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目录
一、电机模型 ........................................................................................................................... 2
1.1 永磁同步电机数学模型 ............................................................................................. 2
1.2 异步电机数学模型 ..................................................................................................... 6
二、矢量控制原理 ................................................................................................................... 9
2.1 矢量控制坐标变换 ..................................................................................................... 9
2.2 永磁同步电机矢量控制原理 ................................................................................... 10
2.3 异步电机矢量控制原理 ........................................................................................... 12
三、最大力矩电流比控制(MTPA) ................................................................................... 12
3.1 id=0 控制 ................................................................................................................... 12
3.2 MTPA 控制 ................................................................................................................ 13
3.3 电压前馈 ................................................................................................................... 15
3.4 弱磁控制 ................................................................................................................... 16
四、仿真研究 ......................................................................................................................... 16
3.1 搭建仿真模块 ........................................................................................................... 16
3.2 仿真波形 ................................................................................................................... 22
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一、电机模型
1.1 永磁同步电机数学模型
永磁同步电机电磁关系十分复杂,绕组与绕组之间,绕组与永磁体之间相互
影响,还有一些非线性因素如磁路饱和等的存在,因此,要建立很精确的数学模
型是比较困难的,为了简化分析过程,常常忽略一些影响较小的参数,作如下假
设:
(1)定子电枢绕组产生正弦波感应电动势,转子永磁体的气隙磁场也以正弦
波分布在气隙空间;
(2)铁芯的涡流和磁滞损耗忽略不计;
(3)定子铁芯的饱和忽略不计,电感参数不变,且认为磁路线性;
(4)忽略转子的阻尼绕组。
1.1.1 永磁同步电机在三相静止坐标系下的数学模型
将三相永磁同步电机的内部结构等效为电路理论中的电路图模型,如图 1.1
所示其中包括定子三相电阻、电感及反电动势,从而可以得出定子的三相电压方
程:
(1-1)
式中,
、
、
为永磁同步电机的三相定子电压,
、
、
为永磁同步
电机的三相定子电流;
为定子每相绕组的电阻;
、
、
为永磁同步电机
的三相定子磁链,从图中可以得到三相定子磁链方程为:
(1-2)
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1.1.2 永磁同步电机在两相静止坐标系αβ轴下的数学模型
电压方程:
(1-4)
磁链方程:
(1-4)
力矩方程:
(1-6)
1.1.3 永磁同步电机在 dq 轴下的数学模型
对于永磁同步电机定义 d、q 两相同步旋转坐标系的 d 轴与转子磁极轴线重
合,q 轴逆时针超前 d 轴 90 电角度,d 轴与电机 A 相定子绕组的轴线夹角为
,
且在空间随转子以电角速度
旋转。ABC 三相静止坐标系和 d、q 两相同步旋转
坐标系如图 1-3 所示。
图 1-3 三相静止坐标系与两相同步旋转坐标系
按转子磁链定向的永磁同步电机在 dq 坐标系上的磁链方程为:
(1-7)
式中,
为转子永磁体与定子绕组交链的磁链;
和
分别为直轴电抗和交
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