／．、 工业控制， 永磁同步电动机的直接转矩控制 余仁波‘，赵修平。，金朝红 ，张代国， 海革航空工程学院飞行器工程乐， 山东蝈台 ２６４００１；２．海军工程大学电气与信息工程学院． 湖北武汉４３００３３ ３，中国船舶总公司第７１３研究所． 河南部州 ４５０ｏｌ５） ｌ引言 近年米， ｒＩｂ力电子技术世步、傲电 技术和现代 电机盟其控制理地的迅速发展，变漉电机调遣技术逐步或 熟起来．使得交流 速的静、动态特性接近麒至达到直流 建技术水平 其应用领域［Ｉ王越来越广泛．特则在船舶电 力推进系统方而．已经大量采用了交！＿｝ｃ电力推进 。。相： 各种推进电机当中．大功率永醴同步电动机【尤其屉横向 磁通永碰电机及轴向磁通永磁电机 的制造技术尚有很大 的研究。 发展空ｌ ．国外目前也述处于研发实验阶段 奉义的研究对象足三相永磁同步电动机．研究目的是计水 避同步电瑚机（ＰＭＳＭ）无位置传感器直接转矩控制 ｃＩ）ＴＣ）方法世行分析和探讨．在此基础上，提出 种基于 ＤＳＰ的一套敦宁化设讣方案，除舱测部分与功率电路部分 由硬件宴现外． 余功能由ＤＳＰ软件编程完成． ２三相永磁同步电动机的数学模型 首先建立■寸Ｈ Ｊｌ三弦被永磁同步电动机的ｄ－ｑ坐标系数 学模型 伴基奉假１蛙如下 ： ①忽略宅删谐波的影响．即认为气脒蹬场是按照ｚｌ－蟠 丹帮帕｛ ②忽略铁心的饱和、满流的影响． 考庳磁滞损耗； ③忽略温度对电机参数的影响； ＠忽略齿措和通风槽的影响，即假没定子内丧 足光 滑曲 基于以】 假设并根据接尔霍走电压定律和法｛直第电 磁定律．对于绝大多数正幢波酬速康磁Ｉ司步电动机柬随， 转于上不存在阻皑绕组 电压、磁链和电磁转 疗程ｎＪ 稿¨ ： ｏ６一ｌＯ一０８ 茼化为： “Ｆ Ⅷｍ ｆ：１ Ｌ ＝￡ ．． （山 一 ） 式就足简化了的永磁同步电机在转Ｆ旋转坐标系 （ｄ叫） 的数学模型，改模型可以通过坐标变换 变换到 其它坐标系下。 ３直接转矩控制理论基础：“】 直接转矩控制系统是在定于坐标系下．直接．１算井 控制定 磁链和转矩的直接跟踪来实现系统的高动怎性 能 在矗接转矩控制系统中，电压空间失掇的概念 样 适用，它对屯机磁链的影响 磁链轨迹控制 ｌ１茫丰ｆ１州ｆ｝：】 ■着的区别之处在于此处磁链足闭环拄制的．即通过椅 测电机的实际定子磁链幅值，球出其与磁链蛤定值之『日］ 的谍莛，然后根据该瀑差信号决定膻泼选择使础链幅值 增大的电压宅问矢鞋．还是选扦使磷链幅值硪 、的电压 空间＊量 ｆ！¨图１昕永．定义定予磁链与转ｆ磁链的夹角为同 步也机的负载角８．在稳态情Ｉ兄下负载角对应ｌ耗｛应ｎ勺转矩 井保持恒定，定、转子避链李问矢量以同步转速同步旋 转； 暂态情况下．负载角变化．定、转Ｆ砬链矢量 旧的速度旋转 而且在忽略定子电舡的情Ｉ兕下定子谳 链矢量与电压，天量矗向相同，于是可 通过施加 间的 维普资讯 控制 电压矢量来控制定子磁链的速度，也即改变了定子磁链 的平均速度，以及定子磁链与转子磁链之间的夹角即负 载角来控制转矩。 图１ 定、转子磁链在同步旋转Ｍ—Ｔ坐标下的矢量图 因此，同步电机直接转矩控制理论基础为：保持定子 磁链幅值不变的情况下，控制定、转子磁链之间夹角即可 以控制电机转矩。要获得快速的转矩响应应该快速改变转 矩角。在直接转矩控制中，既要限制定子磁链幅值，以保 证转矩变化与转矩角变化一致关系，又要限制电机最大转 矩的输出，使转矩角限制在最大转矩角范围之内，以保证 一定的过载能力下电机的稳定运行。图２即为永磁同步电 动机直接转矩控制系统结构框图。 图２ 永磁同步电动机直接转矩控制系统框图 ４控制系统硬件构成及软件设计 （１）系统硬件构成 控制系统的硬件部分主要包括驱动电路、检测电路、 保护电路、ＤＳＰ主控制模块等。整个控制系统分为三部 分：主系统部分（包括ＴＭＳ３２Ｏｆ２加７主控制芯片、存储 器、Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ转换电路，计数器及其他外围电路接口）， ＩＰＭ驱动板和ＬＥＭ检测板，如图３所示。 （２）系统的软件设计 本系统的ＤＳＰ软件控制程序是用Ｃ语言编写的，程序 总的流程见图４，为实现控制的实时性，在程序中采用了 主程序 ｌ 系统初始化 ｌ 转予初始定位 ｌ １ ． 启动中断 Ｉ 中断等待 图３ 控制系统硬件框图
＂ｆｔ－感检测及物联网系统
永磁同步电动机直接转矩控制
李春生’，孟昭军
（１．延长油田股份有限公司甘谷驿采油厂动力装备科，陕西延安７１６００５；
２．辽宁科技学院电气与信息工程学院．辽宁本溪１１７００４）
摘 要：为减小控制器体积以节省空间，同时为了尽可能地提高电动汽车控制的快速性，介绍无传感器直接转矩
控制作为驱动电机的控制方法，并进行仿真研究。 关键词：内置式永磁同步电动机；直接转矩控制；无传感器控制；仿真
中图分类号：ＴＭ３５１ 文献标识码：Ａ
０引言
内置式永磁同步电动机（ＩＰＭＳＭ）由于具有高功
率密度和宽调速范围的优点．非常适合作为电动汽车
的驱动电机… 而出于降低成本以及电动汽车空间受
限的考虑．无传感器控制技术无疑是电动汽车驱动电
机非常合适的控制策略 内置式永磁同步电机无传感
器控制方法主要分为适用于启动、低速的方法和适用
于中、高速的方法两大类 。启动时的初始位置检测以
及低速阶段基本上都采用的是高频信号注入方法 ．
而中高、速无传感器技术可采用的方法很多，如磁链
估计法ｒ５］、模型参考自适应（ＭＲＡＳ）法［６ｌ、状态观测器
法 、滑模变结构法［８＿等。
根据无传感器和直接转矩的优点。将两者结合起
来进行ＩＰＭＳＭ直接转矩的无传感器控制研究．并进
行仿真得出结论。
ｌＩＰＭＳＭ数学模型
旋转坐标系下的常用ＩＰＭＳＭ电压方程可表示为：
ｆｌ ｕ Ｒ￣ ｐＬ ｌｉ ）（ ）／＼ 上 ／ Ｏ）／＼ ／
其中，“ ）、“ （ ）、 ）、 Ｏ）分别为ｄ－ｑ轴系的电压和 电流，Ｌ，ｔ，Ｌ。分别为ｄ－ｑ轴系的电感，Ｒ、 分别为绕组
电阻和转子转速，Ｐ为微分算子。
假设电机的参数不随温度变化，忽略磁滞、涡流
损耗．转子无阻尼绕组．那么定子磁链方程可表示为：
＝睾 （￣ｌｄｉｑ一 其中，ｎ。为极对数。
运动方程为：
一 柏 ， （４）
其中， 为负载转矩，Ｉ，为电机转动惯量，Ｂ为阻
尼系数
序号名称公式单位一额定数据
1额定功率PNkw
2相数m1
3额定线电压UN1V
额定相电压UNV
4额定频率ƒHz
5极对数p
6额定效率η1N%
7额定功率因数cosυ1N
8额定相电流I NA
9额定转速n Nr/min10额定转矩T NN.m
11绝缘等级B级
12绕组形式双层
二主要尺寸
13铁芯材料50W470硅钢片
14转子磁路结构形式
15气隙长度δcm
16定子外径D1cm
17定子内径Di1cm异步启动永磁同步电动机电磁计算程序
以下公式中π取值为3.1418转子外径D2cm
19转子内径Di2cm
20定、转子铁心长度l1=l2cm21铁心计算长度la=l1cm
铁心有效长度leffcm
铁心叠压系数Kfe
净铁心长lFecm
22定子槽数Q1
23定子每级槽数Qp1
24极距τp
25定子槽形
梨形槽bs0cmhs0cmbs1cmhs1cmhs2cmrcm
26每槽导体数Ns1
27并联支路数a1
28每相绕组串联导体数NΦ1
29绕组线规N11S11mm2
30槽满率根据N11S11=1.54mm2,线径取d1/d1i=1.4mm/1.46mm,并绕根数N1（1）槽面积sscm2
槽楔厚度hcm
(2)槽绝缘占面积sicm2h1scm
绝缘厚度Cicm
（3）槽有效面积secm2
(4)槽满率sf%N1三永磁体计算
31永磁材料类型铷铁棚
32永磁体结构矩形
33极弧系数ap
34主要计算弧长b1pcm
35主要极弧系数a1p
36永磁体Br温度系数aBr
永磁体剩余磁通密度Br20T
温度t℃
t=80℃时剩余磁通密度BrT
37永磁体矫顽力Hc20KA/m永磁体Hc温度系数aHc
t=80℃时矫顽力HcKA/m
38永磁体相对回复磁导率uru0H/m39最高工作温度下退磁曲线的拐点bk
40永磁体宽度bmcm
41永磁体磁化方向厚度hMcm
42永磁体轴向长度lMcm43提供每级磁通的截面积SMcm2
四磁路计算
44定子齿距t1cm
45定子斜槽宽bskcm
46斜槽系数Ksk1
第６卷第２期 ２００２年６月 电 机 与 控 制 学 报 ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＭＡＣＨＩＮＥＳ ＡＮＤ ＣＯＮＴＲＯＬ Ｖｏ１．６ ＮＯ．２ Ｊｕｎｅ，２００２
单相永磁同步电动机脉振转矩的分析和计算
周洁 ， 同淑娟 ，谢卫
（１．南洋理工大学，新加坡；２．陕西省电力公司物质总公司，陕西西安７１００６８；３．西安交通大学，陕西西安７１０Ｏ４９）
摘 要：利用Ｆ．Ｂ．０坐标系统下单相永磁同步电动机异步稳态运行的数学模型，推导出任何转差率 下的电磁转矩表达式。结合状态空间数学模型，对起动过程中的脉振转矩进行了分析和计算。
关键词：单相电动机；永磁电动机；脉振转矩
中图分类号：ＴＭ３４１，ＴＭ３５１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７—４４９Ｘ（２００２）０２—０１０１—０４
Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｕｌｓａｔｉｎｇ ｔｏｒｑｕｅ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ—ｐｈａｓｅ
ｐｅｒｍａｎｅｎｔ—ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ
ＺＨＯＵ Ｊｉｅ ，ＴＯＮＧ Ｓｈｕ－ｊｕａｎ ，ＸＩＥ Ｗｅｉ
（１．Ｎａｎｙａｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｉｎｇａｐｏｒｅ；２．Ｓｈａａｎｘｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｘｉ ａｎ ７１００６８，Ｃｈｉｎａ
３．Ｘｉ’ａｎ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ ａｎ ７１００４９，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｔｏｒｑｕｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｎｇｌｅ－・ｐｈａｓｅ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ－・ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏ－－
ｔｏｒ ｉｓ ｄｅｄｕｃｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｓｔｅａｄｙ－・ｓｔａｔｅ ｍｏｄｅｌ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ Ｆ－・Ｂ－－０ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ
ｓｙｓｔｅｍ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｔａｔｅ—ｓｐａｃｅ ｍｏｄｅｌ，ｔｈｅ ｐｕｌｓａｔｉｎｇ ｔｏｒｑｕｅ ｄｕｒｉｎｇ ｓｔａｒｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｓ
