(完整版)永磁同步電機的原理和結(jié)構(gòu)

1、WORD 文檔可編輯第一章永磁同步電機的原理及結(jié)構(gòu)1.1 永磁同步電機的基本工作原理永磁同步電機的原理如下在電動機的定子繞組中通入三相電流，在通入電流后就會在電動機的定子繞組中形成旋轉(zhuǎn)磁場，由于在轉(zhuǎn)子上安裝了永磁體，永磁體的磁極是固定的，根據(jù)磁極的同性相吸異性相斥的原理，在定子中產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場會帶動轉(zhuǎn)子進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，最終達(dá)到轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度與定子中產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁極的轉(zhuǎn)速相等，所以可以把永磁同步電機的起動過程看成是由異步啟動階段和牽入同步階段組成的。在異步啟動的研究階段中，電動機的轉(zhuǎn)速是從零開始逐漸增大的，造成上訴的主要原因是其在異步轉(zhuǎn)矩、永磁發(fā)電制動轉(zhuǎn)矩、由轉(zhuǎn)子磁路不對稱而引起的磁阻轉(zhuǎn)矩和單軸轉(zhuǎn)矩 等

2、一系列的因素共同作用下而引起的，所以在這個過程中轉(zhuǎn)速是振蕩著上升的。在起動過程中，只有異步轉(zhuǎn)矩是驅(qū)動性 質(zhì)的轉(zhuǎn)矩， 電動機就是以這轉(zhuǎn)矩來得以加速的，其他的轉(zhuǎn)矩大部分以制動性質(zhì)為主。在電動機的速度由零增加到接近定子的磁場旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速時，在永磁體脈振轉(zhuǎn)矩的影響下永磁同步電機的轉(zhuǎn)速有可能會超過同步轉(zhuǎn)速，而出現(xiàn)轉(zhuǎn)速的超調(diào)現(xiàn)象。但經(jīng)過一段時間的轉(zhuǎn)速振蕩后，最終在同步轉(zhuǎn)矩的作用下而被牽入同步。1.2 永磁同步電機的結(jié)構(gòu)永磁同步電機主要是由轉(zhuǎn)子、 端蓋、及定子等各部件組成的。一般來說，永磁同步電機的最大的特點是它的定子結(jié)構(gòu)與普通的感應(yīng)電機的結(jié)構(gòu)非常非常的相似，主要是區(qū)別于轉(zhuǎn)子的獨特的結(jié)構(gòu)與其它電機形成了差別。和

3、常用的異步電機的最大不同則是轉(zhuǎn)子的獨特的結(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)子上放有高質(zhì)量的永磁體磁極。由于在轉(zhuǎn)子上安放永磁體的位置有很多選擇，所以永磁同步電機通常會被分為三大類：內(nèi)嵌式、面貼式以及插入式，如圖 1.1 所示。永磁同步電機的運行性能是最受關(guān)注的，影響其性能的因素有很多，但是最主要的則是永磁同步電機的結(jié)構(gòu)。就面貼式、插入式和嵌入式而言，各種結(jié)構(gòu)都各有其各自的優(yōu)點。技術(shù)資料專業(yè)分享WORD 完美格式圖 1-1面貼式的永磁同步電機在工業(yè)上是應(yīng)用最廣泛的，其最主要的原因是其擁有很多其他形式電機無法比擬的優(yōu)點，例如其制造方便，轉(zhuǎn)動慣性比較小以及結(jié)構(gòu)很簡單等。并且這種類型的永磁同步電機更加容易被設(shè)計師來進(jìn)行對其的優(yōu)

4、化設(shè)計，其中最主要的方法是把氣隙磁鏈的分布結(jié)構(gòu)設(shè)計成近似正弦的分布，將其分布結(jié)構(gòu)改成正弦分布后能夠帶來很多的優(yōu)勢，例如能減小磁場的諧波以及它所帶來的負(fù)面效應(yīng)，應(yīng)用以上的方法能夠很好的改善電機的運行性能。插入式結(jié)構(gòu)的電機之所以能夠跟面貼式的電機相比較有很大的改善是因為它充分的利用了它設(shè)計出的磁鏈的結(jié)構(gòu)有著不對稱性所生成的獨特的磁阻轉(zhuǎn)矩能大大的提高了電機的功率密度，并且在也能很方便的制造出來，所以永磁同步電機的這種結(jié)構(gòu)被比較多的應(yīng)用于在傳動系統(tǒng)中，但是其缺點也是很突出的，例如制作成本和漏磁系數(shù)與面貼式的相比較都要大的多。嵌入式的 永磁同步電機中的永磁體是被安置在轉(zhuǎn)子的內(nèi)部，相比較而言其結(jié)構(gòu)雖然比較

5、復(fù)雜，但卻有幾個很明顯的優(yōu)點是毋庸置疑的，因為有 高氣隙的磁通密度，所 以 很明顯的它跟面貼式的電機相比較就會產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)矩；因為在轉(zhuǎn)子永磁體的安裝方式是選擇嵌入式的，所以永磁體在被去磁后所帶來的一系列的危險的可能性就會很小，因此電機能夠在更高的旋轉(zhuǎn)速度下運行但是并不需要考慮轉(zhuǎn)子中永磁體是否會因為離心力過大而被破壞。專業(yè)知識編輯整理WORD 完美格式為了體現(xiàn)永磁同步電機的優(yōu)越性能，與傳統(tǒng)異步電機來進(jìn)行比較，永磁同步電機特別是最常用的稀土式的永磁同步電機具有結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠性很高；體積非常的小，質(zhì)量特別的輕；損耗也相對較少，效率也比較高；電機的形狀以及大小可以靈活多樣的變化等比較明顯的優(yōu)點。正

6、是因為其擁有這么多的優(yōu)勢所以其應(yīng)用范圍非常的廣泛，幾乎遍及航空航天、國防、工農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)和日常生活等的各個領(lǐng)域。永磁同步電動機與感應(yīng)電動機相比，可以考慮不輸入無功勵磁電流，因此可以非常明顯的提高其功率因素，進(jìn)而減少了定子上的電流以及定子上電阻的損耗，而且在穩(wěn)定運行的時候沒有轉(zhuǎn)子電阻上的損耗，進(jìn)而可以因總損耗的降低而減小風(fēng)扇（小容量的電機甚至可以不用風(fēng)扇）以及相應(yīng)的風(fēng)磨損耗，從而與同規(guī)格的感應(yīng)電動機相比較其效率可以提高 2-8 個百分點。1.3 永磁同步電機的數(shù)學(xué)特性先對永磁同步電機的轉(zhuǎn)速進(jìn)行研究，在分析定子和轉(zhuǎn)子的磁動勢間的轉(zhuǎn)速關(guān)系時，假定轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為n r / min, 所以轉(zhuǎn)子的磁動勢pn相

7、應(yīng)的轉(zhuǎn)速也為n r/min ，所以定子的電流相應(yīng)的頻率是f=,60因為定子旋轉(zhuǎn)的磁動勢的旋轉(zhuǎn)速度是由定子上的電流產(chǎn)生的，所以應(yīng)為60 f60 pnn1npp 60(1.1)可以看出轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度是與定子的磁動勢的轉(zhuǎn)速相等的。對于永磁同步電機的電壓特性研究， 可以利用電動機的慣例來直接寫出它的電動勢平衡方程式專業(yè)知識編輯整理WORD 完美格式?UE0j I d xdj I q xq（ 1.2 ）對于永磁同步電機的功率而言，同樣根據(jù)發(fā)電機的慣例能夠得到永磁同步電機的電磁功率為PMUE0U 211msin mxqsin2xd2xd（ 1.3 ）對于永磁同步電機的轉(zhuǎn)矩而言，在恒定的轉(zhuǎn)速 1下 ，轉(zhuǎn)矩和

8、功率是成正比的，所以可以得到以下公式PMmUE2110sinmUT1xd2 1xqsin21xd（ 1.4 ）專業(yè)知識編輯整理WORD 完美格式第二章永磁同步電機物理模型開環(huán)仿真2.1 永磁同步電機模塊及仿真下面對永磁同步電機物理模型的開環(huán)進(jìn)行仿真，在仿真之前先介紹各個單元模塊，以便于對模型進(jìn)行更好的仿真。物理單元模塊逆變器單元，逆變是和整流相對應(yīng)的，它的主要功能是把直流電轉(zhuǎn)變成交流電。逆變可以被分為兩類，包括有源逆變以及無源逆變。其中有源逆變的定義為當(dāng)交流側(cè)連接電網(wǎng)時，稱之為有源逆變；當(dāng)負(fù)載直接與交流側(cè)相連時，稱之為無源逆變。以圖 2-1 的單相橋式逆變電路的例子來說明逆變器的工作原理。專業(yè)

9、知識編輯整理WORD 完美格式S1ioS3負(fù)載UdUoS2S4圖 2-1 逆變電路圖2-1中S1-S4為橋式電路的4個臂，它們是由電力電子器件及其輔助電路組成的。當(dāng)開關(guān)S1、 S4 閉合， S2、 S3斷開時，負(fù)載電壓 u0 為正；當(dāng) S1、S4 斷開， S2、S3 閉合時， u0 為負(fù)，其波形如圖 2-2 所示。Uoiot1 t2t圖 2-2 逆變電路波形專業(yè)知識編輯整理WORD 完美格式通過這個方法，就可以把直流電轉(zhuǎn)變成交流電，只要改變兩組開關(guān)相應(yīng)的切換頻率，就可以改變交流電的輸出頻率。這就是逆變器的工作原理。當(dāng)負(fù)載是電阻時，負(fù)載電流 i 0 和電壓 u 0 的波形是相同的，相位也相同。當(dāng)

10、負(fù)載是阻感時， i 0 的基波相位滯后于 u0 的基波，兩者波形的形狀也不同，圖 2-2 給出的是阻感負(fù)載時的 i 0 的波形。設(shè) t 1 時刻斷開 S1、S4，同時合上 S2、S3，則 u 0 的極性立刻變?yōu)樨?fù)的。但是，正是因為負(fù)載中存在著電感，其中的電流極性仍將維持原來的方向而不能立刻改變。這時負(fù)載電流會從直流電源負(fù)極而流出，經(jīng)過 S2、負(fù)載和 S3 再流回正極，負(fù)載電感中儲存的能量會向直流電源發(fā)出反饋信號，負(fù)載電流要逐漸減小，到 t 2 時刻降到零， 之后 i 0 才開始并反向增大。 S2、S3 斷開，S1、 S4 閉合時的情況類似。上面是 S1-S4 均為理想開關(guān)時的分析，實際電路的工

11、作過程要比這更復(fù)雜一些。逆變電路根據(jù)直流側(cè)電源性質(zhì)的不同可以被分為兩種：直流側(cè)為電壓源的稱為電壓型逆變電路；直流側(cè)為電流源的稱為電流型逆變電路。它們也分別被稱為電壓源逆變電路和電流源逆變電路。三相電壓型逆變電路是由三個單相逆變電路而組成的。在三相逆變電路中三相橋式逆變電路應(yīng)用的最為廣泛。如圖2-3所示的三相電壓型橋式逆變電路是采用 IGBT 作為開關(guān)器件的， 因此可以很明顯的看出它是由三個半橋逆變電路組成的。專業(yè)知識編輯整理WORD 完美格式V1V3V5U dVD1VD3VD52UNVNWU d2VD4VD6VD2V4V6V2圖 2-3 三相電壓型橋式逆變電路如圖 2-3 所示的電路的直流側(cè)一

12、般只用一個電容器就可以了，但是為了方便分析，畫出了串聯(lián)的兩個電容器并且標(biāo)出假想的中點N，。單相半橋和全橋逆變電路是具有很多相似點的，三相電壓型橋式逆變電路也是以 180 度的導(dǎo)電方式作為其基本的工作方式，同一半橋上下兩個臂交替著導(dǎo)電，每相之間開始導(dǎo)電的角度以120 度相錯開。這樣在任何時候， 將會有三個橋臂同時導(dǎo)通。 也可能是上面一個下面兩個，也可能是上面兩個下面一個同時導(dǎo)通。它之所以被稱為縱向換流是因為每次換流都是在同一相上的兩個橋臂之間互換進(jìn)行。逆變器的參數(shù)設(shè)置如圖2-4 所示專業(yè)知識編輯整理WORD 完美格式圖 2-4 逆變器模塊參數(shù)設(shè)置六路脈沖觸發(fā)器模塊，如圖 2-5 所示專業(yè)知識編輯

13、整理WORD 完美格式圖 2-5 六路脈沖觸發(fā)器模塊同步六路脈沖發(fā)生器模塊可用于很多領(lǐng)域。 六路脈沖觸發(fā)器的主要部分 是六個晶閘管。 該模塊的輸出是一個六脈沖單獨同步的六晶閘管電壓矢量。下面的圖表顯示了一個0 度的角的六路脈沖。如圖2-6 所示專業(yè)知識編輯整理WORD 完美格式圖 2-6 六路脈沖觸發(fā)器輸出的脈沖aipha_deg輸入一個 發(fā)射信號，以度的形式。該輸入可以連接到一個恒定的模塊或者它可以連接到控制系統(tǒng)來控制發(fā)電機的脈沖AB 、 BC、CA為輸入的ABC三相的線電壓Freq頻率的輸入端口， 這種輸入應(yīng)該連接到包含在赫茲的基本頻率，恒定的模塊。Block六路脈沖觸發(fā)器的參數(shù)設(shè)置如圖2

14、-7 所示專業(yè)知識編輯整理WORD 完美格式圖 2-7 六路脈沖觸發(fā)器參數(shù)設(shè)置永磁同步電機模型仿真結(jié)果專業(yè)知識編輯整理WORD 完美格式圖 2-8 整體開環(huán)仿真框圖本文在基于 Matlab 下建立了永磁同步電機的開環(huán)電機模型的仿真。PMSM的參數(shù)設(shè)定為：電機的額定電壓為 220V，額定電流為3A，額定機械轉(zhuǎn)速為 3000 rpm, 極對數(shù)為 2，電磁輸出功率為 900W, 定子阻抗為 4.3 ，直軸感抗為 0.027H, 交軸感抗為 0.067H ，漏磁通 f 為 0.272wb ，轉(zhuǎn)動慣量 J 為 0.00179kgm2, 粘滯摩擦系數(shù)B為 0。得到的仿真結(jié)果圖如圖2-9 所示專業(yè)知識編輯整

15、理WORD 完美格式4003503002502001501005000.511.522.533.544.550圖 2-9 電機轉(zhuǎn)速曲線從圖中的曲線可以看出，電機轉(zhuǎn)速給定值為 3000N（ pm），從電機起動開始，速度逐漸上升，達(dá)到給定值需要的時間比較長，換句話說就是電機的響應(yīng)時間較長，而且在達(dá)到穩(wěn)定值附近時的轉(zhuǎn)速波動也比較大，可能是因為永磁同步電機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，也可能是跟電機沒有任何控制有關(guān)，希望在搭建了速度轉(zhuǎn)矩雙閉環(huán)控制后的轉(zhuǎn)速的響應(yīng)時間能縮短，達(dá)到給定值附近時的上下波動能減小轉(zhuǎn)矩的結(jié)果如圖2-10 所示<Electromagnetic torque Te (N*m)>20d

16、ata1100-10-200.511.522.533.544.550專業(yè)知識編輯整理WORD 完美格式圖 2-10 永磁同步電機轉(zhuǎn)矩曲線從圖中可以看出，在永磁同步電機起動后轉(zhuǎn)矩的值在零的附近波動，波動范圍還是比較大，產(chǎn)生波動的主要原因還是電機復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以及在沒有任何控制的情況下才出現(xiàn)的，希望在搭建成速度轉(zhuǎn)矩雙閉環(huán)控制下可以使其波動的范圍減小，無限的接近于零。電流的仿真結(jié)果如圖2-11 所示<Stator current is_a (A)>150100500-50-100-1500.511.522.533.544.550圖 2-11 永磁同步電機電流曲線對于永磁同步電機開環(huán)物理

17、模型仿真的電流，電流在電機開始運行時電流會在短時間內(nèi)上升并振蕩，但很快就接近與零值并且在零值附近波動。專業(yè)知識編輯整理WORD 完美格式第三章永磁同步電機雙閉環(huán)仿真3.1 永磁同步電機雙閉環(huán)仿真模型在 MATLAB下的 SIMULINK環(huán)境中，利用其中的各種模塊，建立了永磁同步電機雙閉環(huán)控制系統(tǒng)仿真模型。該系統(tǒng)是由PI 控制器構(gòu)成的速度環(huán)和滯環(huán)電流控制器建立的電流環(huán)共同控制的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。通過給定轉(zhuǎn)速與實際轉(zhuǎn)速的比較產(chǎn)生的誤差，將產(chǎn)生的誤差信號送入PI 控制器，再由PI 控制器送達(dá)轉(zhuǎn)速控制模塊。并通過坐標(biāo)變換產(chǎn)生的參考電流，與PMSM輸出的實際電流相比較，再通過橋路逆變器產(chǎn)生輸入PMSM的三

18、相電壓，經(jīng)過坐標(biāo)變換后直接輸入到PMSM本體控制其運行。最終達(dá)到在利用雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制下能夠?qū)崿F(xiàn)實際轉(zhuǎn)速與期望轉(zhuǎn)速相一致的目的。根據(jù)模塊化的思想，我們可以將系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)劃分為以下幾個主要部分：PMSM 電機本體模塊， 轉(zhuǎn)速控制模塊， 轉(zhuǎn)矩控制模塊， 坐標(biāo)變換模塊， 電流控制模塊，電壓逆變模塊 。本體模塊在整個仿真過程中，電機本體模塊是其中最重要的模塊之一。根據(jù)公式可得到永磁同步電機的機械轉(zhuǎn)速以及電子轉(zhuǎn)速公式：T e T LBmd tmJ專業(yè)知識編輯整理WORD 完美格式(3.1)而Prm（P 為極對數(shù)）2(3.2)則可以建立如下的電機本體模塊，如圖3-2 所示：1Vd1id1wrLd.s

19、+Rsin _1out _1LqSumTransfer FcnLqProduct2Vq1iq2in _2Lq.s+RsSum 1out _2Transfer Fcn 1Product 1LdLdYfSum 2YfTeLqLq-K-K-3Ld -LqSum 3Product 21.5*p1out _3YfYf1TLp1/J1/swr43Sum 4Integratorout _4in _3p1/JSwitch1/spos.50Integratorout _5wr=0 if wr <06Ydout _6Yq7out _7圖 3-1 PMSM電機本體模塊轉(zhuǎn)速控制模塊專業(yè)知識編輯整理WORD 完美

20、格式轉(zhuǎn)速控制模塊是由比例積分控制器根據(jù)比例積分控制原理建立的，如圖3-3 所示的比例積分PI 控制模塊。在本體模塊中取的比例積分為0.5 ，積分增益為0.01 ，定子電流輸出的限幅為 -5,5。圖 3-2 PI 控制模塊轉(zhuǎn)矩控制模塊本次仿真是以常量轉(zhuǎn)矩控制為轉(zhuǎn)速控制的方式，即當(dāng)實際轉(zhuǎn)速小于額定的轉(zhuǎn)速時，取交軸期望電流i q 與提供的定子電流I s 相等，而直軸的期望電流id 大小為0，角 =90 。則Te3Pf i q22(3.3)由此可以看出轉(zhuǎn)矩與電機交軸電流之間存在一定的線性關(guān)系。在仿真過程中是由程序?qū)崿F(xiàn)的，轉(zhuǎn)矩控制模塊也是根據(jù)以上的原理建立的。坐標(biāo)變換模塊在仿真中，主要有4 個坐標(biāo)變換的

21、模塊：兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系向兩相靜止坐標(biāo)系變換（d q 到），兩相靜止的坐標(biāo)系向三相坐標(biāo)是變換（到 abc ），以及三相坐標(biāo)系向兩相靜止坐標(biāo)系變換（abc 到），兩相靜止坐標(biāo)系向兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換（到 d q）, 同類變換的電壓和電流變換式相同。專業(yè)知識編輯整理WORD 完美格式相應(yīng)的坐標(biāo)變換公式如下所示：兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系向靜止坐標(biāo)系變換：ii d cosi q sin(3.4)ii d sini q cos（ 3.5 ）兩相靜止坐標(biāo)系向三相坐標(biāo)系變換：i ai 0i(3.6)ib i01 i3i2(3.7)i ci 01i3i2專業(yè)知識編輯整理WORD 完美格式（ 3.8 ）相應(yīng)的反變換為：i2i a

22、1i b ic32(3.9)iibic3（ 3.10 ）i dicosisin(3.11)i qisinicos（ 3.12 ）根據(jù)坐標(biāo)變化公式（）可以建立如圖3-3 、圖 3-4 、圖 3-5 、圖 3-6 的坐標(biāo)變換模塊。專業(yè)知識編輯整理WORD 完美格式1in _1cos(u)Fcnsin(u)Fcn12in _2Product13Sumout_1in _3Product1Product22out_2Sum 1Product3圖 3 - 3 dq到坐標(biāo)變換1out _11-K-2in _1Gainout _2Sum 12-K-3in _2Gain 1Sum 2out _3圖 34 到 a

23、bc 坐標(biāo)變換專業(yè)知識編輯整理WORD 完美格式1in _12in _23in _31in _12in _23in _31Sumout _1-K -GainSum2-K-2Sum1Gain1out _2圖 3 5abc 到 坐標(biāo)變換cos(u)Fcnsin(u)Fcn1Product1Sumout_1Product12Product2Sum1out_2Product3圖 36 到 d q 坐標(biāo)變換電流控制模塊對于電流控制方式而言，采用的是滯環(huán)控制。首先確定一個期望值，根據(jù)滯環(huán)的帶快要在期望值的兩側(cè)來確定一個范圍，專業(yè)知識編輯整理WORD 完美格式當(dāng)實際輸出電流達(dá)到滯環(huán)寬度以上的時候，就會輸出高

24、值信號，從而達(dá)到對輸出電流調(diào)節(jié)的目的。滯環(huán)控制器的模塊是根據(jù)滯環(huán)控制原理搭建的，如圖3-7所示。在圖 3-7 中首先將實際電流與期望電流進(jìn)行比較后產(chǎn)生誤差，再經(jīng)過滯環(huán)控制器后產(chǎn)生三相電壓信號。然后經(jīng)過數(shù)據(jù)邏輯非運算器器件和類型變換裝置產(chǎn)生IGBT 橋路 6 個 IGBT 管的門極脈沖信號。因同一相上的橋臂的管子觸發(fā)脈沖是相反的，所以只要在原來的三相脈沖信號上加上邏輯非即可構(gòu)成相應(yīng)的6 路脈沖觸發(fā)信號，控制各個IGBT 管的導(dǎo)通以及關(guān)閉。在本次仿真中，滯環(huán)的寬度設(shè)為0.1 當(dāng)期望電流與實際電流的誤差不小于滯環(huán)帶的寬度時，滯環(huán)控制器即開通，輸出值為 1，當(dāng)誤差小于滯環(huán)寬度的負(fù)值時，滯環(huán)控制器即關(guān)斷

25、，輸出為 0。1IabcbooleanSumRelayData Type ConversionNOTLogicalOperatorbooleanSum 1Relay 1 Data Type Conversion11NOTgate signalLogical2Operator1booleanIrefSum 2Relay 2Data Type Conversion2NOTLogicalOperator2圖 3 7滯環(huán)控制器結(jié)構(gòu)電壓逆變器模塊電壓源逆變器如圖3-8 所示，根據(jù)小結(jié)小節(jié)中我們研究的電流控制器，它能夠產(chǎn)生出IGBT 的門極信號，并且通過專業(yè)知識編輯整理WORD 完美格式這個信號來控制每個

26、 IGBT 管的導(dǎo)通以及關(guān)斷。由直流電源產(chǎn)生的三相電流與三相實際電流值同時作用在負(fù)載上，根據(jù)誤差的大小來產(chǎn)生輸入到 PMSM的三相電壓 Vabc，通過這個產(chǎn)生出來的三相電壓來調(diào)節(jié) PMSM的實際轉(zhuǎn)速也能同時調(diào)節(jié)交直軸的電流，最終達(dá)到實際值與期望值相等的目的。這個逆變橋的IGBT 管是選用的IRGIB10B60KD1。為了得到相對更好的電流波形，要在IGBT 橋路三相電流輸出端加上一個濾波器，右邊的負(fù)載電阻全取為 1，直流電壓為20V，左下角獨立的部分是IGBT 橋路中流經(jīng) IGBT 管的電流以及電壓的測量裝置，可通過它得到流經(jīng)每個 IGBT 管的電壓和電流， 要想得到 IGBT 管上的損耗功率

27、只需將同一個 IGBT 管的電壓電流和電壓相乘即可，要想得到在一段時間內(nèi)單個 IGBT 管上的消耗功率的總和，可以在功率輸出端放上一個積分器輸出值即可得到。Scope1Scope23+vIs-1s+VM6-i -IabcCCS+CM4R1PWMR4IGBT Inverter1gate signal+vDCiIabc out-2+g-sVM4+CM1AAAspeed 1-BBB+iIabc 1R2CCS1-CCM2CCR5LC Filter+i-CM3+v4s-+VM5-MultimeterR3CCS2Scope 3Product1R6Vabc2圖 3 8電壓逆變器結(jié)構(gòu)專業(yè)知識編輯整理WORD

28、完美格式3.2仿真結(jié)果ContinuoustimeClockTo Workspace3powerguiWrIq*IabcIsId*Iabc outYdScope 1gate signalIabcTe*alfa300IsControliq *IrefReferenceSumeProductdq ->alfa -betaalfa -betaVabcspeedTe*teta ,id ,iqtoHysteresis Current Controlrad /sabcPISwitchIrefgate signal1gate signalIsSum 1Constant-1IabcConstant1dq

29、 ->alfa -betaalfa -betacurrent control and inverterteta ,id ,iqtoisa1WrabcPwm Current ControlTo WorkspaceTLScope 2Te*Control1idiqTorqueScopePM-SMTo Workspace1356abcalfa -beta->dqcos(u(1)-K-earatedSum 2toteta ,ialfa,ibetaFcnTo Workspace4alfa -betaProduct1Gainspeed3PM-SMmotor model1speedLoad Tor

30、queSwitch1To Workspace2Gain 160Sample and holdSampling block圖 3-9整體仿真框圖本文基于 MATLAB中的 SIMULINK 建立出了永磁同步電機的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的電機模型，這是一種新的電壓變換結(jié)構(gòu)及電流控制方法，以此方法為基礎(chǔ)對此雙閉環(huán)模型進(jìn)行了實際的仿真。 PMSM的參數(shù)設(shè)定如下：電機的額定電壓為 220V，額定電流為 3A，額定機械轉(zhuǎn)速為 1700rpm，極對數(shù)為 2，電磁輸出功率為 900W，定子阻抗 4.3 ，直軸感抗為 0.027H ，交軸感抗 0.067H 。漏磁通f 為 0.272wb ，轉(zhuǎn)動慣量J 為 0.0017

31、9kg m2 , 粘滯摩擦系專業(yè)知識編輯整理WORD 完美格式數(shù)B為0.本次仿真就是為了驗證所設(shè)計的 PMSM雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的仿真模型的靜、動態(tài)性能是否得到改善，是否達(dá)到預(yù)想的結(jié)果以及系統(tǒng)空載啟動的性能是否良好它的優(yōu)越性能否體現(xiàn)出來，系統(tǒng)先是在空載情況下啟動，在t=0.4s時突加負(fù)載2Nm，可以得到系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、直軸交軸電流以及A 相電流的仿真曲線。給定參考轉(zhuǎn)速為200rad/s ，滯環(huán)寬度取為0.1 。40030020010000.10.20.30.40.50.60.70.80.910圖 3-10永磁同步電機雙閉環(huán)控制轉(zhuǎn)速專業(yè)知識編輯整理WORD 完美格式1510500.20.30.40.

32、50.60.70.80.91圖 3.11永磁同步電機雙閉環(huán)控制轉(zhuǎn)矩2000150010005000-500-1000-1500-20000.30.40.50.60.70.80.910.2圖 3.12永磁同步電機雙閉環(huán)i q 電流曲線專業(yè)知識編輯整理WORD 完美格式2000150010005000-500-1000-1500-20000.30.40.50.60.70.80.910.2圖 3.13永磁同步電機雙閉環(huán)i d 電流曲線2000150010005000-500-1000-1500-20000.30.40.50.60.70.80.910.2圖 3.14永磁同步電機雙閉環(huán)i 電流曲線通過上

33、面的仿真圖可以很明顯的看出：在給定的參考轉(zhuǎn)速不變的情況下，系統(tǒng)從接收到信號到能夠響應(yīng)需要的時間很短并且上下的波動不是很大總體來看還是很平穩(wěn)的，在起動階段系統(tǒng)是保持轉(zhuǎn)速恒定的，并且在空載穩(wěn)定速度下運行時，不考慮專業(yè)知識編輯整理WORD 完美格式系統(tǒng)的摩擦轉(zhuǎn)矩，因此此時的電磁轉(zhuǎn)矩的平均值為零，交軸和直軸電流以及相電流的平均值也接近為零。在突然加上負(fù)載后，轉(zhuǎn)速發(fā)生了突然的下降，但是又能比較快的恢復(fù)到穩(wěn)定的狀態(tài)，穩(wěn)態(tài)運行時轉(zhuǎn)速沒有靜差，但突然加上負(fù)載后，電磁轉(zhuǎn)矩就會略有增大，這是由于開關(guān)的頻繁切換所造成的。穩(wěn)態(tài)時，電磁轉(zhuǎn)矩等于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，直軸電流的平均值為零，交軸電流均值增大，相電流為正弦波形，這很符合永磁同步電機的特性。仿真結(jié)果表明電機的動靜態(tài)性能比較好，得到仿真之前預(yù)期的目的，說明建模仿真的方法是比較理想的，是正確的。第四章永磁同步電機開環(huán)和雙閉環(huán)仿真比較通過第二章的研究和分析，可以看出永磁同步電機在開環(huán)的運行形式下，得到的轉(zhuǎn)矩、電流、轉(zhuǎn)速的波形跟我們想要的效果有很大的差距，其中會出現(xiàn)從起動開始，達(dá)到穩(wěn)定的時間比較長，而且到達(dá)穩(wěn)定時的效果也比較差，波形很