三相永磁同步电动机的矢量控制.ppt

将电磁转矩公式表示为 表明，电磁转矩可看成是由电枢反应磁场与永磁励磁磁场相互作用的结果， 其大小由两个磁场的幅值和相对位置决定。 由于ψf的幅值恒定，因此，电磁转矩由电枢反应磁场Lmis的幅值和相对ψf的相位β决定。 将定子磁动势矢量fs(is)对主极磁场的影响和作用称为电枢反应， 正是由于电枢反应使气隙磁场发生畸变，促使了机电能量转换，才产生了电磁转矩。 从电磁转矩公式得知，电枢反应的结果将决定于电枢反应磁场的强弱和其与主极磁场的相对位置。 fs(is)除产生电枢反应磁场外，还产生电枢漏磁场，但此漏磁场不参与机电能量转换。不会影响电磁转矩的生成。 正弦稳态下的电动机电磁功率 式中，γ为内功率因数角。 或者 电磁转矩为 或者 可得 与前面的电磁转矩公式一致。说明在转矩的矢量控制中，控制的是定子电流矢量is的幅值和相对ψf的空间相位角β。 而在正弦稳态下，就相当于控制定子电流矢量Is的幅值和相对Ψf的时间相位角β。 或者相当于控制Is的幅值和相对E0的时间相位角γ。 3 插入式三相永磁同步电动机的矢量方程 对于插入式转子结构，电动机气隙是不均匀的。 在幅值相同的is作用下，因空间相位角β不同，产生的电枢反应磁场不会相同，等效励磁电感不再是常值，而随着β角的变化而变化。 这给定量计算电枢反应磁场和分析电枢反应作用带来很大的困难。 所以，在电机学中，常用双反应(双轴)理论来分析凸极同步电动机问题。 对于插入式永磁同步电动机，同样可以采用这种分析方法，可采用图3-7b的dq轴系来构建数学模型。 定子磁链和电压方程 将单线圈s分解为dq轴系上的双线圈d和q，每个轴线圈的有效匝数与单线圈相同。这相当于将定子电流矢量is分解为 用双反应理论，分别求得id(fd)和iq(fq) (磁动势矢量)产生的电枢反应磁场，即有 式中，Lmd和Lmq分别为直轴和交轴等效励磁电感，LmdLmq。 气隙不均匀，在幅值相同的is(fs)作用下，直轴电枢反应磁场要弱于交轴电枢反应磁场 定子磁场在dq轴方向上的分量分别为 式中， Ld为直轴同步电感，Ld=Lsσ+Lmd； Lq为交轴同步电感，Lq=Lsσ+Lmq。 得用dq轴系表示的定子磁链矢量ψs为 定子电压矢量方程(3-13) 对于面装式和插入式均适用。利用矢量变换因子 ，可将ABC轴系的定子电压方程式变换为以dq轴系表示的矢量方程式 代入电压矢量方程，得到以dq轴系表示的电压矢量方程 与方程(3-13)等式右端多了第三项，是由于dq轴系旋转产生的。 上式以坐标分量表示，可得电压分量方程为 以上两式可表示为 对于永磁电机，由于Lmf=Lmd，可将ψf表示为ψf=Lmfif=Lmdif。所以，可以将磁链方程式写为 带入电压分量方程，得 如果已知电感Lsσ、Lmd、Lmd、和if的情况下，由电压方程式可得图3-13的等效电路。 如果用感应电动势e0来表示ωrψf，则可将电压分量方程表示为 对于上述插入式PMSM的电压分量方程，若令Ld=Lq=Ls，便可以转化为面装式PMSM的电压分量方程。 正弦稳态下，为 其中，ωr=ωs，ωs为电源电角频率。 上式，可改写为 可得 可得插入式和内装式PMSM稳态矢量图 可以看出，由于交、直轴磁路不对称，已将定子电流(磁动势)矢量is(fs)分解为交轴分量iq(fq)和直轴分量id(fd)(fs磁动势矢量)，这实际上体现了双反应理论的分析方法。 同样，可以把图3-14的矢量图转换为A相绕组的向量图如图3-15。 E0是永磁励磁磁场产生的运动电动势，有 通过空载试验可确定E0和ωr，如果已知Lmd，便可求得等效励磁电流if。 电磁转矩方程 三相凸极同步电动机的电磁转矩 适用于插入式和内装式的PMSM。 式中，等号右边第一项是由电枢和永磁体励磁磁场相互作用产生的励磁转矩，等号右边第二项是因直轴磁阻和交轴磁阻不同所引起的磁阻转矩。 曲线1表示的是励磁转矩，曲线2表示的是磁阻转矩，曲线3是合成转矩。当β角小于π/2时，磁阻转矩为负值，具有制动作用，当β角大于π/2时，磁阻转矩为正值，具有驱动作用。 te—β特性曲线，也叫做矩—角特性 对于插入式和内装式的PMSM 在恒转矩运行区，通过控制β角，可以利用磁阻转矩来提高最大转矩。 在恒功率运行区，通过调整和控制β角，可以提高输出转矩和扩大调速范围。 在图3-12，的dq轴系中，有 带入同步电动机的电磁转矩表达式，可得 为电磁转矩方程 将上式表示为 则有 为电磁转矩矢量方程。 此式具有普遍性，适用于插入式和内装式，也适用于面装式。对于ABC轴系和dq轴系均适