秦晓飞系列-现代交流调速技术-第6章 永磁同步电动机矢量控制.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 6.3 三相永磁同步电动机的弱磁控制 6.3 三相永磁同步电动机的弱磁控制 6.3.2 基速和转折速度 定义空载（定子电流为0时）电动势达到电压极限值时的转子速度为速度基值，简称基速： 定义在恒转矩运行区，定子电流为额定值，定子电压达到极限值时的转子速度为转折速度： 6.3 三相永磁同步电动机的弱磁控制 对于隐极PMSM： 对于凸极PMSM，转矩角β135°，因此|id||iq| ；另外交轴电感Lq远大于直轴电感Ld，因此交轴电枢反应是主要的： 所以转折速度是低于速度基值的。 6.3 三相永磁同步电动机的弱磁控制 当PMSM转速达到转折速度时，逆变器提供的电压值达到了它可以提供的上限，此时电流控制环就失去了控制电流跟踪指令电流的能力。若想继续增大转速，必须将PMSM的电压降下来。负向的直轴电流具有去磁作用，加大负向的直轴去磁电流，可使电压下降： 当定子电流全部为直轴去磁电流时，此时转矩为0。如果这种情况发生在逆变器电压达到它可提供的上限，电流幅值达到电流极限时，电机转速达到了弱磁扩速的上限： 6.3 三相永磁同步电动机的弱磁控制 6.3.3 最大转矩/电流比控制 6.2节我们通过凸极PMSM的多个转矩曲线与以原点为圆心的圆的切点得到了最大转矩/电流比的几何曲线，并且给出了一种凸极PMSM最大转矩/电流比轨迹表达式。这里我们给出另一种隐极PMSM和凸极PMSM统一的最大转矩/电流比轨迹表达式。 取转矩基值Teb=usnisn/ωrn，可得用标幺值表示的电磁转矩表达式： 6.3 三相永磁同步电动机的弱磁控制 对电磁转矩表达式求极小值即可得满足最大转矩/电流比的电流矢量is空间相位： 得最大转矩/电流比电流轨迹的dq轴分量表达式： 6.3 三相永磁同步电动机的弱磁控制 6.3 三相永磁同步电动机的弱磁控制 6.3.4 最大功率输出 取功率基值Peb=usnisn，可得用标幺值表示的电磁功率表达式： 在PMSM的恒功率运行区，为满足最大功率输出的要求，在考虑磁链（电压）极限约束下，对电磁功率表达式求极大值，得出满足最大功率输出的定子电流矢量的dq轴表达式 上式中： 由于 所以有的文献也将最大功率输出控制称为最大转矩/磁链比控制，实际上最大功率输出轨迹是磁链极限椭圆与恒转矩曲线的切点组成的曲线。 6.3 三相永磁同步电动机的弱磁控制 6.3 三相永磁同步电动机的弱磁控制 6.3 三相永磁同步电动机的弱磁控制 6.3.5 弱磁控制策略举例 （1）电机转速ωrωA时，当转矩指令值Teref=Te1TeA时，则给定电流is=iA，即A点对应的电流值；当转矩指令值Teref=Te2TeA时，则给定电流is=OA∩Te2，即P1点对应的电流值。 6.3 三相永磁同步电动机的弱磁控制 （2）电机转速ωAωrωB时，当转矩指令值 Teref=Te1TeD时，则给定电流is=iD，即D点对应的电流值；当TeETeref=Te2TeD时，则给定电流is=DE∩Te2，即P1点对应的电流值；当Teref=Te3TeE时，则给定电流is=OE∩Te3，即P2点对应的电流值。 6.3 三相永磁同步电动机的弱磁控制 （3）电机转速ωBωrωO时，当转矩指令值 Teref=Te1TeF时，则给定电流is=iF，即F点对应的电流值；当TeETeref=Te2TeF时，则给定电流is=FE∩Te2，即P1点对应的电流值；当Teref=Te3TeE时，则给定电流is=OE∩Te3，即P2点对应的电流值。 6.3 三相永磁同步电动机的弱磁控制 （4）电机转速ωBωOωr时，当转矩指令值 Teref=Te1TeF时，则给定电流is=iF，即F点对应的电流值；当Teref=Te2TeF时，则给定电流is=FG∩Te2，即P1点对应的电流值。 6.4 PMSM矢量控制实际案例 完成18kW、30kW及50kW电主轴驱动装置的系列化装备研制和整机测试； 关键技术难题： 大功率电力电子驱动控制 高精度C轴定位 弱磁控制等 典型应用： 高速龙门铣/钻 卧室加工中心 立式加工中心 五/六轴柔性加工中心 大功率电主轴对宽范围调速和高刚性切削的要求。 6.4.1 国家十一五“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项（04专项）之“高速高刚度大功率电主轴及驱动装