横向磁通永磁电机最大转矩电流比控制方法研究.pdf

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1、V01．31No．22011．2船电技术I控制技术横向磁通永磁电机最大转矩电流比控制方法研究赵红林(中国船舶重工集团公司第七一二研究所，武汉430064)摘要：本文针对横向磁通永磁电机的功率因数，研究了最大转矩电流比控制方法，实现了横向磁通永磁电机最大转矩电流比控制仿真系统。仿真结果表明了该方法对提高横向磁通永磁电机动态性能和改善系统的功率因数的有效性。关键词：横向磁通永磁电机最大转矩电流比控制功率因数动态性能中图分类号：TM35l文献标识码：A文章编号：1003．4862(201I)02．0013-03ControlMeth

2、odofMaximumRatioofTorquetoCurrentforTransverseFluxPermanentMagnetMotorZhaoHonglin(WuhanInstituteofMarineElectricPropulsion，CSIC，Wuhan430064，China)Abstract：如thispaper,thecontrolstrategyofthemaximumratiooftorquetocurrenttothequestionofthepowerfactorforTFPMisstudied,an

3、dthecontrolsimulationsystemofthemaximumratiooftorquetocurrentisrealized．聊ththecontrolstrategy,thedynamicresponseandpowerfactorcanbeimproved．刀跑simulationresultsaregiventoverifythestrategy．Keywords：transversefluxpermanentmagnetmotor(TFPM)；thecontrolofthemaximumratioof

4、torquetocurrent；powerfactor；dynamicresponse1引言横向磁通电动机是由德国的H．Weh教授和他的合作者于1986年首先提出的一种新型拓扑结构的电机。该结构电机的定子齿槽结构和电枢线圈在空间上相互垂直，电负荷与磁负荷在空间上解耦，铁心尺寸和通电线圈的大小相互独立。横向磁通永磁电机具有低速特性好、转矩密度高、控制灵活和可模块化设计等特点。因此，横向磁通永磁电机被认为非常有希望在低速、高转矩密度、直接驱动电机中得以应用，受到了日益广泛的重视【1，21。横向磁通永磁电机的一个主要问题是漏电抗较大

5、，功率因数低于同容量的常规永磁电机，这使得变频器容量增大，成本变高，体积和重量增收稿日期：2010．11．12作者简介：赵红林(1985．)，男，硕士研究生，研究方向：舰船电力电子应用技术。加【3】。电机驱动系统的功率因数不仅取决于电机本体的参数，而且还与驱动器的控制方式有关”J。本文把最大转矩电流比控制方法用于凸极横向磁通永磁电机控制系统中，在输出相同的电磁转矩下定子电流最小，同时达到提高系统功率因数的目的。本文对横向磁通永磁电机忙0控制方式和最大转矩电流比控制方式分别进行了仿真分析。结果表明：横向磁通永磁电机采用最大转矩电

6、流比控制方式可以改善系统的功率因数，系统有较好的动态性能。2TFPM最大转矩电流比控制方法横向磁场电动机各相对称且独立，各相间没有磁的耦合，每相绕组磁链只由该相转子磁链与电枢磁链合成。根据上述特点，参考传统径向磁通永磁电机的数学模型和其模型的建立方法，推导横向磁通永磁电机的数学模型。凸极横向磁通永磁电机采用Ia=0控制方式时，没有充分利用磁阻转矩，系统的功率因数较13船电技术I控制技术V01．31No．22011．2低，原因是横向磁通永磁电机电枢绕组内总的感应电动势为电枢反应电动势与空载感应电动势的矢量和，采用I。r=O控制方

7、式时，较大的交轴电流所产生的电枢反应电动势拉大了总感应电动势领先交轴的相位角，从而造成电机的功率因数偏低。对于功率较大的永磁电机而言，该方式不是最佳的控制方式悼pJ。采用最大转矩电流比控制方法充分利用磁阻转矩，使电机在输出相同的电磁转矩下的电机定子电流最小。系统采用的最大转矩电流比控制方案框图如图1所示。在控制系统中，转速给定信号甩·与反馈转速／I经过PI调节器输出的信号正比于电机定子电流空间矢量幅值。有了定子电流空间矢量的幅值之后，就可以根据最大转矩电流比算法计算出定子电流空间矢量厶与d轴的夹角口，从而计算出在此种情况下定子

8、电流的直轴分量和交轴分量给定值彳岛’。然后通过dq坐标系到abc坐标系的坐标变换，计算得到定子三相电流的给定值。电流给定值与反馈值经PI调节器，输出给定的电压信号，该电压信号经SPWM调制后输出PWM调制波，控制逆变器工作。图l最大转矩电流比控制框图根据电磁转矩与定子电流空间