永磁同步电动机矢量控制仿真研究.pdf

第3卷第1期
四川电力技术
Vol 33, No. f
2010年2月
Sichuan Electric Power Technology
Feb.,2010
永磁同步电动机矢量控制仿真研究
邹慧
(四川电力职业技术学院,四川成都610072)
摘要:由于交流电机的非线性强耦合特性,使得交流电机无法直接象直流他励电机独立地控制变量,介绍了新的控
制方式来实现交流电机转速和转矩的控制。
关键词:永磁同步电动机;矢量控制;仿真
Abstract Due to the nonlinear-coupling characteristic of alternator, the alternator can not control the variables independently
as DC separately excited generators directly. o, a new control mode to realize the control of rotating speed and torque of alter
nator Is presente
Key words: permanent magnetic synchronous motor; vector control; simulation
中图分类号:TM761文献标志码:A文章编号:1003-6954(2010)01-0012-04
直流他励电机之所以具有良好的静动态特性,是使交流电机的转矩控制,从原理上相似于直流电机
因为定子励磁电流及电枢电流两个参数分别由电动
由于三相交流电机的实际定子电流为三相交流
机励磁回路和电枢回路独立产生,且在空间正交,是量,为实现对d、q轴电流的控制,必须以电机矩阵分
两个可以独立控制的变量,只要控制定子励磁电流使析的思想为基础,借助坐标变换法实现d、q轴系和三
磁通恒定,则电磁转矩正比于电枢电流的大小。由于相实际轴系间变量的转换,以实现对和。的控制。
交流电机的非线性强耦合性特性,使得交流电机无法
直接象直流他励电机独立地控制变量,因此需要新的
坐标变换
控制方式来实现转速和转矩的控制。
1)静止三相轴系(ABC)到静止两相轴系(a
1矢量控制的基本原理
8)的相变换
图1为永磁同步电机静止三相实际轴系到对称
矢量控制的基本思想是按照产生同样的旋转磁的静止两相轴系的变换。其中α相绕组同三相中的
场这一等效原则建立起来的,通过定转子的三相A相绕组重合,β相绕组与a相正交。若三相轴系为
ABC静止坐标到两相α-β静止坐标再到两相同步
B-C相序,则两相轴系为β-a相序。
旋转dq坐标变换,用等效的两相同步旋转坐标代替
相变换必须保证变换前后绕组中电流产生的磁
三相静止坐标,通过一系列变换和磁场定向,交流电势守恒。若三相绕组中每相绕组的有效匝数均为
机的电磁转矩表达式与直流他励电机相似,控制d、qN。,而两相绕组中每相的有效匝数均为NMA,则得到式
轴的电流即方便地实现电机的磁场和转矩的控制,使(1)。
交流电机具有和传统直流电机同样优良的运行性能。
基于转子磁场定向的矢量控制是交流伺服调速系统
中使用较为广泛的一种控制方式。转子磁场定向的
矢量控制的基本思想是在三相交流电机上设法模拟
直流电机转矩控制的规律。在转子磁场定向的同步
坐标轴系上,将定子电流矢量分解为影响磁通的磁场
电流分量い和产生电磁转矩的转矩电流分量n,并
使两个分量相互垂直,彼此独立,而后分别进行控制,
图1三相到两相之间的变换
第33卷第1期
四川电力技术
Vol 33. No. 1
2010年2月
Sichuan Electric Power Technolo
Feb.,2010
i。M。=ixN- i, N cos60°- icaco60°
N。=ー IUNACOS30°+ ICACO30
设NA=んN。,则式(1)可变为
k(- Sir
经过分析,当k为√2/3时,三相到两相的相变换
的电压电流变换矩阵相同且均为正交矩阵,因而满足
图2静止两相绕组到旋转两相绕组的变换
恒功率变换。得到三相到两相的相变换矩阵和两相
设4个绕组的匝数均为N,根据转换前后的磁势
到三相的相变换矩阵分别如式(3)和式(4)所示,其等效原理,有
中,变换前的坐标用下角标表示,变换后的用上角标
Ni =ni-cose
sina
表示
(7)
引人零序电流项,并写成矩阵形式为
0 -sine 0
ne
00
レo
0
0
得到d-q轴系到-B轴系的变换矩阵和其逆
变换矩阵分别为式(9)和式(10)所示,其中,变换前
的坐标用下角标表示,变换后的用上角标表示。
60- sina 0
(4)
COSI
则由三相实际轴系到两相对称轴系的电流和电
sine cose 0
压变换为式(5),由两相对称轴系到三相实际轴系的
电流和电压变换为式(6)。
容易证明,C和C均为正交矩阵,故由两相旋转
BO
ABC“ap0
(5)轴系到两相静上轴系的电流和电压的恒功率变换为
式(11),由两相静止轴系到两相旋转轴系的电流和
ABC
A
电压恒功率变换为式(12)
(6)
AB0 ABC
2)静止两相轴系(α-β)到旋转两相轴系(d
q)的整流子变换
(12)
图2为从静止两相轴系到旋转两相轴系的变换。
d-q轴系同轴系a-B为正交轴系,且d-q轴系以
考虑到d-q轴系相对于Q-β轴系旋转。结合
の的转速相对于α-β轴系旋转,旋转正方向为由B永磁同步电机的运行特点,可以将d轴轴线方向选定
a相序决定的顺时针方向。其中,6为d轴轴线同为转子磁场方向,这时d-q称为转子磁场定向的同
业轴轴线的夹角。
步坐标轴系。这样,在以上分析的基础上,通过由
其中,o为电机转速,=o+Oo,为初始时刻dABC到a-B再到d-q的变换,可以将永磁同步电
轴与α轴之间的夹角。
机在ABC三相实际轴系下的电压电流量变换到以转
子磁场定向的同步坐标轴系下
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