News center
新闻资讯

永磁同步电机控制策略综述

信息来源:深圳市嘉扬科技有限公司
添加时间:2025-7-6
1引言
近年来,随着电力电子技术、微电子技术、新型电机控制理论和稀土永磁材料的快速发展,永磁同步电动机得以迅速的推广应用。永磁同步电动机具有体积小,损耗低,效率高等优点,在节约能源和环境保护日益受到重视的今天,对其研究就显得非常必要。因此。这里对永磁同步电机的控制策略进行综述,并介绍了永磁同步电动机控制系统的各种控制策略发展方向。
2永磁同步电机的数学模型
当永磁同步电动机的定子通入三相交流电时,三相电流在定子绕组的电阻上产生电压降。由三相交流电产生的旋转电枢磁动势及建立的电枢磁场,一方面切割定子绕组,并在定子绕组中产生感应电动势;另一方面以电磁力拖动转子以同步转速旋转。电枢电流还会产生仅与定子绕组相交链的定子绕组漏磁通,并在定子绕组中产生感应漏电动势。此外,转子永磁体产生的磁场也以同步转速切割定子绕组。从而产生空载电动势。为了便于分析,在建立数学模型时,假设以下参数:①忽略电动机的铁心饱和;②不计电机中的涡流和磁滞损耗;③定子和转子磁动势所产生的磁场沿定子内圆按正弦分布,即忽略磁场中所有的空间谐波;④各相绕组对称,即各相绕组的匝数与电阻相同,各相轴线相互位移同样的电角度。
在分析同步电动机的数学模型时,常采用两相同步旋转(d,q)坐标系和两相静止(α,β)坐标系。图1给出永磁同步电动机在(d,q)旋转坐标系下的数学模型。
(1)定子电压方程为:
式中:r为定子绕组电阻;p为微分算子,p=d/dt;id,iq为定子电流;ud,uq为定子电压;ψd,ψq分别为磁链在d,q轴上的分量;ωf为转子角速度(ω=ωfnp);np为电动机极对数。
(2)定子磁链方程为:
式中:ψf为转子磁链。
(3)电磁转矩为:
式中:J为电机的转动惯量。
若电动机为隐极电动机,则Ld=Lq,选取id,iq及电动机机械角速度ω为状态变量,由此可得永磁同步电动机的状态方程式为:
由式(7)可见,三相永磁同步电动机是一个多变量系统,而且id,iq,ω之间存在非线性耦合关系,要想实现对三相永磁同步电机的高性能控制,是一个颇具挑战性的课题。
3永磁同步电动机的控制策略
任何电动机的电磁转矩都是由主磁场和电枢磁场相互作用产生的。直流电动机的主磁场和电枢磁场在空间互差90°,因此可以独立调节;交流电机的主磁场和电枢磁场互不垂直,互相影响。因此,长期以来,交流电动机的转矩控制性能较差。经过长期研究,目前的交流电机控制有恒压频比控制、矢量控制、直接转矩控制等方案。
3.1恒压频比控制
恒压频比控制是一种开环控制。它根据系统的给定,利用空间矢量脉宽调制转化为期望的输出电压uout进行控制,使电动机以一定的转速运转。在一些动态性能要求不高的场所,由于开环变压变频控制方式简单,至今仍普遍用于一般的调速系统中,但因其依据电动机的稳态模型,无法获得理想的动态控制性能,因此必须依据电动机的动态数学模型。永磁同步电动机的动态数学模型为非线性、多变量,它含有ω与id或iq的乘积项,因此要得到精确的动态控制性能,必须对ω和id,iq解耦。近年来,研究各种非线性控制器用于解决永磁同步电动机的非线性特性。
3.2矢量控制
高性能的交流调速系统需要现代控制理论的支持,对于交流电动机,目前使用最广泛的当属矢量控制方案。自1971年德国西门子公司F.Blaschke提出矢量控制原理,该控制方案就倍受青睐。因此,对其进行深入研究。
矢量控制的基本思想是:在普通的三相交流电动机上模拟直流电机转矩的控制规律,磁场定向坐标通过矢量变换,将三相交流电动机的定子电流分解成励磁电流分量和转矩电流分量,并使这两个分量相互垂直,彼此独立,然后分别调节,以获得像直流电动机一样良好的动态特性。因此矢量控制的关键在于对定子电流幅值和空间位置(频率和相位)的控制。矢量控制的目的是改善转矩控制性能,最终的实施是对id,iq的控制。由于定子侧的物理量都是交流量,其空间矢量在空间以同步转速旋转,因此调节、控制和计算都不方便。需借助复杂的坐标变换进行矢量控制,而且对电动机参数的依赖性很大,难以保证完全解耦,使控制效果大打折扣。
3.3直接转矩控制
矢量控制方案是一种有效的交流伺服电动机控制方案。但因其需要复杂的矢量旋转变换,而且电动机的机械常数低于电磁常数,所以不能迅速地响应矢量控制中的转矩。针对矢量控制的这一缺点,德国学者Depenbrock于上世纪80年代提出了一种具有快速转矩响应特性的控制方案,即直接转矩控制(DTC)。该控制方案摒弃了矢量控制中解耦的控制思想及电流反馈环节,采取定子磁链定向的方法,利用离散的两点式控制直接对电动机的定子磁链和转矩进行调节,具有结构简单,转矩响应快等优点。DTC最早用于感应电动机,1997年LZhong等人对DTC算法进行改造,将其用于永磁同步电动机控制,目前已有相关的仿真和实验研究。
DTC方法实现磁链和转矩的双闭环控制。在得到电动机的磁链和转矩值后,即可对永磁同步电动机进行DTC。图2给出永磁同步电机的DTC方案结构框图。它由永磁同步电动机、逆变器、转矩估算、磁链估算及电压矢量切换开关表等环节组成,其中ud,uq,id,iq为静止(d,q)坐标系下电压、电流分量。
虽然,对DTC的研究已取得了很大的进展,但在理论和实践上还不够成熟,例如:低速性能、带负载能力等,而且它对实时性要求高,计算量大。
3.4解耦控制
永磁同步电动机数学模型经坐标变换后,id,id之间仍存在耦合,不能实现对id和iq的独立调节。若想使永磁同步电动机获得良好的动、静态性能,就必须解决id,iq的解耦问题。若能控制id恒为0,则可简化永磁同步电动机的状态方程式为:
此时,id与iq无耦合关系,Te=npψfiq,独立调节iq可实现转矩的线性化。实现id恒为0的解耦控制,可采用电压型解耦和电流型解耦。前者是一种完全解耦控制方案,可用于对id,iq的完全解耦,但实现较为复杂;后者是一种近似解耦控制方案,控制原理是:适当选取id环电流调节器的参数,使其具有相当的增益,并始终使控制器的参考输入指令id*=O,可得到id≈id*=0,iq≈iq*o,这样就获得了永磁同步电动机的近似解耦。

更多罩极电机产品咨询需求请电话联系

热销产品推荐
步进电机相关行业资讯推荐
1、直线执行器的选择依靠什么
2、伺服电机低速使用
3、步进电机多被使用在大型发电机的场合
4、核对发电机和电网相序的方法
5、什么是步进电机
6、防水步进电机的性能特征
7、步进电机的通用特性图解
8、电机制动器的选型简析
9、步进电机的工作特点和使用特性
10、步进电机驱动器电压和电流的确定
11、步进电机与驱动器常见问题解答
12、步进电机与异步电机的区别在哪些方面
13、对罩极电机相关清洁保养工作不能忽视
14、步进电机加减速过程控制技术
15、直流伺服系统结构和原理
16、步进电机位移现象的原因分析
17、步进电机选型需要考虑哪些要素
18、电机设备的现代故障进行诊断研究方法
19、如何做好防爆电机的检修工作?
20、步进电机—保持力矩和动态力矩
21、步进电机驱动器结构原理图解
22、马达和电机有什么区别
23、中空轴步进电机的构造及特性
24、相步进电机防爆应用实例
25、防爆电机基本防爆型式
26、直线电机用于机床进给系统可能会出现的问题
27、交流伺服电机控制原理
28、步进电机小知识
29、闭环式步进电机的行业应用价值分析
30、潮湿环境中防爆电机干燥处理方法
31、步进电机驱动应用的常见挑战
32、我国工控业市场规模及技术探讨分析
33、使用前要对步进电机做好两方面情况进行检查
34、什么是伺服?什么是伺服电机?
35、什么方面会影响信浓步进电机的旋转速度
36、你了解电机应该如何养护吗
37、步进电机的正确选择程序图解
38、步进电动机的功率驱动电路
39、绝对值编码器位置值丢失的几种可能
40、关注这些问题步进电机才能长远的发展
41、高压防爆电机使用工况要求及说明
42、步进电机驱动器的基本驱动模式
43、伺服同期功能的调试及故障排除
44、步进电机的12个特点
45、生产品质优良的深圳步进电机,一直是电机机电的使命!
46、步进电机的选型注意事项
47、步进电机的使用少不了日常的保养工作
48、如何配用步进电机驱动器以及使用电机时要注意的问题?
49、丝杆步进电机成功应用—嫦娥软着陆成功
50、防爆步进电机选型注意事项
上一篇:    直流减速电机的使用和维护
下一篇:    防爆伺服电机价格是否就能决定防爆电机品质?
联系我们
 
电话:0755-27080712
邮箱:wsb@sz-jayng.com
地址:深圳市光明区公明镇新庄社区将石路大围同富工业区E栋2楼
深圳市嘉扬科技有限公司版权所有    粤ICP备2024172765号