永磁同步电机的控制策略

永磁同步电机的控制

策略

杨影

上海大学自动化系

2011国际电源技术

创新论坛

0、引言

1、梯形波永磁同步电动机的变频调速系统

2、正弦波永磁同步电机的矢量控制

3、正弦波永磁同步电机的直接转矩控制

4、小结

0 引言

A、永磁同步电机的结构

B、永磁同步电机的几个显著优点z结构简单，运行可靠；

z体积小，重量轻；

z功率因数高，损耗少，效率高；

C 永磁同步电机的分类与性能对比

根据转子磁场的空间分布梯形波永磁同步

电动机（BLDCM）正弦波永磁同步

电动机（PMSM）

电机名称

比较项目

PMSM BLDCM 功率密度低较PMSM高50%力矩惯量化低较PMSM高50%

调速范围大小

单位电流产生的力矩小大力矩脉动小大

1.梯形波永磁同步电机的控制

A. 梯形波永磁同步电动机的等效电路及逆变器主电路原理图

B. 梯形波永磁同步电机反电动势、相电流和霍尔信号波形

C.梯形波永磁同步电动机调速系统

z ASR和ACR

均为带有积分

和输出限幅的

PI调节器，调

节器可参照直

流调速系统的

方法设计。

PWM逆变器输出电压

梯形波永磁同步电动机的

转矩脉动

D.梯形波永磁同步电机的动态结构图

E.梯形波永磁同步电机的无位置传感器控制

•基于反电势的位置检测方案

9基于反电动势过零点的转子位置检测

9续流二极管法

9基于反电动势积分的转子位置检测

9基于反电动势三次谐波的转子位置检测

9状态观测器法

9基于磁链函数的转子位置检测方法

a e

b e c

e •

a

i b

i c

i aR i bR i cR

i 1

S 4

S 4

VD 1

VD 3

S 6

S 6

VD VD 35

S

5

VD 2

S 2

VD dc

V 具有Y 型电阻网的永磁无刷直流电机

原理图

反电动势、反电动势三次谐波分量与磁链三次谐波分量相位关系

理想的磁链函数波形与换相脉冲信号

3 永磁同步电机的矢量控制

•dq坐标系下的数学模型

•矢量控制原理

•矢量控制方法

[()]

e p md

f sq s sd

sd s sd sq sq

sq s sq sd

sd sd sd md f sq sq sq

f md sd f f

d sq sd sq d u R i dt d u R i dt

L i L i T n L i i L L i L i L i L i i ψ=+−ωψψ=++ωψψ=+ψ==+−ψ=+d q

A

f

→

ψ→

s

ψ→

s

I d

i q

i ϕ

θ

β

q q i L d

d i L 永磁同步电动机空间矢量图

A 、dq 坐标系下的数学模型

B 、永磁同步电动机矢量控制的基本原理当永磁体的励磁磁链和交直轴电感确定后，控制和可以控制电动机的转矩。

一定的转速和转矩对应于一定和，通过电流闭环控制，使实际电流跟踪给定值实现电动机转矩和转速的控制。

d i q i *

d i *q i

C 永磁同步电动机电流矢量的控制方法

•控制

•最大转矩/电流控制•弱磁控制

0d i =

•常用于表面凸出式永磁同步电机（控制就是最大转矩/电流控制）

•电动机可达到的最高电压越大，输出转矩越小，则最高转速越高。

d q

A

f

→

ψ→

s

ψ→

s

I d

i q

i ϕ

θ

β

q q i L d d i L 永磁同步电动机空间矢量图

0d i =[()]

e p md

f sq sd sq sd sq T n L i i L L i i =+−0d i =控制

的永磁同步电动机矢量控制系统简图

d i =

B 、最大转矩/电流控制

•凸极永磁同步电动机的恒转矩轨迹•电动机最大转矩运行时的转折速度

d

i q

i 1

A 1

ω2ω3ωd

i q

i O

<<

Shanghai university
最大转矩/电流控制系统简图

Shanghai university
C、弱磁控制
• 永磁无刷电机弱磁调速控制原理
u = ω ( ρLd iq ) + ( Ld id + ϕ f )
2 2
iq
Tm1
A
C
Tm 2
B
ω1 < ω 2
id