永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制理論體系

1、永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)學(xué)生：萬東靈班級(jí)：研1664學(xué)號(hào)：166001010405主要內(nèi)容主要內(nèi)容2 1、永磁同步電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制的發(fā)展過程2、正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)理論建立3、4、5、6、永磁同步電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制的發(fā)展過程永磁同步電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制的發(fā)展過程3 在上個(gè)世紀(jì)70年代,電機(jī)調(diào)速技術(shù)出現(xiàn)了一個(gè)質(zhì)的躍變,那就是出現(xiàn)了矢量控制技術(shù),這個(gè)技術(shù)的出現(xiàn)意味著直流電機(jī)稱霸天下局面的結(jié)束,因?yàn)榻涣麟姍C(jī)調(diào)速已經(jīng)可能完全達(dá)到直流電機(jī)那樣好的調(diào)速性能. 矢量控制技術(shù)的出現(xiàn)打破了原本已經(jīng)思想僵化的調(diào)速領(lǐng)域,在這之后出現(xiàn)許多的調(diào)速方案,這些方案基本上都是在模仿矢量控制解耦的思路.這些

2、方案中有一個(gè)方案得到了人們的注意. 這個(gè)方案就是在1985年前后推出的直接轉(zhuǎn)矩控制方案,這個(gè)技術(shù)是由德國魯爾大學(xué)Depenbrock教授和日本I.Takahashi教授在1986年前后分別提出的。可這兩個(gè)方案（DSC和DTC）都是針對異步電動(dòng)機(jī)提出的，然而它并不能廣泛的應(yīng)用于除異步電動(dòng)機(jī)之外的電機(jī)。 就在直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)在異步電動(dòng)機(jī)上應(yīng)用成功后，人們自然而然的想把它應(yīng)用到永磁同步電機(jī)上。然而，事情并沒有人們想象的那樣的一帆風(fēng)順，無數(shù)人在上面傾注了十年的時(shí)間卻并沒有取得成功。雖然在這十年的時(shí)間里也有聲稱解決了正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的問題，但經(jīng)過考證之后便會(huì)發(fā)現(xiàn)這并不是真正的直接轉(zhuǎn)矩

3、控制技術(shù)，因?yàn)檫@兩篇論文在學(xué)矢量控制控制電流來間接的控制直接電磁轉(zhuǎn)矩,而不是在用空間電壓矢量去直接控制電磁轉(zhuǎn)矩.4 直到1996年在澳大利亞新南威爾士大學(xué)和中國南京航空航天大學(xué)的研究小組共同努力下，他們在正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)中找到一個(gè)“負(fù)載角”這個(gè)物理量替代了異步電動(dòng)機(jī)中轉(zhuǎn)差，模仿異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制，將定子磁鏈控制成恒定值，這才真正實(shí)現(xiàn)正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制。 在1996年時(shí)的研究認(rèn)為的永磁同步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制不能夠采用零矢量，只能采用六個(gè)非零電壓矢量，這個(gè)觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的。到2002年的時(shí)候在國際會(huì)議上已經(jīng)校正了這個(gè)錯(cuò)誤。 接下來將主要對正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)理論做

4、個(gè)介紹。 永磁同步電動(dòng)機(jī)坐標(biāo)系正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)理論正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)理論建立 5 想要建立正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制理論首先需要明白的是什么樣的控制才能叫直接轉(zhuǎn)矩控制。只有能使電磁轉(zhuǎn)矩變化最快的控制方案才能叫直接轉(zhuǎn)矩控制。此外還需要做到以下的幾項(xiàng)工作才能真正建立正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)DTC控制理論: 1)找到一個(gè)和電磁轉(zhuǎn)矩密切相關(guān)的物理量并且這個(gè)物理量能像異步電動(dòng)機(jī)中轉(zhuǎn)差一樣控制電磁轉(zhuǎn)矩. 2)推導(dǎo)出以尋找物理量為變量的正弦波永磁同步電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩 的微分表達(dá)式,要找到這個(gè)物理量影響電磁轉(zhuǎn)矩變化的規(guī)律,以便找到使 變化最快的控制策略. 3)要找到用空間電

5、壓矢量直接去快速控制該物理量的方法. 現(xiàn)在我們已經(jīng)知道影響電磁轉(zhuǎn)矩變化最快的物理量就是負(fù)載角,這個(gè)負(fù)載角就是定子磁鏈與轉(zhuǎn)子磁鏈的夾角. eTeTeT正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)與負(fù)載角的關(guān)系正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)與負(fù)載角的關(guān)系 fsddsdiL22sqsdssqqsqiLsqrsdsdsdsddtdiRusdrsqsdsqsqdtdiRu以下是正弦波永磁同步電機(jī)在轉(zhuǎn)子dq坐標(biāo)系下，電機(jī)的磁鏈、電壓、轉(zhuǎn)矩的表達(dá)式為7 22sqsduuus)(23sdsqsqsdeiipT)(tan)/(tan11fddqqsdsqiLiL由永磁同步電動(dòng)機(jī)坐標(biāo)系圖可知，負(fù)載角的表達(dá)式8 d-q坐標(biāo)系中的物理量通過旋轉(zhuǎn)變換到

6、x,y坐標(biāo)系，在x,y坐標(biāo)系下的定子磁鏈 sincoscossincossincossincossincossinsincos2222fyxqdqdqdqdyxiiLLLLLLLL2sin)(2cos)()(sin2qdqdqdfxLLLLLLi2sin)(sin221qdsqfqdyLLLLLi因?yàn)槎ㄗ哟沛準(zhǔn)前凑誼軸定向，有0sy可以推出X，Y坐標(biāo)系下定子電流 由永磁同步電機(jī)坐標(biāo)系圖可得出負(fù)載角和定子磁鏈的表達(dá)式ssqsinssdcos由以上關(guān)系式可推導(dǎo)出電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩表達(dá)式 從上面這個(gè)式子中可看出可控變量只有負(fù)載角和定子磁鏈s兩個(gè),并且這兩個(gè)變量都可以用空間電壓矢量來改變. 上面的電磁轉(zhuǎn)矩公式

7、是凸極式 永磁同步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩,它的Ld Lq .而隱極式永磁同步電動(dòng)機(jī)可看成正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)的一種特殊情況,此時(shí)Ld = Lq = Ls ,將它帶入上面的電磁轉(zhuǎn)矩公式,得隱極式 永磁同步電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩 2sin)(sin243qdsqfsqdeLLLLLpT)sin(23sin230tLpLpTsffssfsse10 由隱極式永磁同步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式可知，當(dāng)定子磁鏈保持恒定時(shí)負(fù)載角從0900變化時(shí)電磁電磁轉(zhuǎn)矩隨著負(fù)載角的增大而增大 ，且負(fù)載角為900電磁轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大。 正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的微分與負(fù)載角的關(guān)系正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的微分與負(fù)載角的關(guān)系 為了找到使電磁變

8、化最快的控制策略，就必須推導(dǎo)出以負(fù)載角為變量的正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的微分表達(dá)式。在微分前將定子磁鏈幅值控制成常數(shù)，這個(gè)是模仿異步電動(dòng)機(jī)的。 1）隱極式永磁同步電機(jī) 當(dāng)定子磁鏈幅值恒定時(shí)對隱極式電磁轉(zhuǎn)矩公式兩邊求導(dǎo)，在t=0時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩增長率 cos230sffssteLpdtdT 從上式可以看出，想要使電磁轉(zhuǎn)矩變化速度最快，就必須在硬件和外界允許的下使變化最快，這是正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的重要法則。11 2)凸極式永磁同步電動(dòng)機(jī)凸極式永磁同步電動(dòng)機(jī) 由于正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁鏈幅值恒定，當(dāng)定子磁鏈幅值被控制恒定后，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩僅與負(fù)載角有關(guān)，對凸極式永磁同步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩公式兩邊求導(dǎo)可得2cos)(2cos243qdssfqfsqdeLLLLLpdtdTsfsfsqdLLp2cos)11(cos23 上式表明，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩變化負(fù)載角速度有關(guān)，還受電動(dòng)機(jī)凸極式永磁同步電動(dòng)機(jī)的凸極系數(shù)的影