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永磁同步电机控制分析
刘静赵丽媛李启申
北京起重运输机械设计研究院北京100007
摘要:对永磁同步电机的现状与发展趋势进行了论述;介绍了永磁同步电机的控制策略,分析矢量的控
制方法,包括带编码器控制和无速度传感器控制;分析了其在起重机行业应用的可行性
关键词:永磁同步电机;性能分析;矢量控制;起重机
中图分类号:TK413.94文献标识码:A文章编号:1001-0785(2014)04-0052-04
Abstract The paper discusses current situations and development trend of permanent magnet synchronous motor, in
troduces the control strategy of such motor, and analyzes the vector control method, including the control with encoder and
no-speed sensor control, and its application in crane industry
Keywords: permanent magnet synchronous motor; performance analysis; vector control; crane
0概述
小,启动时能够很平稳地进入到额定状态。同步
电机采用开环控制,供电频率和转速保持严格同
近几年来,我国的稀土永磁材料获得了高速步,因此,在启动时无需加入其他措施,只需将
发展,新型永磁材料在电机上的应用引起了电机供电频率平滑增加,电机转速就会平缓启动。如
结构、设计方法、工艺等方面的变革。高性能稀果频率再闭环控制,同步转速会踉着频率走,就
土永磁材料不仅可以达到电流励磁所产生的磁场不会产生振荡和失步现象。电机驱动的控制方法
强度,而且还远远超过电流励磁,因而可以制造很多,异步电机可以采用开环VF控制,永磁同步
出数千瓦的大中型电机。
电机的控制不能使用VF控制,现在成熟的控制方
永磁同步电机效率高,启动力矩大,矫顽力法有矢量控制和直接转矩控制,鉴于矢量控制为
高,功率因数接近1。它与电力电子技术和微电子新型控制方法,控制性能好,精度高,下面只介
控制技术相结合,可以制造出各种性能优异的机绍矢量控制方法。
电一体化产品。在起重机和提升机上,永磁同步
电机开始得到应用,性能与异步电机相比也有狼2永磁同步电机变频器数学模型
大提高。
矢量控制的基础是坐标转化,核心是直流量
在较大的负载变化工况下,永磁同步电机可控制。通过坐标转换方式进行交直变换,将交流
保持高效率,节能效果突出;对启动负载大、运量转化为直流量。通过三相交流abc坐标系、静止
行负载小的工况,或启动负载大小经常变换的工两相a-B坐标系和旋转两相d-q坐标系进行互
况,节能效果更好。
相转化,得到不同的分量,从而对角度和模值进
1永磁同步电机控制及发展
行控制。
对永磁同步电机建立数学模型,先做以下
随着电力电子器件的不断涌现和控制技术的假设:
不断改善,永磁同步电机驱动(即变频器)拥有
1)磁路是线性的,不存在饱和、磁滞及涡流
了很高的驱动性能。在动态性能和稳态性能上都现象。
有很大提升,降低了启动电流,电机脉动转矩减
2)忽略高次谐波,励磁磁场和电枢反应磁场
国家科技支撑项目:绿色制造关键技术与设备《通用型桥式起重机轻量化设计技术及应用》(2011BAFI1B02)
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《起重运输机械》2014(4
按正弦分布。
3)定子三相绕组对称,各个绕组的轴线相
差120°。
4)永磁材料电导率为0。
5)稳态时定子感应电动势为正弦波。
图1为永磁同步电机在不同坐标系下的数学模
型,按照两相静止坐标中轴与定子a相绕组的法线
方向对齐;同步旋转坐标系中d轴与转子磁链山方
图2永磁同步电机在d-q坐标系下的相量图
向对齐的坐标定位规则,各坐标系的相对关系。
COS
s
0。-っx」-sinO。+π
磁链
ψa
图1三坐标相对关系图
(4.
0 I
0
电压:
基于以上各坐标系的计算,得到三种坐标系
R. 0
之间的变换矩阵
ψ
0 R
T=T2
TT
T
T'72"[
(5)
转矩
在这里,矩阵T’、T2、T1、72为
7。=Pa(。e- uble
cos。
(ψ:-v
sin
=pa[(Lai+vn)i。-(L,)
レi+(ム。-L、)idin]
(6)
cos
式(6)中:Pa为极对数,?为电磁转矩。
sie
s0
对于隐极同步电机,有a=La,则式(6)可
简化为
p, Ll; i+(L-L)
plri. (7
定义转子磁链同d轴方向,则空载电勢Es同
对于凸极同步电机,≠ムa,则由式(6)可
9轴方向。图2为永磁同步电机在和d-タ坐杯系以看出转矩分两部分:一部分是与转子磁链ψ
下的相量图,B为转子位置角度。
相互作用的电磁转矩;第二部分是磁路不对称产
根据图2向量图,代人坐标变换矩阵得到永生的磁阻转矩。
磁同步电机的数学模型。
联立式(4)、(5),得到永磁同步电机的电压
电流
电流方程
《起运输机械》2014(4)