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第 1 页 共 10 页永磁同步牵引电动机启动和制动的特性研究英培，王秀禾，王玉芳，铜山县刁 1 电气工程系，山东大学，济南，250061，中国2 山东英才学院，济南，250104，中国电子邮箱：摘要：首先是空间矢量脉冲的基本原则和宽度调制（SVPWM）技术的简单介绍,然后用MATLAB/ Simulink 仿真模型建立永磁同步牵引电机控制系统,了解电动机启动和制动特性。仿真结果表明，该模型是有效的，以及 PI 调节器参数是适当的。永磁同步牵引电机仿真模型提供了一个基础的软件和硬件设计实际的控制系统。1.引言目前，正弦脉宽调制（SPWM）方法产生一个可变频率和可变电压一直三相对称正弦电压源, 广泛应用于 AC 驱动系统。该 SVPWM 简单在原理和容易实现，但利用的直流电源电压不高。因此，电流控制模式下，特别滞环电流控制，开发。其特点是简单的数学模型，响应速度快加快以及良好的鲁棒性，这种控制方法被广泛使用。然而，该电路的开关损耗和电路效率取决于滞后和载流子的宽度频率，在某些情况下，应用受到限制。 SVPWM 技术是一种新的脉冲宽度调制算法的效率高。与传统的 SPWM，这相比算法具有很高的利用总线电压，线性范围宽调制范围，良好的实时控制，并便于实现数字系统。因此，采取 SVPWM 技术此永磁同步牵引电机控制的系统。2基本原则在多种 PWM 技术，SVPWM 更适用于全数字式交流驱动系统，由于其简单的数字和高调制日粮优势。SVPWM 表示八开/关状态的三相电压型逆变器，那就是，分别为 000，100，110，010，011，001，101，111，其中 1 表示打开上部桥臂，而 0为后者的桥梁。因此八开关状态对应于 8 个基本电压矢量 U0-U7 表示。当唯一矢第 2 页 共 10 页量 U0 或 U7，在电动机定子磁通矢量是固定的，因此，他们也被称为零矢量。变频器和电机被视为一个整体 SVPWM 的，并在其中 8 个基本电压向量来合成所需的电压矢量，则逆变器的功率器件的开关状态是一种建立于它们。SVPWM 算法的关键是确定停留时间在一个相邻的两个有效的载体 SPWM 周期。图 1 示出的八个基础的关系空间电压矢量，不同的作用时间和所需的等效电压空间矢量所需要的电机。图 1 基本电压向量，然后选择所需的电压矢量图 2 示出转子磁场定向的矢量的框图控制系统。给定的转速 n*之间的偏差速度 PI调节，通过反馈转速 n 稳压器。输出 q 轴参考电流分量智商*来控制转矩。 IQ* ID *之间的偏差电流反馈量 IQ，通过 ID 去电流 PI 稳压器，输出相电压分别 VQ* VD*上旋转的 d-Q 坐标系统。 VQ* VD*转化为定子相电压矢量分量 V 和 V*- 坐标系下通过 Park 逆变换。如果定子相电压矢量 Vq 的*，VD*和扇区数是已知的，我们可以用电压空间矢量 SPWM 技术来产生 SPWM 信号控制逆变器，从而达到永磁同步电机的闭环控制。图 2 矢量控制系统原理图3. 仿真模型的建立第 3 页 共 10 页基于 MATLAB/ Simulink 的仿真模型主要是由坐标变换模块，的 SVPWM 生产模块和永磁同步模块。A.坐标变换模块在此控制中有两种类型的坐标系的系统。一种是静态的 - 的坐标系统中，这是固定在定子上的，另一种是一个旋转的 dq 坐标系统这是固定在转子上的。方程（1）给出的变换由 - 的 d q 坐标系统。 （2） ，同时给出了从 d-Q 变换到 - 坐标系。cosindaqi isincodaqi基于坐标变换模块MATLAB/ Simulink 的如图 3 所示图 3（一） 从 - 的 d q 坐标系统的变换图 3（二）从 D-Q- 坐标系变换坐标变换模块的仿真模型 B. SVPWM 生产的模块的 SVPWM 生产模块组成的,该部门判断，计算的基本电压矢量作用时间和开关时间的计算。1）判决的部门首先，我们可以计算出 U1，U2 和 U3（3） 。第 4 页 共 10 页(3)123aU如果 U1 0，a = 1 时，否则，= 0，如果 U2 0，= 1，否则，= 0;如果 U30，C= 1，否则，C=0。然后，该部门 N =a+2b+4c三。部门的判断模块图。图 4 该部门的判断仿真模型2）基本电压矢量的作用时间计算X，Y，Z 的配制如下 3()2aSsdXUTYZ之间的关系的作用时间 T1，T2 的基本电压矢量和 X，Y，Z 的显示选项卡。表一T1，T2，X，Y，Z 的关系图 5 示出的作用时间的计算模型环境下的基本电压向量MATLAB7.0/Simulink。第 5 页 共 10 页图 5。作用时间计算仿真模型基本电压向量3）计算的切换时间首先时间可以表示为 122sabcTT表 II开关时间开关时间可以被从表.II 看出，其中，TCON，Tbon TAON 装置导通的时间的三个相上桥臂功率器件。图 6 显示切换的仿真模型的计算在 MATLAB/ Simulink 的时间建成。第 6 页 共 10 页图 6 仿真模型的计算开关时间C.永磁同步电机模块永磁同步电动机的数学模型，通常是由定子磁链方程，电压方程，电磁转矩方程和机械运动方程。该 dq 坐标系统下的方程可以表示为如下：定子磁链方程： dfqLi电压方程： ddsqqsduRit电磁转矩方程: ()eqdqTPi机械运动方程：其中，eLJtUD，UQ 定子 D-q 轴瞬时电压ID，IQ 定子 D-q 轴瞬时电流d，q 定子交链磁通的 d q 轴LQ 定子的 d q 轴电感 Ld 为RS 定子电阻第 7 页 共 10 页f 永磁磁链TE 电磁转矩TL 负载转矩 的转动惯量p 极对以算法的 id=0 并结合上述模块，我们可以得到控制系统的仿真模型，这是图 7 中所示。图 7 控制系统仿真模型4仿真结果基于所建立的模型，详细的起点和吠特性开展研究。本机用于模拟，参数，表中列出。表机器的参数进行仿真设置基准转速 3000r/min，电机在满第 8 页 共 10 页负载 3N.m，开始从零小时。在 0.4 秒的电动机开始制动，由于已被设定的基准速度 0 转/分。速度 - 时间曲线和扭矩曲线对应于这个过程被显示在图 8 和图 9，分别三相电流中的变化时间为 0.28s，以 0.3 秒的定子绕组中所示图 10。和图 11示出的线电压波形的 A 相和 B 相从 0.25 秒到 0.3 秒。图 8.速度 - 时间曲线在电机起动和制动图 9.扭矩曲线在电机起动和制动图 10.的细节的三相电流 - 时间曲线从 0.28s 到 0.3 秒第 9 页 共 10 页图 11.电压 - 时间曲线的细节从 0.25 秒到 0.3 秒从图 8 中可以看出，在满负荷的状态下，启动时间约 0.1 秒的制动时间大约是0.03 秒，证明 PI 调节器的参数是适当的，速度快且稳定启动和控制系统模型制动。图 10 清楚地表明，三相电流振幅近似相等，20A 左右，和相位三相电流之间的差异是 120。这是得出的结论是 SVPWM 算法和控制系统模型是有效的，实际设计提供理论基础控制系统。参考文献1孙晔蜀，周新运，李政明。 “SIMULINK 仿真空间矢量 SPWM， “农机科研，卷。37，第 5 号，第 105 - 106，2003 年。2王旭东，Risha 天然气田娜，柳宁，仿真永磁同步电机磁场定向控制基于SVPWM，2009 年，第 1465-1469 页。3 黎喝暝汪哀礞，孙蓬威，王毅，万关闭基于 DSP 的磁场定向控制的永磁同步电机采用 SVPWM 雷达伺服系统，2005 年，第 486-489 页。4李传方，李峰，曲吉盛。 “技术特点和空间矢量的脉冲持续时间的可选方法调制（SVPWM） ， “山东大学学报，2005，:27-31。5腾威宇，瑞雪妮，王旭东，张滨，一个简化 SVPWM 算法及其应用电机控制模拟，2010 年 IFOST 论文集，2010 年，第 156-160 页。6塞林 Ozcira，罗布泊 Bekiroglu，工程学报 Aycicek。直接转矩控制永磁同步电机使用 LP 滤波器，诉讼 2008 年国际会议的电机，2008 年，页 5。7英 Shich 功夫。高性能永磁同步电机位置控制器基于 DSP TMS320F2812 的驱动器，2004 年 IEEE 诉讼的国际会议控制 applications.2004，pp.290-2958刘进，王涛，徐道一，从洛杉矶的新算法研究模拟的永磁同步电动机交流伺服系统，2008 年 IEEE 会议上自动化和机电一体化，2008，pp.965-969。第 10 页 共 10 页9 S.Beie
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