永磁同步電機之正弦波永磁同步電動機控制系統(tǒng)

    上一節(jié)的討論中，電動機的各種控制策略均是基于對定子電流的幅值和相位的控制，也即對定子電流的矢量控制。圖7一22為一個典型的具有弱磁擴速能力的水磁同步電動機傳動系統(tǒng)簡圖。

傳感器（圖中采用光電編碼器）的輸出經(jīng)處理后可得到電動機轉子的位置信號6和轉速信號。 。轉速信號與速度指令比較后的偏差被作為速度控制器的輸人信號。速度控制器是一個比例積分調節(jié)器，它的輸出信號連同系統(tǒng)電流控制算法所確定的直軸電流一起，經(jīng)尹坐標變換得到作為電流控制器輸入的二相電流指令值，電流控制器利用事先制定的策略，根據(jù)檢測出的實際定子三相電流與電流指令值之間的偏差產(chǎn)生控制逆變器功率元件導通和關斷的控制信號，從而實現(xiàn)了水磁同步電動機的電流控制。系統(tǒng)中直軸電流指令算法（即前面所說的系統(tǒng)電流控制算法）如圖7-23所示。圖7一23中計算如下：。

圖7一22中的電流指令信號是三相正弦波的電流信號，在電流控制中要采取一定的措施（策略）以使電動機實際電流與電流指令之間的偏差盡量小，這一過程即為電動機定子電流的調制目前，永磁同步電動機常用的定子電流的調制方法（或稱定子電流的控制策略）有滯環(huán)電流控制、斜坡比較控制和預測電流控制等。此外，為減小電動機轉矩中的紋波，提高電動機瞬態(tài)轉矩的品質，還可以采取直接轉矩控制和對電動機電流指令進行優(yōu)化處理的控制方式等。

2.調速永磁同步電動機的設計特點

調速永磁同步電動機的應用場合極為廣泛，與其配套的傳動系統(tǒng)和控制方式也不一樣，因而對其技術經(jīng)濟性能的要求大不相同。一般來說對調速水磁同步電動機的主要要求是：調速范圍寬，轉矩和轉速平穩(wěn)（或者說轉矩紋波小、，動態(tài)響應快速準確，單位電流轉矩大等。

    調速水磁同步電動機的設計是與相匹配的功率系統(tǒng)的有關性能密不可分的。設計時．應根據(jù)傳動系統(tǒng)的應用場合和有關技術經(jīng)濟指標要求，首先確定電動機的控制策略和逆變器的容量，然后根據(jù)電機設計的有關知識來設計電動機。下面以正弦波水磁同步電動機為例分析研究調速水磁同步電動機的設計特點。

    水磁同步電動機調速傳動系統(tǒng)的主要特性是它的調速范圍和動態(tài)響應隆能。調速范圍又分為恒轉矩調速區(qū)和恒功率調速區(qū)，如圖7一2所示。而電動機的運行過程可以用工作周期來表示，如圖7-25所示，調速永磁同步電動機的動態(tài)響應性能常常以從靜止加速到額定轉速所需的加速時間t 。（kw級的電動機一般僅幾十ms）來表示。為了提供足夠的加速能力，一般情況下，最大轉矩（又稱峰值轉矩）T為額定轉矩7的3倍左右。

2.1主要尺寸的選擇

調速水磁同步電動機的主要尺寸可以由所需的最大轉矩和動態(tài)響應性能指標確定。下面分析表面凸出式轉子磁路結構正弦波，水磁同步電動機主要尺寸的設計過程。

當調速永磁同步電動機最大電磁轉矩指標為時，則最大轉矩與電磁負荷和電動機主要尺寸有如下關系：。

    對水磁同步電動機動態(tài)響應性能指標的要求體現(xiàn)為在最大電磁轉矩作用下，電動機在時間‘ 。內(nèi)可線性地由靜止加速到轉折速育（此時的轉析諫度又稱為基本轉速），即。

    由上式得到的及即為在保證動態(tài)響應注能指標的前提下可選擇的定子內(nèi)徑最大值。由式（7-56）和式（7-6 。）即可確定電動機的定子內(nèi)徑和鐵心長度這兩個主要尺寸。內(nèi)置式調速永磁同步電動機的主要尺寸可參考上述步驟進行設計。

調速永磁同步電動機的氣隙長度一般大于同規(guī)格感應電動機的氣隙長度，且不同用途的電動機，其氣隙長度的取值也不相同：對采用表面式轉子磁路結構的永磁同步電動機，由于轉子鐵心上的瓦片形磁極需加以表面固定，其氣隙長度不得不做得較大；對采用內(nèi)置式轉子磁路結溝，要求具有一定的恒功率運行速度范圍的永磁同步電動機，則電動機的氣隙長度不宜太大．否則，將導致電動機的直軸電感過小，弱磁能力不足，電動機的最高轉速無法達到確定電動機定子外徑時，一般是在保證電動機足夠散熱能力的前提下，視具體情況為提高電動機效率而加大定子外徑或為減小電動機制造成本而縮小定子外徑。