《現(xiàn)代電機控制技術(shù)》PPT課件

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1、現(xiàn)代電機控制技術(shù)第三章三相永磁同步電動機的矢量控制1第3章三相永磁同步電動機的矢量控制3.1基于轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量方程3.2基于轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制及控制系統(tǒng)3.3弱磁控制與定子電流最優(yōu)控制3.4基于定子磁場定向的矢量控制3.5諧波轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速波動3.6矢量控制系統(tǒng)仿真實例23.1基于轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量方程1轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)及物理模型永磁同步電動機是由電勵磁發(fā)展來的。用永磁體代替電勵磁系統(tǒng)，省去了勵磁繞組、集電環(huán)和電刷，其定子與電勵磁的三相同步電動機相同，故稱為永磁同步電動機(PermanentMag

2、netSynchronousMotor，PMSM)。3永磁同步電動機要求其在穩(wěn)態(tài)運行時能夠在相繞組中產(chǎn)生正弦波感應(yīng)電動勢，所以其永磁勵磁磁場在氣隙中按正弦波分布。永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，按永磁體安裝形式分為，面裝式、嵌入式和內(nèi)裝式三種。如圖3-1~圖3-3(p104)。永磁材料一般是釹鐵硼，也有用稀土鈷的。45對于每種類別的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，永磁體的形狀和轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)永磁材料的類別和設(shè)計要求的不同，可以有多種的選擇，可采取各式各樣的設(shè)計方案。除了考慮成本、可靠性和制造工藝之外，應(yīng)該盡量產(chǎn)生正弦

3、分布的勵磁磁場。6如圖3-4(p105)為兩極面裝式PMSM結(jié)構(gòu)圖。電壓電流正方向一致(按照電動機原則)將正向電流流經(jīng)的一相繞組產(chǎn)生的正弦波磁動勢的軸線定義為相繞組的軸線，并將A相軸線作為ABC軸系的空間參考坐標。7如圖3-5(p105)為兩極插入式PMSM結(jié)構(gòu)圖。電壓電流正方向一致(按照電動機原則)將正向電流流經(jīng)的一相繞組產(chǎn)生的正弦波磁動勢的軸線定義為相繞組的軸線，并將A相軸線作為ABC軸系的空間參考坐標。8在建立數(shù)學模型之前。假設(shè)：1)忽略定、轉(zhuǎn)子鐵心磁阻，不計渦流和磁滯損耗；2)永磁材料的

4、電導(dǎo)率為零，永磁體內(nèi)部的磁導(dǎo)率與空氣相同；3)轉(zhuǎn)子上沒有阻尼繞組；4)永磁體產(chǎn)生的勵磁磁場和三相繞組產(chǎn)生的電樞反應(yīng)磁場在氣隙中均為正弦分布；5)穩(wěn)態(tài)運行時，相繞組中感應(yīng)電動勢波形為正弦波。9兩極面裝式PMSM的物理模型如圖3-6a(p105)10對于面裝式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，由于永磁體內(nèi)部磁導(dǎo)率很小，接近于空氣，可以將置于轉(zhuǎn)子表面的永磁體等效為兩個空心勵磁線圈，如圖3-6a。其在氣隙中產(chǎn)生正弦分布的勵磁磁場與兩個永磁體相同。再將這兩個勵磁線圈等效置于轉(zhuǎn)子槽內(nèi)的勵磁繞組，其有效匝數(shù)為相繞組的倍。通入等效勵磁

5、電流if后，在氣隙中產(chǎn)生的正弦分布的勵磁磁場與兩個永磁體相同。Lmf為等效勵磁電感，如圖3-6b。11將永磁體磁場軸線定義為d軸，q軸順著旋轉(zhuǎn)方向超前d軸90°。fs和is分別是定子三相繞組產(chǎn)生的磁動勢矢量和定子電流矢量，產(chǎn)生is(fs)的等效單軸線圈位于is(fs)軸上，其有效匝數(shù)為相繞組的倍。對于插入式和面裝式的同理，區(qū)別是交直軸等效勵磁電感不相等。這與電勵磁的情況相反。12對于面裝式的有對于內(nèi)裝式的有Lm稱為等效勵磁電感13142面裝式三相永磁同步電動機的矢量方程定子磁鏈和電壓矢量方程三相

6、繞組的電壓方程式中，ψA、ψB、ψC分別為A、B、C相繞組的全磁鏈。15因為電動機氣隙均勻，所以A、B、C三相繞組的自感和互感都與轉(zhuǎn)子位置無關(guān)，均為常值。于是有式中，ψfA、ψfB、ψfC分別為永磁勵磁磁場鏈過A、B、C繞組產(chǎn)生的磁鏈。式中，Lsσ、Lm1分別為相繞組的漏電感和勵磁電感。16另有則前頁公式可表示為式中17一般，定子繞組為Y形連接，且無中線引出，則有，于是式中，Lm為等效同步電感，，Ls稱為同步電感，Ls=Lsσ+Lm。對于ψB、ψC，同樣也可以有ψA的形式。18所以同三相感應(yīng)電動

7、機一樣，由三相定子繞組中的電流iA、iB、iC構(gòu)成了定子電流矢量is，同理三相繞組的全磁鏈可構(gòu)成定子磁鏈矢量Ψs，由ΨfA、ΨfB、ΨfC可構(gòu)成轉(zhuǎn)子磁鏈矢量Ψf。19即有表示為空間矢量形式20式中：等式右邊第一項Is是產(chǎn)生的漏磁鏈矢量，與定子繞組漏磁場相對應(yīng)；第二項是Is產(chǎn)生的勵磁磁鏈矢量，與電樞反應(yīng)磁場相對應(yīng)；第三項是轉(zhuǎn)子等效勵磁繞組產(chǎn)生的勵磁磁鏈矢量，與永磁體產(chǎn)生的勵磁磁場相對應(yīng)。等式左邊是定子磁鏈矢量。21通常，將定子電流產(chǎn)生的漏磁場和電樞反應(yīng)磁場之和稱為電樞磁場；將轉(zhuǎn)子勵磁磁場稱為轉(zhuǎn)子磁

8、場，又稱為主極磁場；將電樞磁場與主極磁場之和稱為定子磁場。定子磁場的空間矢量形式，還可表示為：為定子磁鏈矢量方程，LsIs為電樞磁鏈矢量，與電樞磁場相對應(yīng)。22將三相繞組的電壓方程轉(zhuǎn)換為矢量方程。則式中，，θr為ψf在ABC軸系內(nèi)的空間相位，如圖3-6b(p105)。另有23等式右邊第一項是變壓器電動勢項，因ψf為恒值，故為零；第二項是運動電動勢項，是因轉(zhuǎn)子磁場旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，通常又稱為反電動勢。定子電壓的矢量方程式24其等效電路如圖3-8(p109)，圖中，為感應(yīng)電動勢矢量。25在正弦穩(wěn)