《现代电机控制技术》PPT课件

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1、现代电机控制技术第三章三相永磁同步电动机的矢量控制1第3章三相永磁同步电动机的矢量控制3.1基于转子磁场定向的矢量方程3.2基于转子磁场定向的矢量控制及控制系统3.3弱磁控制与定子电流最优控制3.4基于定子磁场定向的矢量控制3.5谐波转矩及转速波动3.6矢量控制系统仿真实例23.1基于转子磁场定向的矢量方程1转子结构及物理模型永磁同步电动机是由电励磁发展来的。用永磁体代替电励磁系统，省去了励磁绕组、集电环和电刷，其定子与电励磁的三相同步电动机相同，故称为永磁同步电动机(PermanentMag

2、netSynchronousMotor，PMSM)。3永磁同步电动机要求其在稳态运行时能够在相绕组中产生正弦波感应电动势，所以其永磁励磁磁场在气隙中按正弦波分布。永磁同步电动机的转子结构，按永磁体安装形式分为，面装式、嵌入式和内装式三种。如图3-1~图3-3(p104)。永磁材料一般是钕铁硼，也有用稀土钴的。45对于每种类别的转子结构，永磁体的形状和转子的结构形式，根据永磁材料的类别和设计要求的不同，可以有多种的选择，可采取各式各样的设计方案。除了考虑成本、可靠性和制造工艺之外，应该尽量产生正弦

3、分布的励磁磁场。6如图3-4(p105)为两极面装式PMSM结构图。电压电流正方向一致(按照电动机原则)将正向电流流经的一相绕组产生的正弦波磁动势的轴线定义为相绕组的轴线，并将A相轴线作为ABC轴系的空间参考坐标。7如图3-5(p105)为两极插入式PMSM结构图。电压电流正方向一致(按照电动机原则)将正向电流流经的一相绕组产生的正弦波磁动势的轴线定义为相绕组的轴线，并将A相轴线作为ABC轴系的空间参考坐标。8在建立数学模型之前。假设：1)忽略定、转子铁心磁阻，不计涡流和磁滞损耗；2)永磁材料的

4、电导率为零，永磁体内部的磁导率与空气相同；3)转子上没有阻尼绕组；4)永磁体产生的励磁磁场和三相绕组产生的电枢反应磁场在气隙中均为正弦分布；5)稳态运行时，相绕组中感应电动势波形为正弦波。9两极面装式PMSM的物理模型如图3-6a(p105)10对于面装式转子结构，由于永磁体内部磁导率很小，接近于空气，可以将置于转子表面的永磁体等效为两个空心励磁线圈，如图3-6a。其在气隙中产生正弦分布的励磁磁场与两个永磁体相同。再将这两个励磁线圈等效置于转子槽内的励磁绕组，其有效匝数为相绕组的倍。通入等效励磁

5、电流if后，在气隙中产生的正弦分布的励磁磁场与两个永磁体相同。Lmf为等效励磁电感，如图3-6b。11将永磁体磁场轴线定义为d轴，q轴顺着旋转方向超前d轴90°。fs和is分别是定子三相绕组产生的磁动势矢量和定子电流矢量，产生is(fs)的等效单轴线圈位于is(fs)轴上，其有效匝数为相绕组的倍。对于插入式和面装式的同理，区别是交直轴等效励磁电感不相等。这与电励磁的情况相反。12对于面装式的有对于内装式的有Lm称为等效励磁电感13142面装式三相永磁同步电动机的矢量方程定子磁链和电压矢量方程三相

6、绕组的电压方程式中，ψA、ψB、ψC分别为A、B、C相绕组的全磁链。15因为电动机气隙均匀，所以A、B、C三相绕组的自感和互感都与转子位置无关，均为常值。于是有式中，ψfA、ψfB、ψfC分别为永磁励磁磁场链过A、B、C绕组产生的磁链。式中，Lsσ、Lm1分别为相绕组的漏电感和励磁电感。16另有则前页公式可表示为式中17一般，定子绕组为Y形连接，且无中线引出，则有，于是式中，Lm为等效同步电感，，Ls称为同步电感，Ls=Lsσ+Lm。对于ψB、ψC，同样也可以有ψA的形式。18所以同三相感应电动

7、机一样，由三相定子绕组中的电流iA、iB、iC构成了定子电流矢量is，同理三相绕组的全磁链可构成定子磁链矢量Ψs，由ΨfA、ΨfB、ΨfC可构成转子磁链矢量Ψf。19即有表示为空间矢量形式20式中：等式右边第一项Is是产生的漏磁链矢量，与定子绕组漏磁场相对应；第二项是Is产生的励磁磁链矢量，与电枢反应磁场相对应；第三项是转子等效励磁绕组产生的励磁磁链矢量，与永磁体产生的励磁磁场相对应。等式左边是定子磁链矢量。21通常，将定子电流产生的漏磁场和电枢反应磁场之和称为电枢磁场；将转子励磁磁场称为转子磁

8、场，又称为主极磁场；将电枢磁场与主极磁场之和称为定子磁场。定子磁场的空间矢量形式，还可表示为：为定子磁链矢量方程，LsIs为电枢磁链矢量，与电枢磁场相对应。22将三相绕组的电压方程转换为矢量方程。则式中，，θr为ψf在ABC轴系内的空间相位，如图3-6b(p105)。另有23等式右边第一项是变压器电动势项，因ψf为恒值，故为零；第二项是运动电动势项，是因转子磁场旋转产生的感应电动势，通常又称为反电动势。定子电压的矢量方程式24其等效电路如图3-8(p109)，图中，为感应电动势矢量。25在正弦稳