永磁同步电机磁场定向变频调速技术的研究
永磁同步电机变频调速
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法是电 机三相加直流电压, 直流锁定转子并记录 转子位置.对于永磁同步电 机控制系统,转子磁 链初始位置的精度直接影响到控制性能.
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( 2 )预转矩补偿功能
有良 好的动态性能, 特别具有良 好的低速性能, 可以 实现电 梯无齿轮转动,满足电 梯电 气拖动系 统的要求.
流调速系统 在现代电 梯中的应用. 微特电 机.
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) 引 言 电梯是为高层建筑交通运输服务的比 较复杂 的机电一体化设备. 近年来,随 着城市的发展, 高层建筑的迅速增多,对高性能电 梯的电 力拖动 系统提出了 要求O 加舒适, 新的 1更 小型, 节能, 可靠和精确有效的 速度控制是其发展方向.而电 机技术,功率电 子技术,微计算机技术及电 机控 制理论的发展, 使其实现成为了可能.
能.
32 稳态性能 .
根据现场试验得出系统的稳态性能指标如
变频空调中永磁同步电机的高性能控制
变频空调中永磁同步电机的高性能控制摘要：随着能源危机的不断加剧，节能减排成为当今社会发展的重要议题。
变频空调作为一种节能环保的设备，其性能和控制方法受到了广泛的关注。
永磁同步电机作为变频空调中的重要组成部分，其控制方法对于整个系统的性能具有重要影响。
本文将介绍变频空调中永磁同步电机的高性能控制方法，包括矢量控制、直接转矩控制、滑模变结构控制、模型参考自适应控制、神经网络控制、反步控制和非线性解耦控制等方法。
关键词：永磁同步电机；变频空调；控制方法；引言随着能源短缺和环境问题的日益突出，高效节能的空调成为市场需求的主流。
变频空调由于其显著的节能效果和高度适应性，被广泛用于各种场合。
在变频空调中，永磁同步电机作为一种先进的驱动方式，能够实现高精度、高效率的控制。
本文将探讨永磁同步电机在变频空调中的应用及高性能控制策略。
一、永磁同步电机概述永磁同步电机是一种基于永磁体励磁的同步电机，其转子结构通常采用永久磁铁进行励磁。
与异步电机相比，永磁同步电机具有更高的效率和功率密度，因此在许多高精度、高效率的电力驱动应用中被广泛采用。
二、永磁同步电机基本原理永磁同步电机的工作原理基于法拉第电磁感应定律。
当导体在磁场中切割磁力线时，导体中会产生电动势，从而产生电流。
在永磁同步电机中，导体（通常为铜线）嵌入在定子槽内，而永磁体作为转子置于定子内侧。
当转子旋转时，导体在磁场中切割磁力线，从而产生感应电动势。
感应电动势的大小与导体切割磁力线的速度和磁场的强度有关。
三、优势及缺点永磁同步电机的优势主要表现在以下几个方面：1. 高效率：由于其转子结构简单，无需外部励磁电源，因此运行效率高。
2. 高功率密度：由于其转矩和转速特性优良，因此具有较高的功率密度。
3. 精确控制：采用磁场定向控制等技术，能够实现精确的速度和转矩控制。
4. 适用范围广：适用于高、低速范围运行，且具有较强的过载能力。
然而，永磁同步电机也存在一些缺点：1. 依赖稀土资源：其转子通常采用稀土永磁材料，因此制造成本较高。
永磁同步电机变频调速控制方法研究
永磁同步电机变频调速控制方法研究第一章前言随着社会的发展，电机控制技术的研究和应用越来越受到关注。
永磁同步电机作为一种新型电机，具有高效、低噪音、小体积、高可靠性等优点，被广泛应用于新能源汽车、电动机车、风力发电以及工业自动控制等领域。
而变频调速控制技术则是电机驱动中的核心技术之一，可以改变电机输出的频率和电压，从而实现精准控制。
本文将着重研究永磁同步电机的变频调速控制方法，分别从控制系统结构、控制算法和实验验证三个方面进行探讨，旨在为永磁同步电机的实际应用提供参考。
第二章控制系统结构永磁同步电机的控制系统框图如下图所示：其中，电机控制器、变频器、传感器和计算机组成了整个控制系统。
电机控制器主要负责控制永磁同步电机的转速和电流，实现闭环控制；变频器则是将直流电源转换成交流电源，并可实现变换频率和电压的功能；而传感器主要用于测量电机的实际速度、位置以及转矩等信号，为电机控制提供反馈信号。
在永磁同步电机的控制系统中，最为关键的部分是电机控制器。
电机控制器可以采用矢量控制算法、直接转矢量控制算法、预测控制算法等不同控制算法进行实现。
其中，矢量控制算法具有控制精度高、响应速度快等优点，被广泛应用于永磁同步电机的控制中。
第三章控制算法3.1 矢量控制算法矢量控制算法是在永磁同步电机坐标系中进行控制的一种算法，其核心思想是将三相电压和电流通过变换矢量的方式，转换成两相电压和电流进行控制，从而实现在任意转速下永磁同步电机的控制。
具体来说，矢量控制算法是将永磁同步电机转换成dq坐标系，通过dq坐标系下的电压矢量和电流矢量，实现对电机的精确控制。
该算法不仅控制精度高，而且稳定性好，已经成为永磁同步电机控制中最为常用的方法。
3.2 直接转矩控制算法直接转矩控制算法又称为直接转矩控制算法，它也是在dq坐标系下进行控制的一种算法。
与矢量控制算法不同的是，直接转矩控制算法不需要进行矢量变换，通过直接控制dq坐标系下的电流，控制永磁同步电机的电磁转矩。
变频器控制下的永磁同步电机性能分析
变频器控制下的永磁同步电机性能分析第一章：引言变频器控制下的永磁同步电机是一种新型高效率的电机，在目前的工业领域得到了广泛应用。
它具有高效率、高功率密度、高性能、高稳定性等优点，特别是在电动汽车、工业、航空、医疗等领域中具有广泛应用。
第二章：永磁同步电机的工作原理永磁同步电机与其他电机不同，它的转子上装有永磁体，因此具有很高的磁阻，使得永磁同步电机的效率较高、输出功率较大。
永磁同步电机分为电枢交流电机和永磁式直流电机两种，这里主要介绍永磁式直流电机。
永磁同步电机由定子和转子两部分组成，和普通的同步电机一样，通过定子的电磁场来控制转子的转速和转向。
永磁同步电机还可以通过变频器实现调速功能，提高了电机的效率。
第三章：变频器控制下的永磁同步电机性能分析1.瞬态特性分析在变频器控制下的永磁同步电机启动时，根据磁场理论，电机磁场是要先建立的，因此启动瞬间电流和磁场会有一个预充过程，依据电机参数，预充过程一般在100ms左右。
在预充过程中，瞬态特性较为明显，需要针对性地进行调节，避免出现过流现象导致电机损坏。
2.稳态特性分析稳态特性是指永磁同步电机在变频器控制下达到正常工作后的性能分析。
在稳态下，永磁同步电机具有高效率、节能、定转矩、低噪音等特点，适用于航空、电动汽车、机床、石油、矿业等领域。
稳态下，永磁同步电机应用变频器调节电压和频率，以获得更好的节能效果。
3.调速性能分析变频器控制下的永磁同步电机可以通过调节变频器输入信号的频率和幅值，控制电机的速度和扭矩，实现智能调速，达到节能效果。
同时，永磁同步电机控制电路采用高精度数字信号处理器进行闭环控制，控制精度高，噪音低，抗干扰能力强，适用于如电动汽车、航空等高精度需求领域。
4.效率分析永磁同步电机具有高效率、高功率密度等特点，特别适用于如电动汽车、高速列车、风力发电等领域。
在变频器控制下，永磁同步电机能够实现精准控制，提高效率，在高速、变路况等特殊条件下也能保持高效率。
永磁同步电机的调速控制研究与探讨
永磁同步电机的调速控制研究与探讨摘要:永磁同步电机相对于其它电机而言有着优异的性能，能够在石油、煤矿、大型工程机械等比较恶劣的工作环境下运行,这不仅加速了永磁同步电机取代其它电机的速度，同时也为永磁同步电机的发展提供了广阔的空间。
目前，永磁同步电机（pmsm）以其高功率密度、高性价比等独特优点受到国内外的普遍重视，因此，对永磁同步电机的调速控制研究具有非常重要的意义。
论文首先介绍了永磁同步电机的各种控制策略，接着分析了永磁同步电机的结构及其特点。
然后从矢量控制理论出发，重点分析了永磁同步电机的数学模型，并在此基础上，探讨了空间电压矢量控制方法。
关键词：调速控制系统;空间矢量控制;永磁同步电机中图分类号：tm3文献标识码： a 文章编号：1永磁同步电机的结构及其特点1.1永磁同步电机概述永磁同步电机的转子采用高性能的稀土永磁材料，使得电机尺寸减小；由于发热主体在定子侧，散热也比较容易；同时，其结构简单、效率和功率因素高及输出转矩大等特点，这些优点使得永磁同步交流伺服系统已成为现代伺服系统的主流，在很多驱动领域己经取代直流电机。
1.2永磁同步电机的结构永磁同步电机是用装有永磁体的转子取代绕线式同步电动机转子中的励磁绕组，从而省去了励磁线圈、滑环和电刷以电子换向器，实现无刷运行。
pmsm的定子与绕线式同步电动机基本相同，要求输入定子的电流仍然是三相正弦的，所以称为三相永磁同步电机。
永磁同步电机的定子是电枢绕组，转子是永磁体。
就整体结构而言，永磁同步电机可以分为内转子和外转子式；就磁场方向来说，有径向和轴向磁场之分；就定子的结构而论，有分布绕组和集中绕组以及定子有槽和无槽的区别。
1.3永磁同步电机的特点虽然永磁同步电动机转子结构差别较大，但由于永磁材料的使用，永磁同步电机具有如下共同的特点：（1）、体积小、质量轻。
（2）、功率因数高、效率高，节约能源。
（3）、磁通密度高、动态响应快。
（4）、可靠性高。
（5）、具有严格的转速同步性和比较宽的调速范围。
变频空调中永磁同步电机的高性能控制
变频空调中永磁同步电机的高性能控制摘要：本文主要探讨了变频空调中永磁同步电机的高性能控制方法。
通过采用矢量控制技术和改良算法，实现了对永磁同步电机的精确控制，提高了变频空调的能效比和舒适度。
实验结果表明，该控制方法具有良好的控制性能和实际应用价值。
关键词：变频空调；永磁同步电机；控制；矢量控制引言：随着人们生活水平的提高和科技的发展，变频空调作为一种先进的空调设备，逐渐成为人们日常生活和建筑工程中的重要组成部分。
在变频空调中，永磁同步电机是一种常见的驱动电机，其高性能控制对于提高空调能效比和舒适度具有重要意义。
本文将探讨变频空调中永磁同步电机的高性能控制方法，希望能对有关方面的理论与实际工作起到一定的借鉴作用。
一、研究背景变频空调作为一种先进的空调设备，其核心技术在于对电机的控制。
传统的定频空调采用固定频率工作，能耗较高且舒适度不佳。
而变频空调可以根据环境温度和负载情况实时调整工作频率，从而实现节能减排和提升舒适度的作用。
在变频空调中，永磁同步电机是一种具有高效率、高精度、低噪声等优点的驱动电机。
因此，研究永磁同步电机的高性能控制方法具有重要意义。
二、研究目的本研究的目的是通过采用矢量控制技术和改良算法，实现变频空调中永磁同步电机的高性能控制，从而提高变频空调的能效比和舒适度。
具体研究内容包括以下几个方面：1. 矢量控制策略研究：分析矢量控制技术的原理和实现方法，研究不同矢量控制策略的优缺点，为后续实验提供理论支持。
2. 磁场定向控制研究：通过检测或估计电机转子磁通的位置及幅值，选择合适的磁场定向角度，实现永磁同步电机的磁场定向控制。
3. 转矩控制研究：通过对电流进行调节和控制，实现永磁同步电机的转矩控制，提高电机的输出转矩和能效比。
4. 速度控制研究：根据负载情况和实际需求，通过调节电机的转速，实现变频空调的速度控制，提高舒适度。
5. 改良算法研究：针对负载波动等特点，提出减小电机转速脉动的改良算法，提高电机的动态性能。
永磁同步电动机怎么调速
永磁同步电机调速的问题一直是工业应用中比较棘手的问题，要适用于多个场景和不同的使用环境，务必要对永磁同步电动机进行调速。
那么是否能够调速？应该怎么调速？嘉轩(JASUNG)了解到，永磁同步电动机调速有三种状态：1、基频以下调速磁场定向控制：磁场定向，即在d-q坐标系下，电机参数中，如励磁电流，影响力矩的部分，是参数投影到q轴的分量。
而投影到d轴上的部分，则不必考虑，即通常所说的id=0方法。
此方法下，电机最大输出转速的决定因素是控制器最高供电电压。
磁场定向控制策略的局限在于，不能体现励磁电流影响磁场的部分参数变化，因此不能进行弱磁控制。
2、基频以上调速直接转矩法，出发点是想要通过控制转矩公式中的参数去直接对转矩输出值产生影响。
选择矩角作为控制对象。
以内置式转子永磁同步电机为例，说明具体方法。
在电源电压和定子磁场频率恒定的情况下，电机实时输出转矩，与矩角的正弦值成正比。
可以在离线状态下，计算每个转矩角对应的电磁转矩值，形成一张矢量表，存放在上位机。
在电机控制器运行过程中，实时观测转矩和转矩角，并提取表格中的原始值进行比对。
发现与表格的值有出入，则调整电源电压值，进行转矩修正。
直接转矩法，鲁棒性好，算法简单，并且不需要坐标变换，在早期是应用较多的一种控制方法。
但这种方法在低转速情况下，控制精度急剧下降。
因此可以选择仅在基频以下使用。
3、最大力矩电流比控制策略将电流在d-q坐标系下解耦，再分别求取每个分量的转矩电流最大比，目的是获得确定励磁电流下的最大转矩。
用求取二阶导数的方式确定极大值的存在性。
在调速区间内，对转矩电流比求导，二阶导数小于0，则转矩电流比最大值存在。
好了以上就是永磁同步电机怎么调速的问题，希望可以解决你的疑问。
基于弱磁升速的永磁同步电机调速系统研究
基于弱磁升速的永磁同步电机调速系统研究基于弱磁升速的永磁同步电机调速系统研究摘要：本文研究了基于弱磁升速的永磁同步电机调速系统。
首先，介绍了永磁同步电机的基本原理和特点，并分析了调速系统的重要性。
然后，详细讨论了永磁同步电机调速系统中的弱磁升速技术。
最后，通过实验验证了该调速系统的有效性和可靠性。
引言永磁同步电机是一种具有高效率、高功率密度和高控制精度的电机。
近年来，随着电动汽车、舰船和风力发电机组等应用领域的广泛发展，永磁同步电机的研究成为了热门话题。
调速系统作为永磁同步电机的关键组成部分，对电机性能和运行稳定性起着至关重要的作用。
永磁同步电机的调速系统主要包括传感器、控制器和驱动器等组件。
其中，驱动器是实现电机速度调节和转矩控制的核心部分。
传统的永磁同步电机调速系统通常采用磁场定向控制策略，通过测量电机的电流、转速和位置信号来控制电机的运行状态。
然而，由于传感器的测量误差和传递延迟等因素的存在，传统调速系统的响应速度和控制精度有一定的限制。
为了解决这一问题，本文提出了一种基于弱磁升速的永磁同步电机调速系统。
弱磁升速技术是指在电机低速、小负载或突变负载条件下利用磁场变化特性实现电机的快速响应和高控制精度。
该技术主要包括双矩极调速和磁链损耗调速两种方式。
双矩极调速是指通过调整电机的矢量控制策略，使电机在低速运行时仅激励一个磁极，从而提高转矩响应速度。
同时，通过改变磁极数目和位置的方式，可以进一步优化电机的性能。
磁链损耗调速是指通过调整电机的绕组参数和通电方式，降低电机的磁链大小和损耗，从而减小电机的转矩惯量和响应时间。
该方法主要通过降低电机的漏磁和回路阻抗来实现。
实验结果表明，磁链损耗调速可以显著提高电机的静态和动态响应性能。
为了验证弱磁升速技术在永磁同步电机调速系统中的应用效果，本文设计了一台基于DSP控制器的实验平台。
在实验中，通过改变电机的磁极数目和位置，以及调整绕组参数和通电方式，分别进行了双矩极调速和磁链损耗调速的性能测试。
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2010 年 10 月 第 38 卷 第 20 期
机床与液压
MACHINE TOOL ＆ HYDRAULICS
Oct. 2010 Vol. 38 No. 20
DOI： 10． 3969 / j. issn. 1001 － 3881. 2010. 20. 036
永磁同步电机磁场定向变频调速技术的研究
1， 2 1 刘学鹏 ，赵冬梅
U d = （ R + p L d ） i d － ωL q i q U q = ωL d i d + （ R + pL q ） i q （ 1） T = Pn a i q + Pn （ Ld － Lq ） i d i q 式中： i d 、i q 分别为 d 轴和 q 轴的定子电流； U d 、 U q 分别为 d 轴和 q 轴的端电压； a 为磁通量； R 为定子 电阻； L d 、L q 分别为 d 轴和 q 轴的自感； p 为微分因 子； P n 为电机极对数 。
2 Uo = 槡 U2 （ 8） do + U qo ≤ U om = U max － RI max U do = － ωL q i q （ 9） U qo = ω a + ωL d i d （ 10 ） 当 U o = U om 时，根据上面 3 个方程式，可以推导
2. 2
永磁同步电机的模型。
转矩和功率图对转速的关系如图 2 所示，在额定 转速范围内，功率与转速成正比，额定转矩恒定，这 部分区间称为恒转矩区间； 在扩展转速与额定转速范 围 内， 转 矩 与 转 速 成反 比， 功 率 恒 定， 这部分通常采用弱磁 控制； 超过扩展转速， 此时，功率与转速成 反比。下面将具体对 转矩控制和弱磁控制 图 2 转速、功率、转矩关系图 进行讨论。 2. 2. 1 条件： Ia = Ua = i + i ≤I max 槡 U + U ≤U max 槡
· 108·
机床与液压
第 38 卷
示） 得到三相定子实时电流，由 CLARK （ 三相静止 坐标转换为二相静止坐标） 变换和 Park 变换得到 dq 坐标下的电流，结合 dq 坐标下的电压，采用位置预 估技术，推算出实时的转子位置和速度，为电流和速 度二级反馈提供参数 。
2. 4
PI 调节技术
在文中，电机控制系统采用位置型 PI 调节技术， 将永磁同步电机应用在直流变频空调上，考虑到 IGBT 模块的散热 、 室外压缩机的温度保护以及制冷系 统要求快速升降频和静音的特性，对 PI 技术进行了 改进： （ 1 ） 采用了积分分离的数字 PI 调节器 。 为避免 磁场定向控制系统出现深度饱和引起震荡，导致系统 不稳定，采用积分分离的数字 PI 法： 该控制器设定 指令值 u 的 ± 10% 为限幅值，当误差值在 （ 90% u ， 110% u） 引入 PI 控制器，进行精度控制； 当误差值 不在上述范围内，采用 P 控制器，加速系统朝稳定范 围逼近 。 （ 2 ） 直流变频空调系统中，在不同温度条件下， 运行时间的长短，都会引起元器件的特性发生变化， 空调频率的上升和下降，要求整个空调系统特别是室 外永磁同步电机的控制系统要适时调整，以满足鲁棒 性 。在文中，采用基于频率段的参数调整，将全频率 段分为 13 个段，如表 1 所示 。
Abstract： The field oriented technology of permanent magnet synchronous motor was introduced． Aiming at large torque and widerange speed in practice， the maximum torque versus current technology and fieldweakening technology were induced with the constraint of current and voltage． According to the phenomena of unstable system parameters in large speed application environment，the method that the control parameters were adjusted over the entire frequency was adopted． The experimental results demonstrate that the system has a wide speed range （ from 15 Hz to 90 Hz） ，and has good stability． Keywords： Fieldoriented technology； PMSM； Inventor regulating speed； Maximum torque control； Fieldweakening control； Adjusting over the entire frequency
第 20 期
刘学鹏 等： 永磁同步电机磁场定向变频调速技术的研究
· 107·
差。 图 1 是具体的实 验图 。 实验采用了 4 组 对照数据，这几组数 据分别对应不同的 q 轴电感与 d 轴电感的 比值 。 可以 得 出： 随 着电感比值越大，曲 图 1 最大转矩位置 线向右倾斜，最大转 矩电流值对应的角度越偏离 90° ，同时转矩越大 。 这 说明了 IPM 机型的凸极性影响转矩的特性，在实例 应用中，应根据具体的参数设计出最佳的控制规则 。
收稿日期： 2009 － 08 － 20 基金项目： 中山市科技攻关项目 （ 20083A211 ） 作者简介： 刘 学 鹏 （ 1975 —） ，男，博 士 后，研 究 方 向 为 电 机 控 制、 数 控 机 床 控 制 与 应 用、 DSP 控 制 与 应 用。 电 话： 13822760015 ，E － mail： lxpzdm@ 163. com。
（ 1. 中山职业技术学院，广东中山 528404 ； 2. 华南理工大学，广东广州 510641 ）
摘要： 介绍永磁同步电机磁场定向变频技术 。针对在实际应用中出现的大转矩 、 大范围转速的要求，根据实际电压电 流约束的条件推导出最大转矩电流比值控制的理论方程和弱磁控制的理论方程； 根据实际大转速引起的参数不稳现象，采 用基于全频率段的可调参数方法 。实验结果表明： 该调速技术调频范围广 （ 15 ～ 90 Hz） ，使空调系统稳定性好。 关键词： 磁场定向； 永磁同步电机； 变频调速； 最大转矩控制； 弱磁控制； 全频段调节 中图分类号： TP391. 9 文献标识码： A 文章编号： 1001 － 3881 （ 2010 ） 20 － 106 － 3
id = －
a 1 + Ld Ld
槡
U2 om
最大转矩控制
在实例运行过程中，存在着定子电流电压的约束 （ 2） （ 3）
2. 3
同步电机的控制结构图
结合上面的两种控制技术，同步电机的控制结构 图如图 4 所示 。
式中： I max 、U max 分别为定子最大直流电流和定子直流 最大电压。 根据公式 （ 2 ） 有： id = 将公式 （ 4 ） 代入方程式 （ 1 ） 中， T = Pn a i q + Pn （ Ld － Lq ） i q 定条件，有： T / I a = 0
随着高性能永磁材料 、微电子技术 、自动控制技 术和电力电子技术特别是大功率半导体器件的快速发 展，永磁同步电机得到了迅速的发展 。由于其调速性 能优越、体积小 、质量轻 、效率高 、转动惯量小 、 励 磁损耗小，因此在各个领域有着广阔的应用前景 。其 具有明显的优越性，如反馈装置简单 、 功率密度高 、 输出转矩更大 。 永磁同步电机由于使用工况的不同，转矩要求 高，转速要求范围广，频率调整时系统要求平稳，这 些都是永磁同步电机研究的热点 。
［1 － 2 ］
在 dq 坐标系中，转矩集中在 q 轴上，等效励磁绕组 在 d 轴上，实现了电机的完全线性解藕，有利于电机 的稳定控制 。
2. 1
永磁同步电机的凸极性
， dq 轴系随同转子以角频
率 ω 一道旋转，可得到永磁同步电机在转子同步旋 转坐标系 dq 下的数学模型为：
针对内埋式的永磁同步电机 （ IPM ） ，下面进行 了几组实验，实验机采用了双对极同步电机，具体参 数为： d 轴感抗为 5. 6 mH， q 轴感抗为 9. 1 mH，电 阻为 0. 7 Ω ，磁通量为 0. 862 Wb，惯性量为6. 85e － 4 kg · m2 ，实验纵坐标为最大转矩电流比值，横坐标为 等效励磁绕组相位与最大转矩电流比值的相位角度
Study on PMSM Field Oriented Inventor Regulating Speed Technology
2 LIU Xuepeng1， ，ZHAO Dongmei1 （ 1. Zhongshan Polytechnic，Zhongshan Guangdong 528404 ，China； 2. South China University of Technology，Guangzhou Guangdong 510641 ，China）