永磁同步电机矢量控制原理

1、永磁同步电机的矢量控制原理1 .永磁同步电动机介绍永磁同步电动机结构简单，体积小，重量轻，损耗小，效率高，与直流电动机相比，没有直流电动机的换向器和电刷等缺点。 与其他类型的交流电动机相比，由于没有励磁电流，所以还存在效率高、功率因数高、扭矩惯性大、定子电流和定子电阻损失小、转子参数测量、控制性能好的异步电动机成本高、启动困难等缺点。 与通常的同步电动机相比，不需要励磁装置，结构简化，效率提高。 永磁同步电机矢量控制系统能实现高精度、高动态性能、广泛的调速和定位控制，因此永磁同步电机矢量控制系统受到国内外学者的关注。 近年来，人们对其研究越来越感兴趣，在医疗设备、化工、轻纺、数控机床、工业机器

2、人、计算机外围设备、仪表、微型汽车、电动自行车等领域得到应用。1.1永磁同步电机系统的结构永磁同步电机的基本结构：定子绕组、转子、机体。 定子线圈通过三相交流产生与电源频率同步的旋转磁场。 转子是由永久磁铁材料制成的永久磁铁，通过定子线圈产生的旋转磁场开始旋转。2 .坐标变换2.1坐标变换坐标变换是从数学角度来看，以新的变量集合来替换方程式的原始变量集合。 线性变换意味着在这种新旧变量之间存在线性关系。 电机使用的坐标变换都是线性变换。永磁同步电动机中，固定在定子上的定子的相对静止坐标系，即，坐标系，与定子的三相绕组的位置相对固定，有位于定子的绕组a相的电动势方向的坐标系，和固定在转子上的旋转

3、坐标系，我们一般称为d，q坐标。 在此，d轴与单磁极的n极的方向相同，即与磁力线的方向相同，q轴比d轴前进90度。在矢量控制中，因为取得了定子绕组上的三相电流，所以还存在如何使三相电流产生的电流矢量与、坐标系和d、q坐标系等价的问题。首先，研究、坐标系和a、b、c三相间的变换(以电流为例)。任意向量包括以下内容：其中一些包括：如上图所示分解电流时分别是向量的轴、轴、a轴、b轴和c轴上的投影。考虑到电枢绕组在不同坐标系中的合成电动势相等、功率不变等，有必要在此之前加上系数。/dq(Park变换)及其逆变换如下矢量控制给永磁同步电动机带来了类似直流电动机的调速性能，矢量控制是基于坐标变换理论的系统

4、，因此需要研究永磁同步电动机在d、q坐标系下的数学模型。那个电路方程式如下扭矩方程式如下所示由于永久磁铁同步电机通常采用id=0电磁扭矩与q轴电流成比例，只要控制电流就能控制扭矩。 同时，保证最大的输出扭矩。运动方程式如下所示这里，TL、j分别是电机的阻力扭矩和旋转系统的惯性力矩。3 .矢量控制原理介绍矢量控制也称为磁场取向控制(FOC )，基本想法是：通过坐标变换实现模拟直流电动机的控制方法来控制永磁同步电动机，其实现步骤如下一、根据电动势和电力不变原则，通过正交变换将三相静止坐标变换为二相静止坐标，即通过Clarke变换先将三相的电流变换为静止坐标系，通过旋转变换将二相静止坐标变换为二相旋

5、转坐标，即通过Park变换，在Park变换中，通过Park变换使定子电流矢量旋转第二，当由控制器控制其速度电流环时，控制id相当于控制磁通，控制iq相当于控制转矩。 Iq调整基准量由速度控制器提供，通过电流环调整的结果，得到了d、q轴上的电压成分ud和uq。三、控制量ud和uq通过Park进行逆变换。四、实现基于SVPWM空间矢量合成法的矢量控制量输出，实现矢量控制的目的。4. SVPWM发生原理SVPWM是空间电压矢量PWM波的产生，具有电压利用率高、低谐波分量、开关次数少、功率管功耗小等特征。 同时，SVPWM能很好地组合矢量控制算法，为矢量控制的实现提供了良好的路径，最大限度地发挥设备的

6、性能。 因此，被越来越多的逆变装置所采用。4.1电压空间矢量SVPWM技术的基本原理如果以电压矢量和交链矢量的关系：三相平衡的正弦电压向交流电机供电，电机的定子交链矢量的振幅一定，以定速旋转，交链矢量的运动轨迹形成圆形的空间旋转磁场(交链圆)。 因此，只要有逆变电路给交流电动机提供可逆变的频率，保证电动机形成定子交链磁通圆的方法，就能实现交流电动机的逆变速度。 电压空间向量由线圈上施加电压的空间位置确定。电动机的三相定子线圈可以定义三相平面静止坐标系这是一个特殊的坐标系，它有三个轴，彼此间隔120度，分别表示三个相。 三相定子相电压Ua、Ub、Uc分别施加在三相绕组上，形成三相电压空间矢量Ua、Ub、Uc，它们的方向总是在各相的轴线上，大小随时间正弦变化。 因此，将三个相电压空间向量相加后的一个合成电压空间向量为以电源角频率w的速度旋转的空间向量。同样，也可以定义电流和交链磁通的空间矢量I和。 因此，有以下情况：当转速不太低时，定子电阻r的电压降较小。该式表示在交链磁通的振幅一定的情况下，u的大小与成比例，或者供电电压与频率f成比例。 其方向是交链磁通的轨迹方向的切线方向。 当交链磁通矢量绕空间一周时，电压矢量也在交链磁通圆的切线方向上连续运动2弧度