永磁同步电动机功率因数的仿真分析 矢量控制系统模型文献综述.doc

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1、文献综述永磁同步电动机功率因数的仿真分析…矢量控制系统模型1前言部分由于电力电子器件的发展不断加快，和稀土永磁材料的性能的不断提高，永磁同步电动机的研究也进入了一个新的阶段。永磁同步电动机是i个利用永磁体建立磁场的小功率的同步电动机。它的定子可以产生旋转磁场，转子是用永磁材料制成的。永磁同步电动机具有较高的功率因数和效率，同吋具备着不同于其他的杲步起动能力。在控制系统模型上，永磁同步电动机和感应电动机基本上相似。通过给定转速与实际电机转速比较的PI调节闭环控制，从而实现转速与给定无偏差⑴。电力网屮的电力负荷有电动机、变压器等等，

2、它们是电感性负载。电感性负载的电压和电流相量之间存在着相位差，用余弦cos（p来表示。而cos（p就被称作功率因数。功率因数和效率一•样，都是永磁同步电动机里有实用价值的特征指标。功率因数显示各个用户的用电设备的使用情况是否合理，它说明利用电能的最大程度，是用电管理水平的一•项标准规则。如果功率因数比较低，就得用很大的电流来维持电器的正常运作，与此同时输电线路上的输电电流增大，这会导致线路上的电能损失增大，所以提高该功率因数对于永磁同步电机和整个系统都扮演着非常重要的角色。为了减小电子控制器的容量，在设计永磁同步电动机时要求提高

3、功率因数。永磁同步电动机调速系统屮，最主要的问题就是怎样实现电动机瞬时转矩的高性能控制。而如何根据给定的转矩来计算岀交轴电流和直轴电流，这就是矢量控制的问题。矢量控制就是对电动机屮定子电流的矢量相位和幅值进行控制。1.永磁同步电动机的结构和模型永磁同步电动机的定子与传统的感应电动机定子结构基本相同，有空问对称分布的A、B、C三和绕组，以A相绕组的轴线作为空］'可的参考轴线as。如上所述，在A、B、C坐标系屮，永磁同步电动机的模型是稳定的，分析正弦波电流控制的永磁同步电动机的方法有dq数学模型，可以用它来分析电动机的瞬态性能。PM

4、SM在两相d-q坐标系下的定子电压方程和磁链方程分别为：确=心；+卩屮厂0屮“（1）屮厂4+屮严心0）（2）上式屮，A&为d轴和转子永磁体轴线间的夹角；L为自感系数平均值。各电磁量的矢量关系如图1所示⑵。图1PMSM的矢量关系图永磁同步电动机转子的结构和永磁体的安装方法对电机的性能影响很大。永磁体可以安装在转子表而或是嵌入到转子内部。但是在PMSM屮小电感也有不好的地方，小电感会发生弱磁控制。因此通常用的永磁体，如铁氧体和稀土永磁很难打造成功，这样也会造成永磁体的结构形成花费，增加额外的费用。按照永磁体在转子丄位置安装的不同，永

5、磁同步电动机的转子磁路结构一般可分为3种：表而式，内置式和爪极式。并步起动永磁同步电动机的转子磁路结构多采用内置式。内置式结构又可分为：切向式、径向式和混和式⑶。2、永磁同步电机功率因数的原理大多数的用电设备都是根据电磁感应原理工作的，比方说配电变压器和电动机，它们都是依靠交变磁场的相互作用，才能进行能量的转换和传递。在电力网的运行屮，功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度，我们想要的是功率因数越大越好。这样电路小的无功功率可以降低到最小，从而提高电能输送的功率。永磁同步电动机的转子磁钢的形状各式各样，使得转子磁场在空

6、间的分布也分为两种：正弦波和梯形波。接着，半转子旋转时，则其在定子上产生的反电动势的波形可以有两种，即一•种是正弦波；另一种是梯形波。由此血产成两种同步电动机，它们在原理、模型及控制方法上有很大的不同，为了能区分岀由它们组成的永磁同步电动机的交流调速系统，通常又把正弦波式的永磁同步电动机组成的调速系统称为正弦型永磁同步电动机调速系统「血由梯形波永磁同步电动机组成的调速系统，则被称为无刷直流电动机调速系统。永磁同步电动机采用的励磁方式分为两大类：-•类是用直流发电机作为励磁电源的直流励磁机励磁系统；切-•类是用硅整流装置将交流转化

7、成直流后供给励磁的整流器励磁系统［⑹。对于PMSM,因为它的转子是永久磁铁而且磁场为不可控，所以只能通过调节电枢电压U来改变电动机的值。当功率因数cos(p=l时,电动机效率最高。所以，采用功率因数调节输出电压，改变电动机电枢电流，使其变化量的绝对值小于0.5A,来实现频率的调节［铁高功率因数是永磁同步电动机的最大优点，它可以用来降低定子电流和绕组屮的铜耗，提高电动机的效率,使永磁同步电动机拥有较高的指标。由于永磁电动机的转子屮设置有磁钢，可以不从电网或减少从电网吸收无功电流来建立磁场，因而功率因数较杲步电动机高，如下图2所示⑸

8、：图2永磁同步电动机和异步电动机动率因数功率因数的特点：（1）空载反电势（2）临界反电势，每台永磁同步电动机都有一个不同的空载反屯势，而在临界反电势下无功功率很小。永磁同步电动机在不同额定电圧等级（380、660和1140V）、不同额定功率（22、30KW）和不