永磁同步电机的原理及结构

永磁同步电机的原理及结构永磁同步电机的原理及结构#/27图3-9整体仿真框图本文基于MATLAB中的SIMULINK建立出了永磁同步电机的双闭环控制系统的电机模型，这是一种新的电压变换结构及电流控制方法，以此方法为基础对此双闭环模型进行了实际的仿真。PMSM的参数设定如下：电机的额定电压为220V，额定电流为3A，额定机械转速为1700rpm,极对数为2,电磁输出功率为900W,定子阻抗4.3€，直轴感抗为0.027H,交轴感抗0.067H漏磁通\为0.272wb转动惯量J为0.00179kgn2,粘滞摩擦系数B为0.本次仿真就是为了验证所设计的MSM双闭环控制系统的仿真模型的静、动态性能是否得到改善，是否达到预想的结果以及系统空载启动的性能是否良好它的优越性能否体现出来，系统先是在空载情况下启动，在t=0.4s时突加负载2Nm，可以得到系统转速、转矩、直轴交轴电流以及A相电流的仿真曲线。给定参考转速为200rad/s，滞环宽度取为0.1。图3-10永磁同步电机双闭环控制转速图3.11永磁同步电机双闭环控制转矩图3.12永磁同步电机双闭环i电流曲线q图3.13永磁同步电机双闭环i电流曲线d图3.14永磁同步电机双闭环i电流曲线通过上面的仿真图可以很明显的看出：在给定的参考转速不变的情况下，系统从接收到信号到能够响应需要的时间很短并且上下的波动不是很大总体来看还是很平稳的，在起动阶段系统是保持转速恒定的，并且在空载稳定速度下运行时，不考虑系统的摩擦转矩，因此此时的电磁转矩的平均值为零，交轴和直轴电流以及相电流的平均值也接近为零。在突然加上负载后，转速发生了突然的下降，但是又能比较快的恢复到稳定的状态，稳态运行时转速没有静差，但突然加上负载后，电磁转矩就会略有增大，这是由于开关的频繁切换所造成的。稳态时，电磁转矩等于负载转矩，直轴电流的平均值为零，交轴电流均值增大，相电流为正弦波形，这很符合永磁同步电机的特性。仿真结果表明电机的动静态性能比较好，得到仿真之前预期的目的，说明建模仿真的方法是比较理想的，是正确的。第四章永磁同步电机开环和双闭环仿真比较通过第二章的研究和分析，可以看出永磁同步电机在开环的运行形式下，得到的转矩、电流、转速的波形跟我们想要的效果有很大的差距，其中会出现从起动开始，达到稳定的时间比较长，而且到达稳定时的效果也比较差，波形很明显。这主要是由于开环运行的条件下系统普遍存在的问题较多（1） 在开环系统中，各种参数间相互之间影响并且互相制约着，所以很难再对调节器的参数进行更好的调整，因而系统的动态性能的缺陷很明显，在这种情况下不是很理想。（2） 任何扰动在转速出现偏差后也无法调整，因而转速动态降落较大。相对开环来讲在第三章研究的永磁同步电机的双闭环控制系统就对电机调节的优势就很明显，如仿真结果表明：对永磁同步电机双闭环控制系统的仿真结果进行波形分析，可以很清楚的看到其的合理性，并且系统能够在非常平稳的状态下运行，跟开环控制系统相比较而言它具有较好的静、动态特性，能够达到我们所期望的目的。所以我们可以得出以下结论，采用该PMSM双闭环控制系统模型仿真，可以非常便捷地观察出它和开环情况下永磁同步电机相比较的优越性，实现同时也能很准确的验证其算法是否合理，只需要对其中一部分的功能模块进行替换或者是合理的适当的修改，就能够实现对控制策略的更换或改进，不仅可以间断对方案的设计周期进行控制，而且还能快速验证所设计的控制算法是否正确是否合理，更优越的地方是能够充分地利用计算机仿真的优越性。通过修改系统的参数变量或人为的加入不同扰动因素来考察在各种不同的试验条件下电机系统的动、静态性能，或者是模拟相同的试验条件,通过各种参数或者不同的波形来比较不同的控制策略的优势和劣势为分析和设计不同的永磁同步电机控制系统提供了更为有效的手段和工具也给为了实际电机控制系统的设计以及调试提供了新的思路。在双闭环系统中应用到了直接转矩控制原理。直接转矩控制是近几年来继矢量控制技术之后发展起来的一种具有高性能的一种新型的交流变频调速技术。1985年由德国鲁尔大学Depenbrock教授第一次提出了基于六边形磁链的直接转矩控制理论⑴，1986年日本学者Takahashi提出了基于圆形磁链的直接转矩控制理论⑵，紧接着1987年在弱磁调速范围为涉及到了它。不同于矢量控制技术，直接转矩控制自己的特点是很突出的。在矢量控制中遇到的计算复杂、特性易受电动机的参数变化所影响、实际性能很难达到理论分析结果等问题在直接转矩控制中得到了很大程度的改善。直接转矩控制技术一诞生，它就以自己新颖的控制思路，简洁明了的系统结构，良好的静、动态性能而受到了人们普遍的注意，因而得到迅速的发展。目前该技术已成功的应用到了电力机车的牵引以及提升机等大功率交流传动上。ABB公司已将直接转矩控制的变频器投放到了市场上。直接转矩控制的思想是想要直接控制电机的电磁转矩要来控制定子的磁链的方法，不像矢量控制那样，要通过电流来控制它的电磁转矩，而是在定子坐标系下观测电机的定子磁链和电磁转矩，并将磁链、转矩的观测值拿来与参考值经两个滞环比较强后得到的磁链、转矩控制信号，综合考虑定子磁链的位置，要有开关选择适当的电压空间矢量，控制定子磁链的走向，从而来控制转矩UM和矢量控制相比较，它的优点在于它抛开了矢量控制中的复杂的思想，直接对电机的磁链和转矩进行控制，并用定子的磁链方向来代替转子磁链的方向，从而避开了电机中不易确定的参数⑶。通过本次的毕业设计，使我把从课本里学到的东西以及课本以外的知识联系在了一起，在本次的毕业设计中我从最基本的对永磁同步电机的基本结构、工作原理等开始研究，通过查阅大量的书籍资料，使我获得了在本课题之外的很多知识，在此期间虽然遇到了很多的问题，但是对于我来说这是一种动力，能够促使我更多的学习相关的知识，使我对永磁同步电机才能有更深入的了解，在做毕业设计的过程中才能得心应手。做毕业设计的过程中以永磁同步电机的开环仿真作为基础，最终搭建出对永磁同步电机的双闭环控制，使其发挥出其最好的性能，并与其开环时的电机性能进行对比，观察出双闭环控制系统对电机有效控制，达到我们预期和想要的目的。现代的社会中，电力电子技术、微电子技术、以及电机控制理论等都迅速的发展起来，正是因为以上的发展，才使得永磁同步电机能够更好的被深入研