三相永磁同步电机矢量控制.pdf

现代电机控制技术 第3章三相永磁同步电 动机矢量控制 现代电机控制技术 第3章三相永磁同步电动机矢量控制 第 3 章 三相永磁同步电动机矢量控制 3.1 基于转子磁场定向矢量方程 3.1 基于转子磁场定向矢量方程 3.2 基于转子磁场定向矢量控制及控制系统 3.2 基于转子磁场定向矢量控制及控制系统 3.3 弱磁控制与定子电流最优控制 3.3 弱磁控制与定子电流最优控制 3.4 定子磁场定向矢量控制 3.4 定子磁场定向矢量控制 3.5 谐波转矩及转速波动 3.5 谐波转矩及转速波动 3.6 矢量控制系统仿真实例 3.6 矢量控制系统仿真实例 2 现代电机控制技术 第3章三相永磁同步电动机矢量控制 3.1 基于转子磁场定向矢量方程 3.1.1 转子结构及物理模型 3.1.1 转子结构及物理模型 3.1.2 面装式三相永磁同步电动机矢量方程 3.1.2 面装式三相永磁同步电动机矢量方程 3.1.3 插入式三相永磁同步电动机矢量方程 3.1.3 插入式三相永磁同步电动机矢量方程 3.1.1 转子结构及物理模型 永磁同步电动机是由电励磁三相同步电动机发展而来。它用永磁体代替了电 励磁系统，从而省去了励磁线圈、集电环和电刷，而定子与电励磁三相同步电动 机基本相同，故称为永磁同步电动机(Permanent Magnet Synchronous Motor， PMSM) 。 用于矢量控制的PMSM，要求其永磁励磁磁场波形是正弦的，这也是PMSM 的一个基本特征。 3 现代电机控制技术 第3章三相永磁同步电动机矢量控制 PMSM 的转子结构，按永磁体安装形式分类，有面装式、插入式和内装式三 种，如图3-1、图3-2 和图3-3 所示。 图3-1 面装式转子结构 图3-2 插入式转子结构 图3-3 内装式转子结构 对于每种类型转子结构，永磁体的形状和转子的结构形式，根据永磁材料的 类别和设计要求的不同，可以有多种的选择，可采取各式各样的设计方案。 但有一基本原则，即除了考虑成本、制造和可靠运行外，应尽量产生正弦分 布的励磁磁场。 4 现代电机控制技术 第3章三相永磁同步电动机矢量控制 图3-4 和图3-5 分别是二极面装式和插入式PMSM 的结构简图。图中，标出了 每相绕组电压和电流的正方向，并取两者正方向一致（电动机原则），电压和电流可 为任意波形和任意瞬时值；将正向电流流经一相绕组产生的正弦波磁动势的轴线定义 为相绕组的轴线，并将A 轴作为ABC 轴系的空间参考坐标，同样可以将三相绕组表 示为位于ABC 轴上的线圈；假定相绕组中感应电动势的正方向与电流的正方向相反 ( 电动机原则) ；取逆时针方向为转速和电磁转矩的正方向，负载转矩正方向与此相反。 图3-4 二极面装式PMSM 结构简图 图3-5 二极插入式PMSM 结构简图 5 现代电机控制技术 第3章三相永磁同步电动机矢量控制 在建立数学模型之前，先做如下假设： (1) 忽略定、转子铁心磁阻，不计涡流和磁滞损耗； (2) 永磁材料的电导率为零，永磁体内部的磁导率与空气相同； (3) 转子上没有阻尼绕组； (4) 永磁体产生的励磁磁场和三相绕组产生的电枢反应磁场在气隙中均为正 弦分布； (5) 相绕组中感应电动势波形为正弦波。 对于面装式转子结构，由于永磁体内部磁导率很小，接近于空气，可以将置于 转子表面的永磁体等效为两个空心励磁线圈，如图 3-6a 所示，假设两个线圈在气