
机电能量转换
机电能量转换
机电能量转换
基本电压矢量
• 根据公式（1)可得到该状态下相绕组的电压分别为：
• 对三相绕组上的电压进行矢量合成：
图7 绕组电压关系
基本电压矢量
图8 基本电压矢量
SVPWM基本原理
• 空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM)
• 当三相永磁同步电机以三相对称正弦电压供电时 ，会在气隙中产生以相同角速度旋转的磁链，旋 转轨迹为圆形，称为基准磁链圆。 • SVPWM将电机和逆变器看成一个整体，通过控制 逆变器开关的通断产生不同的基本电压矢量，进 而合成指令电压矢量，电压矢量产生磁链，用实 际产生的磁链去逼近理想的基准磁链圆。
100
电压
50 0 0 0.2 0.4 时间 Vdc
电压
0.6
0.8
1
0
0
0.2
0.4 时间
0.6
0.8
1
图3 正弦波形电压等效
基本电压矢量
图4 逆变器的简化电路
图5 某相逆变桥上下桥臂开关状态信号
基本电压矢量
图6 开关状态为(1，0，0)时的等效电路图
（三相对称绕组的中性点为N，流过中性点的电流为0）
凸极式三相永磁同步电机 定子磁链和电压方程
将（3-29）、（3-30）代入为
凸极式三相永磁同步电机 定子磁链和电压方程
凸极式三相永磁同步电机 电磁转矩方程
三相永磁同步电机的控制
• 基础知识 • 矢量控制
• 弱磁
• SVPWM
电压极限椭圆和电流极限椭圆
电压极限椭圆和电流极限椭圆
电压极限椭圆和电流极限椭圆
机电能量转换
机电能量转换
机电能量转换
三相同步电机电磁转矩
三相同步电机电磁转矩
(1-75) (1-76)
空间矢量
定子磁动势矢量
定子磁动势矢量
定子磁动势矢量
定子磁动势矢量
定子电流矢量
定子电流矢量
定子电流矢量
定子电压矢量
定子磁链矢量
三相永磁同步电机的控制
• 基础知识
• 矢量控制
坐标变换和矢量变换
2．静止DQ 轴系到任意同步旋转MT 轴系的变换
面装式三相永磁同步电机——基于转子磁场的转矩控制
面装式三相永磁同步电机——矢量控制系统
面装式三相永磁同步电机——矢量控制系统
面装式三相永磁同步电机——矢量控制系统
凸极式三相永磁同步电机 定子磁链和电压方程
凸极式三相永磁同步电机 定子磁链和电压方程
• 弱磁 • SVPWM
转子结构及物理模型
转子结构及物理模型
面装式三相永磁同步电机矢量方程
面装式三相永磁同步电机矢量方程
面装式三相永磁同步电机矢量方程
面装式三相永磁同步电机矢量方程
面装式三相永磁同步电机矢量方程
面装式三相永磁同步电机矢量方程
面装式三相永磁同步电机 电磁转矩矢量方程
坐标变换和矢量变换