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文檔簡介
多相永磁同步電動機通用模型的研究
電力推動是現代船舶的一個重要發展方向,多相磁源同步機是最具潛力的促進機之一。它不僅具有尺寸小、效率高的優點,而且具有強大的負荷能力和快速的動態響應能力。1轉子結構的影響為了分析方便,假設所研究的多相永磁同步電動機滿足下列條件:a.氣隙磁場按正弦分布,忽略空間諧波磁場的影響;b.忽略電動機鐵心的飽和、磁滯及渦流的影響;c.定子繞組在空間上星型對稱分布,相鄰2個繞組空間角度相差2π/n;d.永磁體等效為一個勵磁繞組,其勵磁電流i1.1勵磁變換轉子l在數學模型中,對各個物理量的上下角標作如下的規定:s表示定子量;1,2,3,…,n分別表示定子第1,2,3,…,n相的量;r表示轉子量;fd表示勵磁繞組分量;rd表示阻尼繞組直軸分量;rq表示阻尼繞組交軸分量。1.1.1磁鏈方程式中ψ在電感矩陣中,L以上各個互感都具有互反性,即L1.1.2電壓方程式中u1.1.3磁速軸式中p1.1.4方程的運動式中T慣量;ω1.2d.q旋轉坐標系下的數學模型根據定子n相靜止坐標系與d,q旋轉坐標系之間的變換矩陣可以得到d,q旋轉坐標系下多相永磁電機的數學模型。1.2.1磁鏈方程式中L1.2.2電壓方程1.2.3磁體旋轉方程在一般情況下,采用自控頻率的永磁同步電動機的勵磁繞組上一般都不帶阻尼繞組,即i式中i1.2.4方程的運動2轉速、轉速和雙曲線之間的約束副假設在d,q坐標下電動機所能承受的電壓極限為U把i在d,q坐標系中,方程(19)和(20)分別表示圓和橢圓的內部(見圖1)。電動機運行時,電流的軌跡既不能超過電流極限圓,又不能超過電壓極限橢圓,而必須在二者的交集之內(見圖1的陰影部分)。當轉速變化時,各個轉速對應的電壓極限橢圓就構成一個橢圓簇,并且隨著轉速的升高,橢圓越來越小,但每個轉速下的電流都不能超過橢圓所包圍的范圍。由轉矩方程(16)可知,在電流幅值i把cos2β=2cos因此,在i式(22)是一個雙曲線方程,并且只有其左曲線是符合工程實際的解(見圖1),當電流軌跡在雙曲線上移動時,對于給定的轉矩,所需要的定子電流最小,亦即單位的定子電流可以獲得最大的輸出轉矩。最佳轉矩控制曲線與電流極限圓相交于A點,在該點電動機電流達到極限,此時電動機所能輸出的轉矩達到最大,經過該點的電壓極限橢圓所對應的轉速為ω其中,控制電流為3matlab仿真多相永磁電機的最佳轉矩控制系統框圖如圖2所示。給定轉速與反饋轉速的差額經PI調節器后,根據由式(22)確定的函數f為驗證所提出的控制效果,以9相永磁同步電機(電動機參數見表1)為例,利用Matlab對電動機的啟動過程進行了仿真,其主要波形如圖3~6所示,其中圖3~5是本文分析的最佳轉矩控制下的各個波形,而圖6為對應的i在仿真結果中,定子相電流(圖3)及其相應的交直軸電流(圖4)有一定的脈動,這是由采用的電流滯環PWM方法本身所引起的,它并不妨礙對本文所提控制的性能進行分析,在實際中如果減小滯環寬度并采用一定的濾波裝置,會得到更好的波形,但是會增加損耗和成本,同時會對開關性能和處理器提出更高的要求,因此需要折衷考慮。由于使用的電動機轉動慣量比較大,電動機轉速的動態響應(見圖5)似乎并不快,但是與同樣條件下的i4凸極永磁電機轉子阻尼控制機理本文建立了多相永磁同步電動機在定子靜止坐標系以及d,q旋轉坐標下的一般化數學模型,該模型考慮到了凸極效果以及轉子阻尼繞組的作用。根據電動機運行的實際約束條件,得到了一種有效的利用了凸極永磁電動機磁阻轉矩的最佳轉矩控制,使得電動機
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