基于IPM永磁同步电机控制矢量研究

1、基于ipm永磁同步电机控制矢量研究摘要插入式永磁同步电机(ipm)以其能量密度大，调速 范围广的特点在新能源汽车上得到广泛的应用。本文针对电 机矢量控制的实现过程，介绍15kw、144v的电机控制矢量 分析方法，阐明了永磁同步电机矢量控制系统的原理、方法 和性能，对研究永磁同步电机矢量控制系统和提高系统的性 能具有参考意义。关键词 永磁同步电机；矢量分析；最大转矩/每安培； 弱磁控制中图分类号tm351文献标识码a文章编号1674-6708 (2012) 80-0124-02base on the ipm permanent magnet synchronous motor control v

2、ector analysischen li-chong , wang ying , zhang hong-lei , luo xiao , wang jin-lei , cai jiao-mingchery new energy automobile technology co. ， ltd wuhu 241002, anhui provine , chinaabstract ipm ( interior permanent magnet synchronous machines) have the adva nt ages in the field of power density, wid

3、e-range speed , as a result many auto corporations hires it for new energy electricalvehicle in this paper the realization process of motor vector control，introduce 15 kwl44v motor controlvector analysis method, illustrates the permanent magnet synchronous motor )vector control systemprinciple、met h

4、ods and performance, permanent magne t synchronous motor vector control system and improve the performance of the system has reference significance keywords permanent magnet synchronous motor ； vector analyze ； maximum torque/percent ampere ； fluxending control0引言ipm永磁同步电机一般是在基速以下采用最大转矩 (mtpa)控制方式，在

5、基速以上采用弱磁控制方式以保证输 出最大功率，达到恒功率弱磁扩速的目的。因此，研究永磁 同步电机的弱磁控制技术，有效的拓宽更高的转速运行，成 为技术热点问题之一。综合考虑到功率模块的电压、电流限 制，同时便于实现以上控制方式，就要对电机实际参数进行 矢量控制分析，之后有效的判断出电机参数与功率模块的选 择是否合适。1 ipm地阿基动态数学方程基于转子磁场定向的ipm电机动态数学模型如下(1)(2)(3) (6)(2)(3)式中，分别为d、q轴电压；、分别为d、q轴电流；、分 别为d、q轴电感；为电机电磁转矩；为ipm磁链；rs为定 子电阻；为电机机械角速度；p为电机极对数。对d q轴的电压解耦

6、后用公式可以简化表示为下式：(4)(5)其中：、为d、q轴电压；电机电磁转矩te可以用下式表示：(6)在电磁转矩公式中转矩包括两部分：第一部分转矩分量 主要是永磁体磁链产生的永磁转矩；第二部分转矩分量主要 是永磁体的凸极效应产生的磁阻转矩；采用pmsm电机可以 充分地利用磁阻转矩，以实现相同转矩的相电流幅值最小， 降低逆变器容量。2永磁同步电机矢量控制分析由于动力蓄电池特性和逆变器功率模块的最大电流等 级限制，兼顾电机低速大转矩、高速恒功率宽调速，永磁同 步电机采用定子电流的最佳控制方法，如图1所示。1) 区间w1时，定子电流矢量定于b点，永磁电机采用最大转矩/电流控制比控制(mtpa),电机

7、以最大转矩运行， 电流极限圆内的电流矢量应满足如下关系：(mtpa)条件(10)电流极限圆：(11)2) 区间1ww2时，当电机转速升高，电流矢量沿着b 点移至c点。c点对应电压达到极限时电机能够运行于最大 输出功率的最低转速点。其控制方式采用弱磁控制，定子电 流矢量轨迹表示为：(12)(最大弱磁电流)(13)电压极限圆：(14)3) 区间2时，电流矢量沿着最大功率轨迹从c点移动 到d点，定子电流矢量轨迹表示为：(15)(16)(17)把式(4) (5)代入到式(14)中得出式(17)电压极 限圆方程。图1定子电流矢量轨迹 图1中：cl表示电流极限圆；t4表示电机转矩的mtpa曲线；p1表示最

8、大功率曲线；1、2表示电压极限圆；d、q分别表示定子的d、q轴分 量；图 1 中为 t2=40nm, l=3000rpm,t3=15nm, 2=6000rpm两个工况下的最佳稳定工作点。=54v,电流极限圆的轨迹是 以原点为圆心，半径为的圆，电压极限圆轨迹是以点e （-, 0）为圆心，半径为的同心圆，随着转速升高电压极限圆以e 点为中心收缩。根据式（12）可以计算出isg电机最大弱磁 电流=183a,位于电流极限圆以内，这有利于调高电机的调 速范围。电机的一个完整的工作过程位于由0-a-b-c-d线段 组成。电机在mtpa算法的控制下由0点加速至a点，此时 转速为3000rpm,电机沿着l=3

9、000rpm的电压极限圆在弱磁 算法的控制下到达b点（电流极限圆与电压极限圆的交点）。 然后沿着电流极限圆电机加速到6000rpm到达c点，最后电 机沿着2=6000rpm,的电压极限圆到达d点，此时的转矩 te=0n mo电动机运行时，定子电流空间矢量既不能超出电动机的 电流极限圆，也不能超出电压极限圆。这种分析方法适用于 电机电动、发电状态。附表1电机参数经过分析完全满足电机开发设计要求。电机参数名称数值最大功率15kw最大机械转速6000rpm直流母线电压144v电机极对数6d 轴电感 0. 00014955q 轴电感 0. 00027752内阻0.0165永磁体磁链0. 02732转动

10、惯量0. 0027kg m2表1插入式永磁同步电机参数表3结论根据ipm永磁同步电机在不同转速段的转矩特性，综合 考虑电流、电压限制条件，以最大转矩输出为目标设计出一 种永磁同步电机全速范围运行的电流控制策略。该方法可以 快速评估电机设计结果的准确性，达到永磁电机参数与功率 模块选择分析的最佳方法，减小设计风险。参考文献l shigeo morimoto , masayuki sanada , yoji takeda. wide-speed operation of interior permanent magnet synchronous motors with high-performanee current regulatorj. ieee transaction o