弱磁控制与空间电压矢量调制及相关实验研究毕业论文

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1、异步电机弱磁控制方案研究众所周知，在整个电机的运行区间，按照速度可以划分为两个区间，一个是基速以下区域，一个是基速以上区域。当电机运行在基速以下区间时，稳态时整个电机磁场保持不变，由转矩公式可以看出，在这个区间，输出转矩是保持不变的，所以该区间又称为恒转矩调速区。当电机要求运行在基速以上时，由于直流母线电压的限制和反电动势的影响，就需要转子磁场随着转速的上升而下降，即所谓的弱磁运行。一、弱磁运行的电压和电流限制条件在研究电机的稳态方程时，必须要考虑到两个限制条件，一个是逆变器的母线电压，由于母线电压一般是将工业用电经整流得到，所以，其大小是相对固定的，而电机所能用到的电压是与PWM调制策略相

2、关的，本文使用的是基于空间电压矢量的PWM调制，因此可利用的电压最大为。另一个限制条件是电机和逆变器的额定电流的限制。由上所述，调速系统的限制条件可表示为：弱磁区电机稳态方程为：其中：高速运行时，定子电阻的压降可以忽略不计，此时，稳态方程为：由此，电流限制条件改写为：重写电压限制条件：在d-q坐标系中，电流限制公式为一个椭圆，电压限制公式为一个圆。为了方便起见，用代替，这样用四分之一圆表示整个运行范围，如下图所示：图弱磁运行时电压和电流限制曲线图中电压限制曲线和电流限制曲线的公共部分即是电压矢量的d轴分量和q轴分量的可运行区域（图中所示的阴影部分）。图中所示的三条椭圆形曲线是以增加的方向向外

3、展开，即，随着同步频率的增加，需要逆变器提供更多的电压以保证有足够的电流产生。电机转矩方程为：电流可以用代替，写成：其中：由上式表明：最大F值的点就是最大转矩点，由此可以找到最大转矩的运行区域。二，弱磁区域划分及各区间分析图弱磁区域的划分（1）基速一下区（）：电机在基速以下运行时，所需电压矢量的幅值是不大于的，因此有能力保证、达到其额定值，并获得最大转矩。（2）弱磁1区（）：当电机运行频率逐渐增加时，的幅值也在逐渐加大，如下图所示。图弱磁1区在基速处，几乎等于（上图的点）。当转速超过基速时，这时所需要的就超出了的限制（上图点），即，作用于电机的电压矢量没有裕量来抵消转速上升所引起的反电动势，

4、此时如果不采用其他控制策略，转速是不可能继续提升的。此时电机的电压矢量幅值是不变的，可以通过减小励磁电流来调整从而适应电压限制条件，也就是说，这时电机运行就进入了弱磁区。在弱磁区间1中可以通过曲线找到最大转矩点，即电流曲线与电压曲线的交点，同时也在曲线上。同理可以推出，在这个区间最大转矩点的轨迹就在电压限制曲线上。同时由于该轨迹也在电流限制曲线上，这也要求在电机运行时要充分利用额定电流，保证输出最大转矩。则有：由上所述，在该区间的最大转矩点始终运行在电压限制园和电流限制椭圆的边界交点上，即此时电机电流电压都处于最大值，因此称该区间为恒功率区。（3）区间2（）：当电机运行频率继续增加时，电流限

5、制椭圆逐渐向外扩展，最终与电压限制圆交于点C，如下图所示：图弱磁区间2在点C处有：此时，设定频率为，频率若继续增加，，电机开始进入运行弱磁区间2，电流限制椭圆继续向外扩展，与电压圆交于点D，但根据F曲线（FC>FD）可以看到点D已经不是最大转矩点，并且可以推出，以后无论频率如何增加，点C都是最大转矩点。并且在区间2，电机运行将只受到电压限制。要保证在相应的限制条件下获得最大转矩，就必须在进入区间2时同时令、与成反比。这样可以保证电机运行状态一直在C点。由于在该区间只受到电压限制圆的限制，总的电机电流已经小于额定值，因此，电机不再处于恒功率区，而此时的电压矢量是恒定的，因此称该区间为恒电压区。

6、三、三种弱磁方法1、传统弱磁方法使电机的转子磁场与转子转速成反比，具体实现时，就是使励磁电流与转子转速成反比。如以下公式所示：这种控制方法往往使电压提前达到饱和，限制了转速的进一步提高。我们由电机稳态方程可知，，随着转子转速大于，交叉耦合反电动势不断增大，保持与转速成反比，能保证不增加，但不能保证不增加，这样，电压往往提前达到饱和，限制转速进一步提高，同时，转速动态响应变慢。系统控制框图如下：图基于传统弱磁方法的矢量控制系统框图2、考虑转矩电流分量的改进型算法。在传统的弱磁控制方法中，随着转速的升高，交叉耦合反电动势和不断加大，和逐渐达到相应的限幅值，由弱磁区电机稳态方程可知，已经没有足够的

7、电压余量来产生实际电流和，这样使得dq轴电流的跟踪特性变慢，甚至出现静差。为此本方法将转矩电流分量（q轴电流）的跟踪误差的绝对值迭加到励磁电流指令信号中，使得励磁电流指令值减小，这样，使得即使q轴电压分量达到限副状态时，转矩电流反馈也能较快的跟踪给定。因为，若是转矩电流跟踪误差绝对值越大，励磁电流指令值就越小，实际励磁电流就越小，而实际电流由励磁电流和转矩电流组成，实际电流一定的情况下，实际转矩电流值便增大，