永磁同步电机最小损耗的直接转矩控制

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1、永磁同步电机最小损耗的直接转矩控制第11卷第4期2007年7月电机与控制ELECTRICMACHINESANDCONTROLVo1.11No.4July2007永磁同步电机最小损耗的直接转矩控制王晓磊,赵克友(青岛大学自动化工程学院,山东青岛266071)摘要:针对面装永磁同步电机(PMSM),提出一种最小损耗的十二扇区直接转矩控制(DTC)策略.利用PMSM的铜损和铁损模型,求得最优励磁电流,然后给出最优的定子磁链指令值.仿真实验说明,与传统的直接转矩控制策略相比,新策略不仅提升运行效率,而且保持

2、良好的性能.关键词:最小损耗速度控制;永磁同步电机;直接转矩控制;磁链十二扇区中图分类号:TM34;TM921.5文献标识码:A文章编号:1007—449X(2007)04—0331—04LossminimizationDTCcontrolofpermanentmagnetsynchronousmotorsWANGXiao-lei,ZHAOKe-you(CollegeofAutomationEngineering,QingdaoUniversity,Qingdao266071,China)Abstr

3、act:ThepapersuggestsalossminimizationrC(directtorquecontro1)schemewiththetwelveflux—sectorsforPMSM(permanentmagnetsynchronousmotors).ItutilizesfirstlythePMSMmodeldeal—ingwithmotorcopperandironloss,findstheoptimalmagnetizingcurrent,andthengivestheoptima

4、lreferencestatorflux:.Simulationexperimentsshowthatthenewschemenotonlyincreasesthemotionefficiency,butkeepssomebetterperformanceincomparisonwiththetraditionalDTCscheme.Keywords:minimum—lossspeedcontrol;permanentmagnetsynchronousmotors;directtorquecontr

5、ol;twelveflux.sectors1引言交流电机直接转矩控制DTC(directtorquecon.tro1)省去复杂的坐标变换,在中高速区能够获得良好的动,静态性能¨.2J,因而受到人们青睐.但DTC在低速运行时也有不尽人意之处,主要是其定子磁链观测不准,转矩不平稳引起转速波动等问题.对此人们提出各种改进措施,如精细的磁链观测器及将原磁链六分区细分为十二分区,以选择更多的电压矢量来改善调速系统性能¨】.能源短缺促使人们在改善调速特性的同时提升电机运行效率.迄今为止,在改善交流电机运行效率方

6、面主要有:(1)基于在线搜索技术的最小功率控制策略;(2)基于损耗模型控制策略.8J.前者不需电机的精确模型,在稳态给定转矩和转速下,不断调整励磁电流使输入功率最小实现效率优化;后者是基于电机的动态损耗模型,依据电机转速和电流信号,导出不同运行状态下最小损耗励磁电流,该方法具有响应速度快,适合各种速度场合等优点.永磁同步电机PMSM(permanentmagnetsyn.chronousmotor)以其体积小,结构简单,可靠性高及低成本等优点而广泛应用于高性能拖动与伺服系统中.高磁通型PMSM较一般

7、异步电机有较高的运行效率,但仍存在挖潜节能空间,特别是在低负载率和宽范围变速运行时¨J.本文在PMSM定子磁链十二分区DTC基础上J,从PMSM损耗模型卜收稿日期:2006—12—14基金项目:山东省自然科学基金项目(Y2003GO2)作者简介:王晓磊(1981一),男,硕士研究生,研究方向为高性能交流电机调速;赵克友(1945一),男,教授,研究方向为鲁棒与非线控制,变流器与交流电机控制.332电机与控制第l1卷出发,找出各种损耗与励磁电流及转速的关系,导出不同条件下的最优励磁电流,进而算出最优定

8、子磁链的指令值(不同于传统的恒磁链指令).如此以来不仅改善DTC的性能,而且使损耗最小.2基于PMSM耗损模型效率优化控制2.1PMSM耗损模型等效电路及功率损耗计算面装永磁同步电机损耗主要包括机械损耗,铜损和铁损.机械损耗主要包括电机摩擦等造成的损耗,它随转速及工况的不同而不断变化,因而无法控制.本文仅限考虑可控部分的电气损耗包括铁损和铜损,图1,图2分别表示了两相同步旋转坐标系(dq)下永磁同步电机等效电路'引.图1永磁同步电机q轴动态等效电路Fig.1Theeq