永磁同步電機之調速永磁同步電動機的矢量控制

 一、矢量控制原理

電動機的速度控制實際上是通過控制轉矩來實現的。在永磁直流電動機中，僅僅改變電樞電流便可實現對轉矩的控制，這是因為，無論轉子在什么位置，電樞電流產生的磁動勢總與永磁磁場正交，轉矩可表示為。式中，KT為比例常數；咖為永磁磁動勢所產生的每極磁通，可認為是常數；I 。為電樞電流?？梢钥闯?，通過控制電樞電流便可控制轉矩，從而實現對電動機轉速的控制。與永磁直流電動機不同，調速永磁同步電動機的電樞反應磁動勢與永磁磁場不正交，難以通過控制電樞電流來調節(jié)電動機的轉矩。但從靜止三相ab 。坐標系變換到向坐標系后，永磁同步電動機的轉矩表達式變?yōu)槭剑?0一3）。當玩一Lq時，式（10一3）和式（10一21）的形式相同，其中交軸電流相當于永磁直流電動機中的電樞電流，因此可以通過調節(jié)交軸電流實現對轉矩及轉速的控制。當Ld并Lq時，通過調節(jié)交直軸電流，不但可以利用磁阻轉矩加大轉矩輸出能力，還可以改變直軸磁鏈大小，從而實現永磁同步電動機的弱磁調速控制。

總之，在永磁磁鏈和直、交軸電感確定后，電動機的轉矩取決于定子電流的空間相量￡s，而i，的大小和相位又取決于￡d和iq，也就是說，控制id和iq便可以控制電動機的轉矩。一定的轉速和轉矩對應于一定的直交軸電流給定值話和始，通過適當的控制，使實際直交軸電流id和i 。跟蹤i ' d和i ’ 。，便可實現電動機轉矩和轉速的控制。由于電樞繞組的實際電流是三相交流電流i 。 、幾、 i 。，因此三相電流的給定值幾、魂和i ' c由下面的變換從i ' a和瑞得到式中，0的含義見圖10一3，為電動機轉子直軸與定子a相繞組軸線之間的夾角（電角度）,可以通過位于電動機非軸伸端上的位置傳感器獲得。通過電流控制環(huán)，可使電動機實際輸人電流與給定電流一致，從而實現對電動機轉矩的控制。需要指出，上述電流控制方法對電動機穩(wěn)態(tài)運行和動態(tài)都適用，且id，和iq是各自獨立控制的，便于實現各種控制策略。

二、永磁同步電動機的電流控制策略

1．恒轉矩控制

恒轉矩控制一般采用最大轉矩／電流比控制，此時直、交軸電流滿足式式中，15為dq坐標系下電樞電流值，可為逆變器電流容量的任何允許值。由逆變器容量決定的電樞電流最大值用ilim表示。在恒轉矩控制過程中，隨電動機轉速的升高，電樞繞組電動勢增大。當增大到逆變器最高輸出電壓（即電機的極限電壓）ulim時，電機轉速達到恒轉矩控制時的最高轉速，該轉速定義為電機的轉折轉速，以電角速度叭表示。由式（10一23）和電壓方程式可得轉折轉速為。

2．普通弱磁控制

當電機轉速增至轉折轉速時，要繼續(xù)增加轉速就必須采用弱磁控制。永磁同步電動機弱磁控制的思想來自他勵直流電動機的勵磁控制。他勵直流電動機轉速隨端電壓的升高而升高，當端電壓達到極限值時，如希望再升高轉速，必須降低電動機的勵磁電流，使磁場減弱，才能保證電動勢和電壓的平衡。永磁同步電動機的勵磁磁動勢由永磁體產生而無法調節(jié)，只有通過調節(jié)定子電流，即增加定子直軸去磁電流分量來維持高速運行時電壓的平衡，達到弱磁擴速的目的。在弱磁調速過程中，電機的電壓保持其極限值ul 、不變，因此由電壓方程式可得到電動機運行于某一轉速。時的交、直軸電流。

3．最大輸人功率弱磁控制

當哄＜Ld 15且電動機的普通弱磁控制達一定轉速時，再增加電機轉速，必須降低電機的電流，從而進人最大輸人功率弱磁控制，此時電機直、交軸電流應滿足。

三、調速永磁同步電動機矢量控制系統(tǒng)

由上面給出的調速永磁同步電動機的電流控制策略可以看出，各電流控制均是基于對其幅值和相位的控制，也即對定子電流矢量的控制。圖10一5為調速永磁同步電動機矢量控制系統(tǒng)簡圖。