三相永磁同步电机的控制..ppt

1、三相永磁同步电机的控制,王伟华,三相永磁同步电机的控制,基础知识 矢量控制 弱磁 SVPWM,磁动势,磁路欧姆定律,励磁磁链与励磁电感,漏磁链、漏电感、总磁链,自感,电压方程,磁能与磁共能,磁能与磁共能,互感,全磁链,磁能,磁能,机电能量转换,机电能量转换,机电能量转换,机电能量转换,机电能量转换,机电能量转换,机电能量转换,机电能量转换,三相同步电机电磁转矩,三相同步电机电磁转矩,(1-75),(1-76),空间矢量,定子磁动势矢量,定子磁动势矢量,定子磁动势矢量,定子磁动势矢量,定子电流矢量,定子电流矢量,定子电流矢量,定子电压矢量,定子磁链矢量,三相永磁同步电机的控制,基础知识 矢量控制

2、 弱磁 SVPWM,转子结构及物理模型,转子结构及物理模型,面装式三相永磁同步电机矢量方程,面装式三相永磁同步电机矢量方程,面装式三相永磁同步电机矢量方程,面装式三相永磁同步电机矢量方程,面装式三相永磁同步电机矢量方程,面装式三相永磁同步电机矢量方程,面装式三相永磁同步电机电磁转矩矢量方程,坐标变换和矢量变换1静止ABC 轴系到静止DQ 轴系的坐标变换,坐标变换和矢量变换1静止ABC 轴系到静止DQ 轴系的坐标变换,坐标变换和矢量变换1静止ABC 轴系到静止DQ 轴系的坐标变换,坐标变换和矢量变换 2静止DQ 轴系到任意同步旋转MT 轴系的变换,坐标变换和矢量变换 2静止DQ 轴系到任意同步旋

3、转MT 轴系的变换,坐标变换和矢量变换 2静止DQ 轴系到任意同步旋转MT 轴系的变换,面装式三相永磁同步电机基于转子磁场的转矩控制,面装式三相永磁同步电机矢量控制系统,面装式三相永磁同步电机矢量控制系统,面装式三相永磁同步电机矢量控制系统,凸极式三相永磁同步电机定子磁链和电压方程,凸极式三相永磁同步电机定子磁链和电压方程,凸极式三相永磁同步电机定子磁链和电压方程,将（3-29）、（3-30）代入为,凸极式三相永磁同步电机定子磁链和电压方程,凸极式三相永磁同步电机电磁转矩方程,三相永磁同步电机的控制,基础知识 矢量控制 弱磁 SVPWM,电压极限椭圆和电流极限椭圆,电压极限椭圆和电流极限椭圆,

4、电压极限椭圆和电流极限椭圆,定子电流最优控制,定子电流最优控制最大转矩/电流比控制,距离原点O越远的等转矩曲线对应的转矩值越大； 在每条等转矩曲线上总存在距离原点最近的点，将这些点连成线记为曲线AO。 由于工作点到原点的距离表示电机在该点工作时定子电流的幅值，因此输出相同转矩条件下，电机工作在曲线AO上需要的定子电流幅值最小。 电机在恒转矩区工作时，若控制 电机工作在曲线AO上，则称为最大 转矩电流比控制。,定子电流最优控制最大功率输出控制,为扩展PMSM 的速度范围可以采取弱磁控制，在弱磁运行区，电动机通常做恒功率输出，也可以要求其输出功率最大。 对功率表达式（略）求极大值，并考虑电压约束，

5、可推导出在电压极限下，满足这一最优控制的定子电流矢量。,定子电流最优控制最大功率输出控制,图3-28 弱磁控制与定子电流最优控制,a) 面装式,b) 内装式,定子电流最优控制最大功率输出控制,弱磁控制,弱磁控制,弱磁控制,弱磁控制,三相永磁同步电机的控制,基础知识 矢量控制 弱磁 SVPWM,PWM控制理论基础,面积等效原理是PWM控制技术的理论基础。,图1 冲量相同而形状不同的窄脉冲信号,图2 不同脉冲信号的响应曲线,PWM控制理论基础,根据面积等效原理，可以用一系列的脉冲来代替三相永磁同步电机所需要的正弦电压。可以证明，图3中两种波形作用在惯性环节上的效果基本相同，可以进行等效代替。,图3

6、 正弦波形电压等效,基本电压矢量,图4 逆变器的简化电路,图5 某相逆变桥上下桥臂开关状态信号,基本电压矢量,（三相对称绕组的中性点为N，流过中性点的电流为0）,图6 开关状态为(1，0，0)时的等效电路图,基本电压矢量,根据公式（1)可得到该状态下相绕组的电压分别为： 对三相绕组上的电压进行矢量合成：,图7 绕组电压关系,基本电压矢量,图8 基本电压矢量,SVPWM基本原理,空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM) 当三相永磁同步电机以三相对称正弦电压供电时，会在气隙中产生以相同角速度旋转的磁链，旋转轨迹为圆形，称为基准磁链圆。 SVPWM将电机和逆变器看成一个整体，通过控制逆变器开关的通断产生不同的基本电压矢量，进而合成指令电压矢量，电压矢量产生磁链，用实际产生的磁链去逼近理想的基准磁链圆。,SVPWM基本原理,电压磁链之间的关系为： 如果忽略定子绕组的电阻，磁链和电压之间的关系可以近似表示为： 当磁链矢量在空间旋转一周时，电压矢量也连续地按磁链圆的切线方向运动2弧度，其轨迹与磁链圆重合。这样，电动机旋转磁场的轨迹问题就可转化为电压空间矢量