5.3 交流永磁电机控制技术.pptVIP

5.3 交流永磁电动机控制技术 交流永磁电机根据转子永磁体产生的气隙磁场不同可以分为永磁同步电机和无刷直流电机两类，前者气隙磁场为正弦波，后者气隙磁场为梯形波。气隙磁场的差别决定了两类电机需要采用不同的控制方式实现调速。 5.3.1 永磁同步电机控制技术 永磁同步电机的转矩可以分为两个部分：一是永磁体产生的磁链与定子电流转矩分量作用后产生的永磁转矩，二是转子的磁凸极效应使定子电流励磁分量与转矩分量产生的磁阻转矩。这两部分转矩都与定子电流转矩分量成正比，也就是说，可以通过控制定子电流转矩分量的大小控制电机的转矩，这一电流与直流电动机的电枢地电枢电流相对应，因此永磁同步电机的转矩控制可以转化为定子电流转矩分量的控制。另外，定子电流励磁分量会影响电机定子磁链的大小，可以通过定子励磁分量实现弱磁升速的效果， 1、永磁同步电机矢量控制技术 磁场定向矢量控制技术的核心是在转子磁场旋转坐标系中针对定子电流的励磁电流分量和转矩电流分量分别进行控制；并且采用经典的PI调节器，系统呈现出良好的线性特性。可以按照经典的线性控制理论进行控制系统设计；逆变器的控制采用较成熟的SPWM、SVPWM等技术。磁场定向矢量控制技术相对成熟，动态、稳态性能较好，所以得到了广泛的实际应用。 1、永磁同步电机矢量控制技术 永磁同步电动机矢量控制调速系统框图 2、永磁同步电机直接转矩控制 永磁同步电机直接转矩控制系统框图 2、永磁同步电机直接转矩控制 直接转矩控制技术首先在交流感应电动机控制系统中应用，后来逐渐推广到弱磁区域以及同步电机的控制中。从永磁同步电机直接转矩控制系统结构上看，它与感应电动机的直接转矩控制系统比较相似，其控制原理是基于电压型逆变器输出的电压矢量对同步电机定子磁场和电机转矩的控制作用上。 3、永磁同步电机无传感器控制技术 目前，无位置传感器技术已经比较成熟并得以实际应用。采用该技术可以省去传统的位置传感器，减小电机的体积和成本；对于采用位置传感器的电机控制系统，采用无传感器控制技术不仅可以对位置传感器提供的信号进行校验，检测位置传感器是否正常工作，并且在位置传感器故障时提供准确的电机转子位置信号，从而提高电机控制系统的可靠性。 3、永磁同步电机无传感器控制技术 无传感器控制技术的基本思想都是通过检测电压、电流引用相 应控制理论实现转子信息的估计。但尚无一种永磁同步电机无传感器控制可实现永磁同步电机系统全速运行。 5.3.2 无刷直流电动机控制技术 1、无刷直流电动机调速系统 无刷直流电动机控制系统由电动机本体、逆变器、驱动控制模块和位置传感器四个部分组成，速度闭环控制的调速系统框图如下图所示。电机的位置传感器提供电机的位置信号并依此计算出电机的速度，控制系统中的速度调节器ASR根据电机实际运行速度和速度指令值得出电流的命令值，根据电机的电磁转矩表达式可知，控制好电机的电流也就是控制好电机的转矩。 5.3.2 无刷直流电动机控制技术 5.3.2 无刷直流电动机控制技术 （1）调速换相原理分析 通过对第2章无刷直流电动机工作原理分析可以分析得知，电动机的U相绕组反电动势为正向平顶区域，V相反电动势为负向平顶区域，控制系统根据转子的位置信号可以获得此信息。磁势为了控制电动机输出较大的转矩，应该使得电动机U、V相绕组分别通过正、负向电流，而W相没有电流，这一点可以通过控制逆变器的VT1、VT6导通，其他开关器件关断来实现，此时U、V两相定子绕组产生合成磁动势，该磁动势超前转子永磁体120°，在接下来转子转动60°电角度的过程中，定子三相绕组的通电模式保持不变。当合成磁动势与转子永磁体夹角达到60°后，逆变器导通模式发生变化，其中VT6换相到VT2，即发生横向换相，这种换相模式不会像纵向换相那样容易出现直通短路现象。因此该工作模式更加安全。 5.3.2 无刷直流电动机控制技术 （2）弱磁控制 当逆变器可以向电动机提供足够的电压和电流时，电子式换向器的的开关状态在电动机转子旋转60°电角度的范围内保持不变，在此过程中，定子合成磁动势与转子位置角度的差值从120°减小到60°。从平均值意义上说，可以认为定子合成磁动势和转子磁动势相互垂直，从而产生较大的转矩。但是当电机运行速度较高或逆变器直流侧电压较低时，逆变器难以向电机提供所需的电流，因此待导通的定子相绕组必须提前导通一定的时间，此时相电流超前反电动势，因而会产生一个去磁电流分量，即进行弱磁控制。提前导通角不可太大，一般会控制在60°以内。 2、无刷直流电机无位置传感器控制技术