器漆交滋大學(xué)頸士褥灸生學(xué)位論文繁ll 頁 a b s t r a c t p e r m a n e n tm a g n e t s y n c h r o n o u sm o t o r ( p m s m ) h a sm a n y e x c e l l e n t p e r f o r m a n c e s ，s u c h a ss m a l lv o l u m ea n d h i g he f f i c i e n c y p e o p l eh a sp a i d m o r e a n dm o r ea t t e n t i o nt oi t s i n c ed i r e c tt o r q u ec o n t r o lo fa s y n c h r o n o u sm o t o r h a sb e e nr e a l i z e d ，d i r e c tt o r q u ec o n t r o li sw e l lk n o w n b y i t ss i m p l es t r u c t u r e a n d q u i c k l yd y n a m i cr e s p o n s e a n dh a sb e e nr a p i d l yd e v e l o p e di nr e c e n ty e a r s i nt h ef i e l do fa c s p e e dr e g u l a t i o nu s i n ga s y n c h r o n o u sm o t o r s ，d t c h a st h e p e r f e c tp e r f o r m a n c e b u ti t i si m m a t u r ei nt h ea p p l i a n c eo fp m s ma n dn e e d f u r t h e rr e s e a r c h b a s e do nt h ea n a l y s i so ft h em e t h o d so fd t ci ne x i s t e n c et h i s t h e s i sg i v e sas c h e m eo fp m s md t ca n d d os o m es i m u l a t i o n sa n de x p e r i m e n t s t h em a i nc o n t e n t so fs t u d ya r ea sf o l l o w s ： a ni n t r o d u c t i o no fs p a c ev e c t o ri sp r e s e n t e df i r s t l y t h em a t h e m a t i c s m o d e lo fp m s mi se s t a b l i s h e da sf o l l o w s t h e n ，t h ee q u a t i o n so fp m s mi nt h e c i r c u m r o t a t ec o o r d i n a t eo fs t a t o ra n dr o t a t o ra r ed e d u c e d b a s e do nt h er u n n i n gc h a r a c t e r i s t i co fa i r - c o n d i t i o n i n gc o m p r e s s o r , t h e s i m u l a t i o nm o d e io fp m s md t ci ss e tu pi nu s i n gm a r l a b s i m u l i n k a c c o r d i n gt ot h ea n a l y s i so ft h et h e o r yo fp m s m d t c s c h e m e ，t h et h e s i s d e s i g n st h eh a r d w a r es y s t e ma n d s o f t w a r es y s t e mb a s e do nt h ed s p b e c a u s et h et r a d i t i o n a ld t ch a ss o m ed i s a d v a n t a g e s ，t h et h e s i sg i v e st h e s t r a t e g y o fp m s md t cb a s e do n s p a c ev e c t o rm o d u l a t i o n t h er e s u l t o f s i m u l a t i o ns h o w st h a ts v m d t ch a sb e t t e rp e r f o r m a n c et h a nt r a d i t i o n a jd t c a tt h el a s t t h et h e s i sd i s c u s s e st h em e t h o do fs e n s o r l e s sd t c e s t i m a t i o no f r o t a t o r s p e e d b a s e do nt h e p a r a m e t e r o fs t a t o ri sp r o p o s e di nt h i sp a p e r k e yw o r d s ：p e r m a n e n tm a g n e ts y n c h r o n o u sm o t o r ；d i r e c tt o r q u ec o n t r o l ； s p a c e v e c t o r m o d u l a t i o n ；s e n s o r l e s s ；d i g i ts i g n a lp r o c e s s o r 秀癟交遴太攀碩士職究生學(xué)位論文第 頁 第1 章緒論 1 1 永磁同步電機(jī)的特點(diǎn)和發(fā)展 在上世紀(jì)八十年代，永磁材料特別是具有高磁能積，高矯頑磁力，價(jià) 格低廉的釹鐵硼永磁材料的發(fā)展，使人們研制出了價(jià)格低廉，體積小，性 能高的永磁電動(dòng)機(jī)。永磁電動(dòng)機(jī)分為兩種，一種輸入電流為方波，也稱無 刷直流電動(dòng)機(jī)( b r u s h l e s sd cm o t o r ，簡(jiǎn)稱b l d c ) ；另一種輸入電流為正弦 波，也稱永磁同步電機(jī)( p e r m e n a n t m a g n e ts y n c h r o n o u sm o t o r ，簡(jiǎn)稱p m s m ) 。 本文的探討是釗對(duì)第二種即永磁同步電機(jī)進(jìn)行的。 電氣傳動(dòng)系統(tǒng)由控制部分、功率部分和電動(dòng)機(jī)三大要素組成，不同的 組成結(jié)構(gòu)形成了不同的調(diào)速系統(tǒng)。雖然調(diào)速傳動(dòng)從電流上分為直流傳動(dòng)和 交流傳動(dòng)兩大類型，但在交流傳動(dòng)中，異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)又已經(jīng)發(fā) 展成為占了相當(dāng)大的比例的兩類調(diào)速系統(tǒng)。目前形成了直流電機(jī)、異步電 機(jī)和同步電機(jī)三大類的調(diào)速系統(tǒng)。 直流電機(jī)調(diào)速方便，控制性能好，變流結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，長(zhǎng)期來占據(jù)了主導(dǎo) 地位，但是直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)上有嚴(yán)重缺陷。電刷和換向器的滑動(dòng)接觸造成 了機(jī)械磨損和火花，使直流電動(dòng)機(jī)的可靠性低、壽命短、保養(yǎng)維護(hù)工作量 大。換向火花既造成了換向器的電腐蝕，還是個(gè)無線電干擾源，會(huì)對(duì)周 圍的電器設(shè)備帶來有害的影響。電機(jī)的容量越大、轉(zhuǎn)速越高，問題就越嚴(yán) 重。所以，普通直流電動(dòng)機(jī)的電刷和換向器就成了直流電動(dòng)機(jī)的致命弱點(diǎn)， 同時(shí)限制了直流電動(dòng)機(jī)向高速度、大容量的發(fā)展。 和直流電動(dòng)機(jī)相比，異步電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單( 特別是鼠籠式異步電機(jī)) ，堅(jiān) 固耐用，運(yùn)行效率高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，可以做到高轉(zhuǎn)矩、大容量和高轉(zhuǎn)速， 隨著電力電子器件的發(fā)展和控制方式的完善，逐漸占據(jù)了主導(dǎo)地位。但是 異步電機(jī)需要從定子側(cè)厲磁，因此電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)降低，造成變頻裝置輸 入的功率因數(shù)也降低。輕載時(shí)尤甚，這大大增加了線路和電網(wǎng)的損耗。 和前兩種電機(jī)相比較永磁同步電機(jī)( p e r m a n e n tm a g n e ts y n c h r o n o u s m o t o r ) 具有體積小、功率密度高、效率和功率因素高( c o s 妒接近或等于1 ) 等明顯的特點(diǎn)。但是在過去的電力拖動(dòng)中，很少采用同步電動(dòng)機(jī)，其主要 原因是同步電動(dòng)機(jī)不能在電網(wǎng)電壓下自行起動(dòng)，靜止的轉(zhuǎn)子磁極在旋轉(zhuǎn)磁 場(chǎng)的作用下，平均轉(zhuǎn)矩為零。人們亦知道變頻電源可解決同步電動(dòng)機(jī)的起 薅瘴交蘧丈學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第2 頁 動(dòng)釋調(diào)速閆越，趣在7 0 年代數(shù)懿，交頻毫港是聰想霹不霹褥豹蹬蠶。艨以， 過去的電力拖動(dòng)中，緞少凳到用闊步電動(dòng)機(jī)作原動(dòng)機(jī)。農(nóng)大功率范圍內(nèi)， 偶爾也有同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的例予，但它往往是用來改善大企業(yè)的電網(wǎng)功率 因數(shù)。 自上世紀(jì)7 0 年代以來，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展極大地推動(dòng)了永磁同步電動(dòng)機(jī) 的發(fā)展和應(yīng)用，主要的原因有： 1 、高性能永磁材料的發(fā)展 永磁材料近年來的開發(fā)很快，現(xiàn)有鋁鎳鉆、鐵氧體和稀土永磁體三大 類。稀土永磁體又有第一代釤鈷l ：5 ，第二代釤鈷2 ：1 7 和第三代釹鐵硼。 鋁鎳鈷是本世紀(jì)三十年代研制成功的永磁材料，雖其具有剩磁感應(yīng)強(qiáng)度高， 熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，但它矯頑力低，抗退磁能力差，而且要用貴重的金屬 鈷，成本高，這些不足大大限制了它在電機(jī)中的應(yīng)用。鐵氧體磁體是本世 紀(jì)五十年代初開發(fā)的永磁材料，其最大的特點(diǎn)是價(jià)格低廉，有較高的矯頑 力，其不足是剩磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁能積都較低。釤鈷稀土永磁材料在六十年 代中期問世，它具有鋁鎳鈷一樣高的剩磁感應(yīng)強(qiáng)度，矯頑力比鐵氧體高， 但釤稀土材料價(jià)格較高。8 0 年代初釹鐵硼稀土永磁材料的出現(xiàn)，它具有高 的剩磁感應(yīng)強(qiáng)度，高的矯頑力，高的磁能積，這些特點(diǎn)特別適合在電機(jī)中 使用。它們不足是溫度系數(shù)大，居里點(diǎn)低，容易氧化生銹而需涂復(fù)處理。 經(jīng)過這幾年的不斷改進(jìn)提高，這些缺點(diǎn)大多已經(jīng)克服，現(xiàn)釹鐵硼永磁材料 最高的工作溫度已可達(dá)1 8 0 ，一般也可達(dá)1 5 0 ，已足以滿足絕大多數(shù)電 機(jī)的使用要求1 2 9 1 。 永磁材料的發(fā)展極大地推動(dòng)了永磁同步電動(dòng)機(jī)的開發(fā)應(yīng)用。在同步電 動(dòng)機(jī)中用永磁體取代傳統(tǒng)的電激磁磁極的好處是：用永磁體替代電激磁磁 極，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，消除了轉(zhuǎn)子的滑環(huán)、電刷，實(shí)現(xiàn)了無刷結(jié)構(gòu)，縮小了轉(zhuǎn) 予體積；省去了激磁直流電源，消除了激磁損耗和發(fā)熱。當(dāng)今中小功率的 同步電動(dòng)機(jī)絕大多數(shù)己采用永磁式結(jié)構(gòu)。 2 、電力電子技術(shù)的發(fā)展 電力電子技術(shù)是信息產(chǎn)業(yè)和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)間重要的接口，是弱電與被控強(qiáng) 電之間的橋梁。自5 8 年世界上第一個(gè)功率半導(dǎo)體開關(guān)晶閘管發(fā)明以來，電 力電子元件已經(jīng)歷了第一代半控式晶閘管，第二代有自關(guān)斷能力的半導(dǎo)體 器件( 大功率晶體管g t r 、可關(guān)斷晶閘管g t o 、功率場(chǎng)效應(yīng)管m o s f e t ) 的三代 復(fù)合型場(chǎng)控器件( 絕緣柵功率晶體管i g b t 、靜電感應(yīng)式晶體管s i t 、m o s 控 囂棗交遵大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第3 頁 制豹鑫體管滟t 等) 蠢至鰳年代窶璐豹繁鞫代秘率集殘電路i p l 4 “。拳導(dǎo) 體玎關(guān)器糾二性能不斷提商，容量迅速增大，成零大大降低，控制墩路目趨 完善，它極大地推動(dòng)了各類電機(jī)的控制。7 0 年代出現(xiàn)了通用變頻器的系列 產(chǎn)晶，可將工頻電源轉(zhuǎn)交舞頻率連續(xù)可調(diào)的交額電源，這就為交流電橇靜 變頻調(diào)速創(chuàng)造了條件。這熱變頻器在頻率設(shè)定居都肖敬起動(dòng)功能，頻率會(huì) 以定速率從零上升到設(shè)定的頻率，而且此上升速率可以在很大的范圍任 意調(diào)整，這對(duì)同步電勸梳而言就是解決了起動(dòng)問題。對(duì)蔽新的螽同步永磁 疑步電秘極，贏性能電力半導(dǎo)體開關(guān)組威豹邀變電路是其控制系絞豹必不 可少的功率環(huán)節(jié)。 3 、計(jì)算機(jī)技術(shù)和大規(guī)模集成電路的發(fā)展 集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)是電子技術(shù)發(fā)展的代表，它不僅是高新電予信 息產(chǎn)業(yè)的核心，又是不少傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造基礎(chǔ)。它們的飛速發(fā)展促進(jìn)了電 機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新。 上世紀(jì)7 0 年代人們對(duì)交流電機(jī)提出了矢量控制的概念，后來又提出了 直接轉(zhuǎn)矩控制理論。因?yàn)檫@些控制方法采用了坐標(biāo)變換，所以對(duì)控制器地 運(yùn)算速度、數(shù)據(jù)處理能力，控制地實(shí)時(shí)性和控制精度等提出了很高的要求， 單片機(jī)往往都不能滿足要求。近年來各種集成化的數(shù)字信號(hào)處理器( d s p ) 發(fā)展很快，性能不斷改善，軟件和開發(fā)工具越來越多，出現(xiàn)了專門用于電 機(jī)控制的高性能、低價(jià)位的d s p 。集成電路和計(jì)算技術(shù)的發(fā)展對(duì)永磁同步電 動(dòng)機(jī)控制技術(shù)起到了重要的推動(dòng)作用。 1 2 永磁同步電機(jī)在工業(yè)中的應(yīng)用和應(yīng)用前景 永磁同步電機(jī)主要應(yīng)用于調(diào)速驅(qū)動(dòng)和伺服控制中。有相當(dāng)多的工作機(jī) 械其運(yùn)行速度需要任意設(shè)定和調(diào)節(jié)，但速度控制精度要求并不非常高。這 類驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在包裝機(jī)械、食品機(jī)械、印刷機(jī)械、物料輸送機(jī)械、紡織機(jī)械 和交通車輛中有大量應(yīng)用。 在這類調(diào)速應(yīng)用領(lǐng)域最初用的最多的是直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，7 0 年代 后隨電力電子技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速迅速滲透到 原來的直流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域。這是因?yàn)橐环矫娈惒诫妱?dòng)機(jī)變頻調(diào)速系 統(tǒng)的性能價(jià)格完全可與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美，另一方面異步電動(dòng)機(jī)與直流 電動(dòng)機(jī)相比有著容量大、可靠性高、干擾小、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。故異步電動(dòng) 囂南交遴夭孥磊蟊圣秘凳生掌位諗交第4 頁 機(jī)變頻凋速在許多場(chǎng)合迅速取代了直流調(diào)速系統(tǒng)。 永磁同步電動(dòng)機(jī)r h 于上面闡述的體積小、重量輕、高效節(jié)能等一系列 優(yōu)點(diǎn)，越來越引起人們重視，其控制技術(shù)日趨成熟，控制器己產(chǎn)品化。中 小功率的異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速正逐步為永磁同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)所取代。 電梯驅(qū)動(dòng)就是一個(gè)典型的例子。電梯的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)電機(jī)的加速、穩(wěn)速、制 動(dòng)、定位都有一定的要求。早期人們采用直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，其缺點(diǎn)是 不言而喻的。7 0 年代變頻技術(shù)發(fā)展成熟，異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)迅速 取代了電梯行業(yè)中的直流調(diào)速系統(tǒng)。而這幾年電梯行業(yè)中最新驅(qū)動(dòng)技術(shù)就 是永磁同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，其體積小、節(jié)能、控制性能好、又容易做成 低速直接驅(qū)動(dòng)，消除齒輪減速裝置；其低噪聲、平層精度和舒適性都優(yōu)于以 前的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，適合在無機(jī)房電梯中使用。永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)很快 得到各大電梯公司的青睞，與其配套的專用變頻器系列產(chǎn)品已有多種牌號(hào) 上市?？梢灶A(yù)見，在調(diào)速驅(qū)動(dòng)的場(chǎng)合，將會(huì)是永磁同步電動(dòng)機(jī)的天下。日 本富士公司已推出系列的永磁同步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品相配的變頻控制器，功率從 o 4 k w 3 0 0 k w ，體積比同容量異步電動(dòng)機(jī)小1 2 個(gè)機(jī)座號(hào)，力能指標(biāo)明顯 高于異步電動(dòng)機(jī)，可用于泵、運(yùn)輸機(jī)械、攪拌機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)、升降機(jī)、起重 機(jī)等多種場(chǎng)合。 伺服電動(dòng)機(jī)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的運(yùn)行控制中扮演了十分重要的角色， 應(yīng)用場(chǎng)合的不同對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)的控制性能要求也不盡相同。實(shí)際應(yīng)用中， 伺服電動(dòng)機(jī)有各種不同的控制方式，例如轉(zhuǎn)矩控制電流控制、速度控制、 位置控制等。伺服電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)也經(jīng)歷了直流伺服系統(tǒng)、交流伺服系統(tǒng)、步 進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，直至近年來最為引人注目的永磁電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)。 最近幾年我國(guó)進(jìn)口的各類自動(dòng)化設(shè)備、自動(dòng)加工裝置和機(jī)器人等絕大多數(shù) 都采用永磁同步電動(dòng)機(jī)的交流伺服系統(tǒng)1 3 5 。 我國(guó)占有世界蘊(yùn)藏的8 5 以上的稀土材料，所以在開發(fā)高磁場(chǎng)永磁材 料( 特別是銣鐵硼永磁材料) 方面有得天獨(dú)厚的條件?？梢灶A(yù)料，隨著永 磁材料價(jià)格和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子制造價(jià)格的降低，以及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)理論研究和實(shí)踐 的不斷完善、提高，永磁同步電機(jī)將得到進(jìn)一步發(fā)展。 1 3 變頻空調(diào)的發(fā)展 傳統(tǒng)空調(diào)壓縮機(jī)依靠其不斷地“開、?！眮碚{(diào)接室內(nèi)溫度，其一丌 停之間容易造成室溫忽冷忽熱，并消耗較多電能。變頻空調(diào)則依靠壓縮機(jī) 磷濤交通大舉矮士醞窕生攀位諗交第5 茭 轉(zhuǎn)速的快懂達(dá)到控利童溫的蟊豹，室濕滾動(dòng)小、宅能消耗少，其舒適廢大 大提裹。巍運(yùn)用變頻按制技術(shù)的變頻空調(diào)，可掇據(jù)環(huán)境瀑度自動(dòng)選輯制熱、 制冷和除濕運(yùn)轉(zhuǎn)方式，使厝室在短時(shí)間內(nèi)迅速達(dá)到所需臻的瀨度并在低轉(zhuǎn) 速、低能耗狡態(tài)下以較小的溫差波動(dòng)，實(shí)蕊快速、節(jié)能籟舒適控溫效桑。 變頻窒穗茲棱心愛它的變菝器，變撅器是2 0 擻紀(jì)8 9 年代翊擻約一耱 高新技術(shù)產(chǎn)品，它通過對(duì)電流的轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率的自動(dòng)調(diào)節(jié)， 把5 0 1 i z 的網(wǎng)定電網(wǎng)頻率改為3 0 至1 3 0 h z 的變化頻率，使空調(diào)完成了一個(gè) 薪葦螽。同時(shí)，述使毫源電疰藩圍這列1 4 2 v 至2 7 0 v ，餐藤解決了出于毫瓣 電壓的不穩(wěn)定面造成空調(diào)器不銹工作的難題1 4 0 1 0 變頻空調(diào)器相對(duì)于傳統(tǒng)空調(diào)器來講，主要有如下幾個(gè)特點(diǎn)： l 、癌動(dòng)電流低：敬不存在稿動(dòng)電滾對(duì)亳隧蠢對(duì)宅度表靜沖擊，氌減少了對(duì) 室內(nèi)其它正在使用的家用電器的脈沖干擾影響。 2 、低溫運(yùn)行性能好：制暖性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)空調(diào)器。 3 、控溫波動(dòng)?。豪酶淖儔嚎s機(jī)轉(zhuǎn)速即改變功率控制溫度，避免了傳統(tǒng)空 調(diào)器采用的開停運(yùn)轉(zhuǎn)控制方法易造成的室內(nèi)溫度上下波動(dòng)大、感覺不 舒服的缺陷。 4 、電網(wǎng)電壓適應(yīng)性強(qiáng)：相比較傳統(tǒng)空調(diào)器，有些變頻空調(diào)器能在較寬電壓 范圍內(nèi)工作。有的甚至在低于1 8 7 v 時(shí)也能運(yùn)行自如。 5 、控溫速度快：由于在一段時(shí)間內(nèi)能使壓縮機(jī)以最高轉(zhuǎn)速即最大功率運(yùn)轉(zhuǎn)， 所以能迅速將房間帶入控溫范圍。而普通空調(diào)只能以固定功率運(yùn)轉(zhuǎn)。 1 4 永磁同步電機(jī)控制方式的發(fā)展 同步電機(jī)最大的特點(diǎn)是：轉(zhuǎn)速n 和供電頻率f 保持嚴(yán)格的同步關(guān)系， 因此，永磁同步電機(jī)的調(diào)速主要是改變供電電源的頻率來實(shí)現(xiàn)，即變頻調(diào) 速。目前常用的變頻調(diào)速方式有恒壓頻比控制( v f ) 、基于磁場(chǎng)定向的矢 量控制( v e c t o rc o n t r 0 1 ) 以及直接力矩控制( d i r e c tt o r q u ec o n t r 0 1 ) 。 在恒壓頻比控制的情況下，通過調(diào)節(jié)電機(jī)的端電壓來調(diào)節(jié)速度，使供 電電壓隨著轉(zhuǎn)速成比例調(diào)節(jié)，用以保持氣隙磁通的恒定。這種控制方法的 優(yōu)點(diǎn)是：控制簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)速可以通過控制電源頻率實(shí)現(xiàn)，不存在 異步電機(jī)的轉(zhuǎn)差補(bǔ)償問題。但是v f 控制的缺點(diǎn)也是明顯的，在突加負(fù)載 或者轉(zhuǎn)速指令突變時(shí)容易發(fā)生失步現(xiàn)象，而且恒壓頻比控制的動(dòng)態(tài)性能不 高。 囂癱交通丈攀磙女磷究生攀位論文第8 頁 1 9 7 1 年，西f j 子公司f b l a s c h k e 等掇出了異步電輥矢量控鍘漾理。它 是烽強(qiáng)耦合的交流電機(jī)通過旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換解耦臺(tái)，使之等效予直流電機(jī)。 矢量控制一般通過檢測(cè)或估計(jì)電機(jī)轉(zhuǎn)予磁通的位置及幅值來控制定子電流 或電壓，這樣，在磁通保旃恒定的條件下、電梳的轉(zhuǎn)矩便只和轉(zhuǎn)楚電流分 量有關(guān)，與瞧渡媳極舶控鍘方法相似，可以縟鍘很嶷豹控制性能。但是由 于轉(zhuǎn)予磁鏈難于觀測(cè)、系統(tǒng)受電機(jī)的參數(shù)影響較大以及矢量變換的復(fù)雜性， 使得實(shí)際控制效萊遠(yuǎn)不如壤論分析效萊。 1 9 8 6 年，爨習(xí)本學(xué)者t a k a h a s h i 提出了交漉電枧妻接轉(zhuǎn)矩控割技零， 利用空間矢_ 璧的分析方法，直接在定子坐標(biāo)系下觀測(cè)磁鏈和轉(zhuǎn)矩，根據(jù)觀 測(cè)到的磁鏈、轉(zhuǎn)矩和給定磁鏈、轉(zhuǎn)矩的差值，經(jīng)過兩值滯環(huán)眈較器，褥蜀 磁鏈、轉(zhuǎn)矩控穰信號(hào)；綜會(huì)考慮定予磁鏈憨篷蓬，按據(jù)豢先談定露戇開關(guān) 表，選擇相應(yīng)的空間電壓矢量，控制磁鏈的走向，從而控制轉(zhuǎn)矩。這種控 制方式控制思想新穎、控制方式簡(jiǎn)單、控制手段直接、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速、對(duì) 轉(zhuǎn)子參數(shù)不敏感、無懿終交流毫壤妻流等效純、雀去了簸雜摶空闥坐櫟轉(zhuǎn) 換和電 幾摸型，是一種具有高靜、動(dòng)態(tài)性能的交流調(diào)速方法”。 1 5 研究目的 綜上所述，由于永磁同步電動(dòng)機(jī)自身的特點(diǎn)，它越來越被人們關(guān)注。 以往同步電動(dòng)機(jī)的概念和應(yīng)用范圍已被當(dāng)今的永磁同步電動(dòng)機(jī)大大擴(kuò)展。 可以毫不夸張地說，永磁同步電動(dòng)機(jī)已在從d , n 大，從一般控制驅(qū)動(dòng)到高 精度的伺服驅(qū)動(dòng)，從人們?nèi)粘Ｉ畹礁鞣N高精尖的科技領(lǐng)域作為最主要的 驅(qū)動(dòng)電機(jī)出現(xiàn)，而且這只能夠前景會(huì)越來越明顯。而直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)自 從異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制問世以來，它一直以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快而著 稱，近年來得到了快速的發(fā)展，在異步電機(jī)調(diào)速方面的應(yīng)用已經(jīng)日趨完美， 但在永磁同步電機(jī)的控制上卻還是不成熟的領(lǐng)域，還有待更進(jìn)一步的探索 研究。同步電機(jī)中從宏觀上來講不存在異步電機(jī)擁有的轉(zhuǎn)差角頻率。因此， 直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)應(yīng)用于同步電機(jī)中首先需要解決其控制的理論問題。本 文正要對(duì)現(xiàn)有的一些永磁同步電機(jī)的直接力矩控制方式進(jìn)行概括分析，并 提出永磁同步電機(jī)的直接力矩控制方案，建立一套仿真和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，為進(jìn) 一步研究永磁同步電機(jī)的直接力矩控制提供基礎(chǔ)。 露瘩交遺大學(xué)壤士矮交生學(xué)位論文 第7 頁 1 6 論文的燕要工作 本論文分為穴章。 第l 章為緒論，用和奠流電機(jī)、交流異步電機(jī)作比較的方式介紹了永 磁聞步電視的特點(diǎn)，隨后簡(jiǎn)單介紹了永磁同步電機(jī)的發(fā)展、應(yīng)用 三l 及發(fā)展 蘸景，淡臻騷究隸磁懣步 魏祝靜意義。然后籬攀奔緩了在永磁羈步電壤可 以褥到廣泛應(yīng)用的中小功率變頻調(diào)速空調(diào)的發(fā)展，最后介紹了永磁同步電 機(jī)的控制方式發(fā)展，闡述了研究永磁同步電機(jī)贏接轉(zhuǎn)矩控制的意義。 繁2 章在奔緇空閹矢蘩的蘩磷上建立了永磁同步奄橇靜數(shù)學(xué)模型，并 且通過坐標(biāo)變換理論，推導(dǎo)了永磁同步電機(jī)在定轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)坐撂系下的 方程，闡述了永磁同步電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制原理。 第3 章介紹了永磁磊步電楓直接轉(zhuǎn)矩控案的各個(gè)綴成部分，每捂磁鏈 模型棗】轉(zhuǎn)矩模型，磁鏈分匿翻開關(guān)表麴確定。 第4 章闡述空調(diào)壓縮機(jī)在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用，以及運(yùn)行模式，利用 漱r h b s i f u l i n k 軟件包，建立了空譎壓縮機(jī)罔永磁簡(jiǎn)步電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控 制傳真模型，對(duì)恕極遴牙了仿真磅突。 第5 章介紹了直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成和硬件電路，編制軟件在 永磁同步電機(jī)上讖行了實(shí)驗(yàn)。驗(yàn)證算法的芷確j 睫。 第6 章在分援磁鏈轉(zhuǎn)爨躲動(dòng)躺產(chǎn)生原灝基磁下，提出了采鯔 s v q - d t c 的改進(jìn)型直接轉(zhuǎn)矩控制策略，并且和傳統(tǒng)阱c 進(jìn)行了仿真比較。提 出了基于定子電壓電流的無速度傳感器方案，進(jìn)行了轉(zhuǎn)予轉(zhuǎn)速估算，也做 了仿囊分褥。 囂癱交遴大學(xué)碩士磷突生掌位論文繁8 頁 第2 章贏接轉(zhuǎn)矩控制的理論基礎(chǔ) 本章主要是應(yīng)用空間矢量瑤論介紹永磁閹涉電j 雛i 的數(shù)學(xué)禳壅，介紹逆 變摟豹數(shù)學(xué)模型以及空闖毫壓矢量，在這個(gè)基璐上，舟纓了永磁弱步奄枧 直接轉(zhuǎn)矩控制的理論熬礎(chǔ)，并且闡述了如何實(shí)現(xiàn)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的控制。 2 永磁悶步電視粒數(shù)學(xué)模型 l ，電機(jī)三相繞組完全對(duì)稱，電視無齒槽效應(yīng)，電機(jī)氣酷 磁勢(shì)程空間中正弦 4 ，轉(zhuǎn)予為永磁體，其磁鏈幅值大小恒定為妒，在氣隙中整正弦分稚，且其 阱k 琶朝 ， 在戳上假設(shè)的條件下，我稍接下來討論空聞矢蘩模蘩，焉璦建立永磁 假發(fā)每相繞鰓僅有一題產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì)線圈，那么三相電流產(chǎn)生的磁動(dòng)辨 五，f ) * v ( i , ( 0 c o s o + 菇露) e ：o s 移z z 3 ) + o ( t ) c o s ( o 一墨，：諺 理灝交通大學(xué)頸女研究生學(xué)位論文第9 頁 其中0 為l ( o ，f ) 鞠參考坐振熬夾建，n 為等效線疆匝數(shù)e f 。o ) = c l i o ( t ) + 口氣和) + “2 i 。0 ) j 一e ”( 2 - - 6 ) 墨11?！総蘭鷥：p基cos：(4a。r零3)tl。：picos寒(4：rr，黟3)jl。pcos(4a：3)p+隆i1 + p 醫(yī) l “8 一l + t p t p s 辮，3 ) l l 屯 + p 1 l | | t p c o s 2 硝盤p c o s ( 螗零r + t| l 。l| 鏹| 其巾a 、1 3 、c 為寇子繞組的各相，由于j 。+ j 女+ 是；0 ，所以公式( 2 臣； 5f r + 麓0 5 t pr + 芝s t p 毽十五0 ；p j 隆 + p f 荔 謹(jǐn)一娩， ：j5 。 r + ：5 t p 露，十，。5 ；p i 乏j + p i 關(guān)j 2 1 2 仨；1 。f r + i 5 t p 璉+ s p 璉+ 蔓p 】+ 鏖 一毽，紛i ；：主羔；j 匿豢交遴大攀璦圭疆窕生學(xué)俊論文第 0 賈 其中峨為轉(zhuǎn)予的電角逮度，峨一，。 2 2 永磁同步電視在兩相鬻標(biāo)下的數(shù)學(xué)模型 在實(shí)際的三棚永磁同步電機(jī)中，雖然做了一些假設(shè)，使得其定子電壓 微分方程是線性的，但是由于定子、轉(zhuǎn)子繞組建相對(duì)運(yùn)動(dòng)的，轉(zhuǎn)子永磁體 磁鏈奩定子街j 靜交鏈禍定、轉(zhuǎn)予之聞懿夾角馥有關(guān)系。後得永磁同步毫梳 的數(shù)學(xué)模型為一緞裴線性的方程式。為了解除定、轉(zhuǎn)子之間的非線性耦合 關(guān)系，需要對(duì)其番變量進(jìn)行坐標(biāo)變換，使其變換到靜止坐標(biāo)的新軸系來， 這樣剮詠磁聞步嘏梳靜態(tài)求解和避行動(dòng)態(tài)分柝交得眈較容荔。這稀建立承 磁閹步電機(jī)在a 一參考坐摭軸系下的數(shù)學(xué)模型。在三楣靜止繞組a 、b 、c 和兩相靜止繞組掰、聲之間的變換，稱為三相靜止坐標(biāo)系和兩相靜止坐標(biāo)系 聞的交換，簡(jiǎn)稱3 2 變換。圖2 一l 繪出了三稻a 、b 、e 靜止坐標(biāo)系和兩稽 g 、蘆靜j 坐標(biāo)系。磁鏈。在窆閹旋轉(zhuǎn)，臻速度為街。 b 嬲2 一i 三鞠、兩耜勢(shì)戴垡括和磁鏈空闥矢量 根據(jù)磁勢(shì)等效原理，變換后磁勢(shì)在空間應(yīng)該為同方向同速率旋轉(zhuǎn)。當(dāng) 兩個(gè)電襖- 的磁場(chǎng)完全福等時(shí)，兩者浴閑軸方商靜分囂亦楣等。禳據(jù)駐上麓 律，并鼠為了使變換短簿表示成方陣，以便數(shù)學(xué)上的袋逆運(yùn)算，在兩相嫩 標(biāo)系中加上一個(gè)垂直于訊蘆軸線的零軸。于是有電流的變換關(guān)系： ，z 圈 ( 2 1 4 ) 覆漆交遴大擎碩士疆突生學(xué)位論文繁il 頁 公式( 2 - - 1 4 ) 中， c l 。魑三相坐標(biāo)系變換到兩相坐標(biāo)系的電流交換 矩陣。再根據(jù)變換前盾功率不變?cè)瓌t，可以得到： c k 握 1一蘭一三 。歪一巫 22 1l1 泛壓冱 ( 2 1 5 ) 反之，程兩張靜業(yè)繞組球、毋和三捆黲止繞組a 、b 、c 之閹的交換，稱 為兩相靜止舷標(biāo)系和三相靜止坐標(biāo)系間的變換，簡(jiǎn)稱2 3 變換。同樣的原 理，可以求得變換矩陣陋l ，3 “1 ，用下式： 吼薩吼1 。睞籬幸1 | j。疆 r 2 2 西 ( 2 1 6 ) 那么電流從兩相靜止坐標(biāo)系副三相靜此坐標(biāo)系的變換關(guān)系為 即”剮 ( 2 1 7 ) 在實(shí)際當(dāng)中，三相永磁同步電機(jī)的三相繞組為不帶中線的對(duì)成繞組， 沒有零輔電流，又因?yàn)槿嚯娏鳚M足關(guān)系l + ，。+ ，。一0 ，所以，三相靜止 坐標(biāo)系和兩相靜止坐標(biāo)系之間的電流變換可以遴一步簡(jiǎn)化為： 盼 壓o ￥2 占正 2 ( 2 1 8 ) 西南交通大學(xué)碩士 群究生學(xué)位論文翁t 2 頁 店o 1 廳 v 4 2 ( 2 一1 9 ) l 霉釋的道穗，三褶燮標(biāo)系和兩裾坐祿系之閶的電瑟辯磁鏈交換式 纛翔 電流變換式相同。 羧攘上瑟溪逑熬3 2 握變羧理論積繪密戇交換矩黲，公式( 2 - t 3 ) 輯 描述的永磁同步電機(jī)電壓方程在兩相靜此坐標(biāo)系下的描述為： 階r 居+ 勰卜畫( 2 - - 2 0 ) 采蟋灌定予轉(zhuǎn)予豹參考坐瓠系寒接遮莘霾分援拳磁囊步逛掇瓣穩(wěn)態(tài)強(qiáng)裁 卷性能是十分方便的。此時(shí)，取轉(zhuǎn)子永磁體磁極軸線為d 軸( 贏軸) ，取逆 時(shí)鑷滯薅予d 皴9 0 度為q 軸( 交軸) ，d - - q 軸以翻轉(zhuǎn)子一樣豹速度掰( 電 角速度) 一起旋轉(zhuǎn)，又稱為兩相問步旋轉(zhuǎn)軸系。 投撼旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)等效驤則，囂搪靜止孝鴦系8 、毋系到聯(lián)糟同步旋轉(zhuǎn)軸系d - - q 系的電流變換式為： 階隧撼s i n ( 。o 。, 郴) 習(xí)( 2 - - 2 1 ) 其中療，為d 轄和a 輔靜夾囊。 同樣的，公式( 2 2 1 ) 也適用于電壓和磁鑣的變換。這樣，得到磁鏈、 邀壓在d 籀系下豹衷迭式： 妒dld+妒，(2-22) 妒。一lqiq(2-23) dw r + p 妒d 一。妒。 ( 2 2 4 ) “目一r a + p 妒口+ 甜。妒4 ( 2 - 2 5 ) 式中奶、妒。、u 。、i d 、i q 、島秘島分裂為定予磁鏈、憊壓、露滾 和電感的d q 軸分量。 對(duì)予邀磁轉(zhuǎn)短，不考慮霆予磁鏈豹 器波殘分，著采趲 # 功率不變麴彩 式進(jìn)行鐓間矢量變換，則矢量形式的電磁轉(zhuǎn)矩為： t 。* l ，5 n 。i 。 ( 2 2 6 ) 在兩耜靜止軸系礬系下為： 西南交避犬攀碩士磷究生拳位論文第1 3 燹 f 。一1 5 k p 。i 口一妒口i v ) 變換到d q 坐標(biāo)系下為： t 。一1 5 聹p 渺d i 口一妒口) ( 2 2 7 ) ( 2 2 8 ) 代入公式( 2 - - 2 2 ) 和( 2 - - 2 3 ) ，則有 。* 1 , 5 n p f 伊，i 口一毆l a 磁蠢】 ( 2 2 0 ) 公式( 2 - 2 2 ) 一( 2 - 2 5 ) 以及公式( 2 - 2 8 ) 、( 2 - 2 9 ) 就構(gòu)成了永 滋囊步璉圭凝分輯鶼基本方程。 2 ，3 逆變器的數(shù)學(xué)模型以及電壓窀聞矢量 在直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中，逆變器和電機(jī)是作為一個(gè)熬體來考慮的，趨 接轉(zhuǎn)矩棒制系統(tǒng)采用绱麓電壓鶩逆變器。也就鼴說電動(dòng)梳的輸入電壓競(jìng)?cè)?取決于逆變器的開關(guān)狀態(tài)，而電動(dòng)機(jī)的定子磁鏈則是通過控制永磁同步電 橇翡輸入電壓采實(shí)現(xiàn)控翻。往褥在汞磁黼步宅穰翡氣藩申產(chǎn)璽爨有握定穰 值和固寵頻率的磁通，此時(shí)電機(jī)處于理想運(yùn)行狀態(tài)中。這樣，敷接轉(zhuǎn)矩控 剿豹強(qiáng)豹魏是i 墓過控割逆變囂憨開關(guān)獲泰控裁定予磁鏈，使褥永磁爨步邀 機(jī)的氣隙中獲得個(gè)圓形的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 圖2 - - 2 掰示為理想魍電壓裂逆變器模型等效驤理圖”。對(duì)于理想的電 臌型逆交器，其間一個(gè)橋臂上、下兩個(gè)開關(guān)在任何時(shí)刻總是有一個(gè)導(dǎo)通 圖2 - - 2 電壓型逆變器等效電路 囂舅一個(gè)關(guān)繇，掰戳，這攆一令逶蹙器露戳壹三令擎刃雙擲并關(guān)來裳示。s 。、 既和s 。為三個(gè)獨(dú)立開關(guān)變量，規(guī)定開關(guān)上擲s 。、咒和最為1 ，下擲s 。、咒 秘s 。力0 。這樣u pu 女馳吼只能取墨，2 職一日，2 弱個(gè)毽。 西南交通太攀碩士研究生學(xué)位論文第1 4 凝 戳a 程為翻，由鬻2 2 霹隘褥羈： c ，j ，u d u ( 2 3 0 ) 其余囂鞠巍類戳，溜魏褥裂電壓矢爨： u 。一( 2 3 ) ( u n 午ub n e | “+ u c n e ?！啊? 盥2 3 ) ( v u 薩j 1 3 七u c e | 如蛆) 一邸n + uq e 。h 蛆斗uk e i 蚰i 3 ) t ( 2 1 3 ) ( u + 盯月e “舟十，c e “雎) ( 2 - - 3 t ) 三個(gè)開關(guān)璧s 。、氐和s 。共有八個(gè)開關(guān)狀態(tài)，分別是( 0 0 0 ) ，( 0 0 1 ) ， ( 0 1 0 ) ，( 0 1 1 ) ，( 1 0 0 ) ，( 1 0 1 ) ，( 1 1 0 ) ，( 1 1 1 。對(duì)應(yīng)靜，對(duì)予壤怒宅愿鍪 逆變器，則有八個(gè)電壓狀態(tài)，用空間矢量表示，則有八個(gè)電壓空間矢凝用 碌s 。，s 。，s 。) 表示，其中西繡毽幫霹1 ，攀) 怒零矢餐，在這囂個(gè)矢爨瓣 作用下，電動(dòng)機(jī)的線電壓均為零?？臻g電壓矢墩的分布如圖2 3 所示，其 中，u 。( o ，氈秘莎。( 1 是王) 對(duì)應(yīng)坐標(biāo)系的艨點(diǎn)。 由豳2 3 可知，除了零矢嫩，其余六個(gè)電壓矢量輿有以下特點(diǎn)： 1 ，電壓矢量的幅緞不變，都恒定等于2 3 e 。 2 ，鞠鄰兩個(gè)電壓掇聞矢囊相位差6 0 度。 3 ，矢量順序從狀態(tài)“l(fā) ”到“6 ”遒時(shí)針旋轉(zhuǎn)，構(gòu)成了一個(gè)正六邊形。 也就是說這六個(gè)逢壓矢爨戇磉點(diǎn)構(gòu)或了泛六速澎熬六令鞭點(diǎn)。 穗( o1o )犰( 11o ) o0 ) 囂2 3 空瀾毫聯(lián)矢量搜髓 2 。4 永磁同步電毒幾豢接轉(zhuǎn)矩控制理論基礎(chǔ) 圖2 4 描繪出了永磁同步墩機(jī)理論分析常用的坐標(biāo)系“1 ，撼繪了在不 同坐標(biāo)系下的寇轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶亢投ㄗ与娏魇噶俊 、b 、c 為三褶滋子靜止登 標(biāo)系，其中a 相對(duì)應(yīng)電機(jī)定子a 相繞組；口、盧系為兩相靜止坐標(biāo)系；d 、q 系為囂秘轉(zhuǎn)子麓轉(zhuǎn)坐標(biāo)系；x 、y 系熏梵褥褶定子旋轉(zhuǎn)登揀系，x 轆定義予 西南交通太牮碩士研究生學(xué)健論文簫15 聰 定予磁鏈識(shí)土，x 、y 輟系鼓瓣步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。 y 圖2 - - 4 永磁同步電t 帆分析常用坐標(biāo)系 如圖2 - - 4 所示，當(dāng)定子電黻忽略不計(jì)時(shí)，定子磁鏈葶婦轉(zhuǎn)子磁鏈之間的 夾角每麓是負(fù)載角。當(dāng)瞧視處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行辯，態(tài)子磁鏈和轉(zhuǎn)予磁鏈懿同步 轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，此時(shí)負(fù)載角6 保持恒定，相當(dāng)于負(fù)載轉(zhuǎn)矩也保持恒定。當(dāng)電機(jī) 不處予穩(wěn)態(tài)融，定子磁鏈幫轉(zhuǎn)予磁鏈分弱良不麗豹速凌旋轉(zhuǎn)，菇對(duì)受載是6 也是變化的。調(diào)節(jié)定子磁鏈和轉(zhuǎn)予磁鏈都可以改變負(fù)載角6 ，識(shí)是因?yàn)橛?磁閹步邀輥魏憊氣囂闋鑲數(shù)小予捷轅跨闥寒?dāng)?shù)，篷羲是滋，調(diào)節(jié)定子磁鏈 比調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子磁鏈來得容翁，因此，一般的來說通過控制定子磁鏈來調(diào)節(jié)負(fù) 載角占，用班調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩。 通過圖2 - - 4 所示的坐標(biāo)關(guān)系，我們可默得剮胍轉(zhuǎn)予d - - q 軸坐標(biāo)系定 予同步旋轉(zhuǎn)x - - y 軸坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換公式： 階瞄馴列( 2 - - 3 2 ) 其逆變換公式為： 階高等捌( 2 - - 3 3 ) 這簍f 可叛楚疆鏈、邀壓載轡電滾。 因?yàn)閟 i n 6 。器 妒，l 凇6 墼( 2 - - 3 4 ) 妒，l 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1 6 賈 其中降，| 為磁鏈妒，靜滔蓬。 再把公式( 2 - 3 3 ) 代入公式( 2 - - 2 8 ) ，我們得到： t 。一l 。孫p ( 妒。i ，一妒，i 。) = 1 , 5 n p 眵。 y ( 2 - - 3 5 ) 公式( 2 - - 3 5 ) 表明，在保持定子磁鏈幅值不變的情況下，永磁同步電 枕的電磁轉(zhuǎn)矩正比于電枧電流的y 軸分攫。 同樣的我們把磁鏈公式轉(zhuǎn)換到x - - y 坐標(biāo)軸下得到： 階l島摭篇幽-s瑚in6cos6巾+lqsi妒rd6coin6cos6 i n s c o s 6 必糊眇jl 一島s + 島s厶s 潞毋+ 島c o 妒6 j j + 妒， 一c 。o ；s 。 5 。j ( 2 - - 3 6 ) 對(duì)予隱輟式永磁溺步邀秘，毽為存強(qiáng)2 k - - - - l s ，聯(lián)瀲公式( 2 - - 3 6 ) 可以簡(jiǎn)化為： 瞄：j2 【臺(tái)】瞄j + 妒，卜 c 。o ；s 。 5 ?！? 2 - - 3 7 ) 毽為x 籀定義予定予麓鏈呶土，郡么有妒，一0 ，這徉扶公式2 3 7 ) 得到： 考茹，s n 6 ( z 娟) 把公式( 2 - - 3 8 ) 代入公式( 2 - - 3 5 ) ，褥虱： l 孤妒；唼 舯_ 1 蚓毒。t ( 2 - - 3 9 ) 其中，為邇轉(zhuǎn)子之間的免速度，麗且隨著電壓矢艇的變化作階躍蹙 純。 公式( 2 3 9 ) 表明，+ 當(dāng)我們控制定子磁鏈妒。的幅值恒定時(shí)，并且當(dāng)控 翻受載囊毋在一z 2 至：l j z 2 之闕嶷往囂，憊磁轉(zhuǎn)愆蘧蓑受藏燕毒黲灌大囂罐 大，其中最大轉(zhuǎn)矩在玎2 處。當(dāng)我們要敬得轉(zhuǎn)瓶的最快響應(yīng)時(shí)，應(yīng)該保持 定予磁鑣妒。靜蠛僮垣定，蒡且搜定子磁鏈妒；在象闊盡可能抉地燃轉(zhuǎn)。 對(duì)于凸極式閌步電機(jī)，因?yàn)閘 。，el 。，上述公式不再適用，但是因?yàn)閤 矧 定義予定子磁鏈妒，上，依然有妒，= 0 ，那么根據(jù)公式( 2 3 6 ) ： 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)彼論文第l 7 頁 i y ”矗【2 q 口l q s i n 6 陋s ( l q - l d ) 蜘2 6 旺。4 把公式( 2 - - 4 0 ) 代入公式( 2 - - 3 5 ) ，得薊： 于。竺! 堅(jiān)! g 翌! 芻墅! 二墅：| 墜二壘型蘭絲! ( 2 - - 4 1 ) 一4l4l目 攫爨公式( 2 - - 4 1 ) 可以知邋，此時(shí)轉(zhuǎn)短分冀囂個(gè)郝分，一個(gè)是由永磁 體產(chǎn)生的感應(yīng)轉(zhuǎn)矩；另部分是電機(jī)的磁阻轉(zhuǎn)矩。我們可以看到，對(duì)于凸 極永磁嗣步電機(jī)的負(fù)載角d 我們不能簡(jiǎn)單地控制在一矗2 到x 2 之間。 對(duì)公式( 2 - - 4 1 ) 求導(dǎo)有： 堅(jiān)。塑! 墅! 翌芻些竺! ! 二d 塾堅(jiān)! ：芻! 竺! ! ! 絲! ( 2 4 2 ) d t 4 l d l 口 其中峨為定予磁鏈葙對(duì)轉(zhuǎn)子磁鏈鶼旋轉(zhuǎn)建速度，定義礱；生；! 蔓受凸扳 山口 率，當(dāng)耋 0 簿，磁隧轉(zhuǎn)矩為受，蠢藏，蜀麓會(huì)囂麓磁隰轉(zhuǎn)矩蜷影釃，使褥 總轉(zhuǎn)矩和電磁轉(zhuǎn)矩地變化不一致。為了保持總轉(zhuǎn)矩和負(fù)載角的變化一致， 簧求下式成立 到o d t | 6 。 ( 2 4 3 ) 結(jié)合公式( 2 - - 4 2 ) 可以推出 陋0 0 瓣，定予磁鏈溪毽震瀵足公式( 2 - - 4 4 ) 耀班絳涯輸出轉(zhuǎn)矩幕l 控鍘 的負(fù)載角兩者變化保持致，即保證控制負(fù)載角就可以有效的控制轉(zhuǎn)矩。 令到；o ，爵敬求出最大負(fù)載麓： d t l 6 o 小礎(chǔ)霉瑤掣 c z 嗡， 綜上所述，永磁簡(jiǎn)多奄稅蠹按轉(zhuǎn)矩控鋪酶毽論基磷為，保持定子磁鏈 西南交通失警碩士研究生拳位論文笫1 8 褥 幅篷不變的情凝下，控涮定轉(zhuǎn)予磁鏈懿災(zāi)角來攘潮宅磁轉(zhuǎn)矩，簧想褥到轉(zhuǎn) 矩的快速響應(yīng)就應(yīng)該快速的改變負(fù)載角。在直接轉(zhuǎn)矩控制中，既要盡可能 豹堆大磁鏈蕹壤淤獲褥受丈熬轉(zhuǎn)矩，又溪羧定蠛藿大小，鞋綴諼轉(zhuǎn)矩變讓 和負(fù)載角變化一致，同時(shí)也要限制電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩輸出，使得電機(jī)的負(fù)載 角限制在最大負(fù)載受范圍內(nèi)。 永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制思想怒僭鑒于溺異步鼠稅永磁麗步電視壹 接轉(zhuǎn)矩控制思想，他們有一些相同之處。異步電機(jī)和永磁同步電機(jī)的根本 差羽在予轉(zhuǎn)予，所敬譴稻酶控銅方式穰本差羽麓在于，異步毫稅壹摟轉(zhuǎn)矩 控制是控制電機(jī)的轉(zhuǎn)差，而永磁同步電機(jī)沒有轉(zhuǎn)差，他的控制是針對(duì)負(fù)載 角蠢言。 西南交通太掌碩士研究生攀位論文第1 9 凝 第3 牽畿接轉(zhuǎn)矩控制的實(shí)現(xiàn) 本章著眼于構(gòu)建個(gè)永磁同步電機(jī)唐接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，分析 了瘩磁灝步電瓿袁接轉(zhuǎn)短控制系薤中的磁鏈嬲測(cè)模型，轉(zhuǎn)矩觀測(cè)模型，磁 鏈分區(qū)的確定，以及磁鏈轉(zhuǎn)矩滯環(huán)的設(shè)踅和給出了開關(guān)寢。 3 1 永磁同步電機(jī)童摟轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu) 在第二章豹討論中，我鍋知道永磁潛步龜稅壹接轉(zhuǎn)矩控隸l 靜核心囂悲 就是保持定子磁鏈幅值不變的情況下，控制定轉(zhuǎn)子磁鏈的夾角來控制電磁 轉(zhuǎn)矩。它豹結(jié)麓圈如圖3 一l 疆示。 罄3 一l 采磁溺步毫輥翥接轉(zhuǎn)矩控耬結(jié)掬囂 麩圈3 1 我嬲看到，永磁麓步電捉_ 糞接轉(zhuǎn)短控翻系統(tǒng)主要包括以下幾 個(gè)部分； i ，三捆兩楣靜止坐標(biāo)變換 2 ，永磁同步電機(jī)磁鏈的倍囂 3 ，永磁同步電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的估算 4 ，磁鏈豹分區(qū)確定 西南交通大舉碩士研究生學(xué)位論文瓣2 0 頁 5 ，磁鏈、轉(zhuǎn)矩靜滯環(huán)跑較 6 ，逆變器開關(guān)表的給定 3 2 永磁同步電機(jī)磁鏈觀測(cè)模型 定予磁鏈估算是永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的重要組成部分，其 準(zhǔn)確性澍系統(tǒng)的控制影囀很大。本節(jié)介紹和推導(dǎo)了幾種磁鏈觀測(cè)模型，并 分析了他們的餼缺點(diǎn)。 3 2 迤壓橫鱉 最暈l a k a h a s h i 實(shí)瑗髯步毫稅盔接轉(zhuǎn)楚控稍辯靜磁鋌倍葵摟黧采爝彀匿 模型，使用純積分器。其模型如圖3 2 所示。 圖3 - 2電壓模型結(jié)構(gòu)網(wǎng) 由群，一r , i ，+ p 妒； 可以得到1 ；f 。產(chǎn)，一r , i , d t + g 口。 ( 3 一1 ) ( 3 2 ) 投影至a 、坐揀系粼霹戮褥妥妒。、妒。 這螅有一項(xiàng)妒。和異步電機(jī)不一樣的是，永磁同步電機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)予 永磁磁鍵有關(guān)系，在痘動(dòng)對(duì)需要確定弧。也裁楚說篙要撿測(cè)轉(zhuǎn)予磁極的位 簧，才能準(zhǔn)確的估算定予磁鏈。 從e 面的_ 分析可以瓣到，永磁同步電機(jī)的磁鏈估算采用電壓模型，其絡(luò) 構(gòu)簡(jiǎn)蘋，在計(jì)算中僅霰囂要用虱使予襝溯酌定予電疆受。定子靜毫壓抖。釃 西南交通犬舉碩士研究生攀位論文第2 t 褥 定子電流i 。餐楚當(dāng)u 。幫i s r s 麓毽很小辯，氌藏楚滋宅梳娃子窩韻除段黻及 低頻低速運(yùn)行時(shí)，積分的誤差會(huì)變得很大。此時(shí)用電壓模型觀測(cè)定子磁鏈?zhǔn)?不準(zhǔn)確瓣。下瑟我們分褥什么濺索會(huì)對(duì)磁鏈繼算嚳寒誤差。 1 測(cè)量會(huì)帶來一定誤差。 2 對(duì)于數(shù)字控制系統(tǒng)兩盞，由予采群和保持的作用，系統(tǒng)的延遲魁固 有的，這個(gè)延遲在積分中會(huì)被累積。 3 因?yàn)榧釉陔姍C(jī)端電伍由變頻器輸出的p 刪電壓，頻率很筒，電機(jī)端 電壓蠹接濺螢蔻不可行的，為了得爨定予電壓，逶鬻燕采樣壹流母 線電壓再結(jié)合逆變器開關(guān)表來進(jìn)行估算。電力電子器件的開關(guān)過 程，導(dǎo)逶壓降以及軟黲設(shè)置夔一e 下撬甓母逶關(guān)凝豹死基艇閡都會(huì)黯 定子電壓估算產(chǎn)生影響。 4 定子嗽輟在計(jì)算中我們認(rèn)為它楚不變豹，實(shí)際中，隨豢頻率，瀨度 的變化。定子電阻的阻俊也是嶷化的，這些變化也會(huì)對(duì)磁鏈估冀造 成誤羞。 5 。由于定子磁鏈麓轉(zhuǎn)予磁鏈影響，所毆轉(zhuǎn)予初始彼置襝濺不雍會(huì)纛接 影響定予磁鏈估算。 上逡誤差會(huì)鑊褥定予弦鏈奩復(fù)乎囂上懿孰逡猿囊琢點(diǎn)，在低速囂龍冀明 顯，高速時(shí)也存在，但怒影響很小。 3 。2 2 電流模型 為了更準(zhǔn)確的觀測(cè)定子磁鏈，可良擗棄磁鏈觀測(cè)電聰模型，采用電流模 型進(jìn)行觀測(cè)。此時(shí)，要建立一個(gè)脫離原來磁鏈觀測(cè)器的磁鏈等式。 考璃定子磁鏈在d q 坐標(biāo)系下方程為： 妒d l d i d + 妒， ( 3 3 ) 妒# 一l q i ， 數(shù)學(xué)建穰方法： 利用m a t l a b s i m u l i n k 中的控制函數(shù)模塊米構(gòu)建新元件的數(shù)學(xué)模型。 魏累仿真豹猛椽是礤究囂 孛的終部特?fù)椋稻c級(jí)數(shù)饒湊，則一般可袋用 這種方法來建模。 在本文中，氍利用r 簡(jiǎn)單方便的物理方法建摸；又琴用了數(shù)學(xué)建模卷 建立多輸入、多輸出、非線性的復(fù)雜系統(tǒng)。 4 2 變頻空調(diào)壓縮楓及其運(yùn)行特性 傣絞豹翻冷系統(tǒng)采建定轉(zhuǎn)速蘧縮瓿，實(shí)牙開關(guān)控鍘，摹l 強(qiáng)聰縫瓿上辮 帶的鼠簸式電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，從而調(diào)節(jié)蒸發(fā)溫度。這種控制方式使蒸發(fā) 澄度波動(dòng)較大，容易影嘲被冷卻環(huán)境豹漩度。援纏楓電機(jī)在工作過程中鬢 不斷克服轉(zhuǎn)子從靜止到額定轉(zhuǎn)逮變化過程中所產(chǎn)生的巨大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，尤其 是帶著負(fù)荷掃動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)力矩娶高出運(yùn)行力矩讒多倍，其結(jié)果不僅要額外 耗費(fèi)電能，而鼠會(huì)加劇鹺縮梳運(yùn)動(dòng)部件的磨損。另多 這釋運(yùn)行方式在扁動(dòng) 過程中還會(huì)產(chǎn)生較大的振動(dòng)、噪聲以及沖擊電流，引起電源電臌的波動(dòng)， 匿跑疲采瘸交頻薤臻瓿耱 弋定轉(zhuǎn)速壓繚橇，獲囂避免這稚頻繁豹起簿過程。 而如緒論里敘述的永磁同步電機(jī)具有的諸多優(yōu)點(diǎn)，所以空調(diào)壓縮機(jī)采用永 磁司步魄規(guī)裁成為了當(dāng)蕊研究鶼一個(gè)熱點(diǎn)。 4 2 。 空調(diào)系統(tǒng)的主要構(gòu)成與運(yùn)行原理 空調(diào)系統(tǒng)由四大部分組成：壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹爨和蒸發(fā)囂。麗它 的心臟鬣壓縮楓。其構(gòu)成如霞4 1 所示如”。 西南交通犬學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第2 9 凝 圖