一种新颖的永磁同步电动机起动策略的研究
永磁同步电动机控制策略及应用研究综述_张宏宇
中图分类号:TM 341 TM 351 文献标志码:A 文章编号:1001-6848(2008)04-0069-05永磁同步电动机控制策略及应用研究综述张宏宇,闫 镔,陆利忠(信息工程大学,郑州 450002)摘 要:分别阐述了经典控制策略、现代控制策略、智能控制策略和复合控制策略的原理及其在永磁同步电机伺服系统中的应用,分析了各种控制策略的优缺点,展望了发展趋势。
关键词:永磁同步电动机;控制策略;智能控制;发展趋势Control Strategy and Application R evie w of Per m anentM agnet SynchronousM otorZ HANG H ong -yu,YAN B in ,LU L-i zhong(Infor m ati o n Eng i n eer i n g Un i v ersity ,Zhengzhou 450002,China)Abst ract :In th is paper ,the contro l strategy of the per m anent m agnet synchronous m oto r (P M S M )w ere i n tr oduced firstly ,Then the t h eory and app lication of the contro l field of the P M SM servo syste m,respecti v e l y throught the classic contro,l t h e m odern contr o ,l the intelligent con tro l and the co m positi v econtro lw ere explained ,analysed the ir m erits and dra wbacks and gave out the f u ture trends in the con tro lsche m es o f P M S M.K eywords :Per m anent m agnetsynchronous m otor ;Controlstra tegy ;I nte lli g entcontro;lDevelopm en t trend收稿日期:2007-07-24基金项目:河南省自然科学基金项目(061102400)0 引 言永磁同步电动机通常指反电动势为正弦波的永磁无刷同步电机[36]。
永磁同步电动机的研究及输出特性分析
永磁同步电动机的研究及输出特性分析永磁同步电动机是一种新型电机，它将现代电子技术、电机技术和材料技术相结合，具有高效、高功能、小体积、轻质量、低噪音、无电磁干扰等特点，目前已成为应用于电动车、电机车、电动自行车、风力发电、太阳能光伏发电等领域最受欢迎的电机之一。
而永磁同步电动机的性能也是使用者关注的重点。
以下文章将从永磁同步电动机的研究和输出特性分析两个方面来探讨这个话题。
一、永磁同步电动机的研究（一）磁路分析永磁同步电动机的磁路是它的核心。
永磁同步电机的磁路是由永磁体、定子铁心、转子铁心共同组成的。
电机的磁路有两种方式，即饱和磁路和线性磁路。
饱和磁路是电流越大磁势越大，磁阻越小，导致磁通量增长趋于平缓的情况。
而线性磁路则是不受其它因素影响的磁通量变化。
在永磁同步电动机中，饱和磁路与线性磁路并存。
在电机工作的过程中，由于更换相序以及磁路的磁滞和饱和等现象，平衡条件不能被满足。
（二）电磁分析永磁同步电动机的电磁分析是实现高效、高性能的关键。
在永磁同步电机中，电磁部分的建模是一项非常重要的工作。
为了实现对电机的性能进行可靠预测，必须建立起一组有关电机的方程模型，包括电磁、热力学、建模以及计算分析等方面。
对于实际工程问题，这些模型可以通过ANSYS Maxwell和Fluent来实现。
此外，为了让永磁同步电机具备高性能和高效能，选择合适的永磁体及适当的电机参数值是非常重要的。
（三）控制策略在永磁同步电动机中，控制策略是让电机实现高效性和高性能的关键。
电机的控制主要分为转速控制和转矩控制两种方式。
对于永磁同步电机，常见的控制方式有矢量控制和直接转矩控制等方式。
其中矢量控制通过改变电机的电路和电机参数控制电机工作状态，是一种更为高级的控制方式。
而直接转矩控制方式则直接控制电机转矩大小，更适合于一些实时控制。
二、永磁同步电动机的输出特性分析（一）输出特性介绍输出特性是永磁同步电机的一个重要性能指标。
它仅通过设计选择参量来实现，在工作中无法改变，所以它是永磁同步电机的固有品质。
高效自启动永磁同步电动机核心技术研究
高效自启动永磁同步电动机核心技术研究1、永磁同步电动机关键制造工艺的研究永磁同步电动机关键工艺的研究主要包括永磁体装配以及永磁电机总装配工艺的研究。
1）永磁体装配工艺的研究由于高性能钕铁硼稀土材料的应用，永磁电机的转子加工精度要求较高，永磁电机转子上的永磁体槽与永磁体之间留有的间隙较小，一般在0.2~0.4mm范围，而目前永磁电机铁心叠压工艺大多采用铁心冲片的轴孔键槽定位方式已不能满足加工要求。
利用轴孔键槽定位，其定位方式精度低，转子铁心永磁体槽的整齐度得不到保证，叠压质量不能满足精度要求。
通常的解决措施是，利用人工对永磁体槽进行磨挫，增加永磁体槽的周边气隙，使永磁体能够顺利装入永磁电机转子内，这种工艺浪费了大量的时间和人力，延长了电机的生产周期和增加了电机的加工成本，而且容易造成由于电机永磁体槽在磁化方向气隙的增大而引起永磁电机运行性能恶化的结果。
1 假轴2大头螺母3转子挡板4转子铁心5双头螺栓6螺母7转子槽8永磁体槽图27.转子铁心叠压示意图而采用假永磁体定位的叠压工艺，在转子铁心完成铸铝后拆卸假永磁体的时机不易掌握，铸铝转子的一次合格率较低，加工效率低下。
新的加工工艺是综合了两种加工工艺的优点而形成的、创新的叠压工艺（如图27），采用冲片键槽及固定转子端板的双头螺栓进行定位，有效地解决了转子铁心叠压不齐的问题，而且在永磁体装配前，增加了清槽工艺过程，使转子上的永磁体槽的尺寸公差完全能能够满足永磁体装配的要求。
2）永磁电机总装配工艺的研究由于装入磁性较强的钕铁硼永磁材料，给永磁电机的装配工艺带来了很大的困难。
在转子刚接近定子时，由于永磁体的磁（极）性作用，定、转子就会紧紧地吸在一起，造成转子不能顺利装入定子，电机的功率越大，两者作用力就越大。
在无专用设备的过程中，如果装配时处理不当，不但两者会被强烈地吸引在一起而无法分开，影响了装配工作；甚至在强行分开的过程中损坏定、转子，更有甚者在实际装配过程中出现碰伤手指而致残的人身伤亡事故。
永磁同步电机控制策略及其应用
永磁同步电机控制策略及其应用永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，简称PMSM）是新一代高效、节能、环保的电机。
因其高效能、高功率密度、小体积、小惯量等特点，它近年来在各个领域得到了广泛的应用。
为了实现高效、稳定、快速响应的控制，PMSM需要不断的探索与优化其控制算法。
本文将探讨永磁同步电机控制策略以及其在工业生产和汽车制造等领域的应用。
一、永磁同步电机控制策略1. 矢量控制矢量控制是目前应用最广泛的永磁同步电机控制策略。
它是一种既能够控制电机的电磁转矩，又能够控制电机的磁通的控制方法。
矢量控制可以使永磁同步电机在不同负载和转速下保持稳定的工作。
2. 直接转矩控制直接转矩控制是一种以控制电机转矩为基础的控制方法。
直接转矩控制的优点是反应快、精度高，但是其要求系统的传感器精度和响应速度都很高，成本较高。
3. 基于通量观测的控制基于通量观测的控制是一种通用的控制方法。
它通过对电机的磁通进行观测，从而实现了对电机的控制。
它通过传感器、观测器和闭环控制器三个部分构成。
二、永磁同步电机在工业生产中的应用随着工业化的迅速发展，各种机器设备都在不断地改进升级，工业生产中的永磁同步电机也得到了广泛的应用。
以下是几个典型的应用场景。
1. 机床加工永磁同步电机在机床加工中的应用已经成为一个趋势。
它可以实现高精度加工、高速切削、扭矩大输出平稳等特点，能够满足机床高质量高效率的加工需求。
2. 电动汽车永磁同步电机电动汽车是未来汽车行业的重要发展方向。
它可以实现高效、低能耗、低碳排放等优点。
相较于传统的内燃机汽车，永磁同步电机电动汽车具有更高的能量利用率。
3. 风力发电永磁同步电机风力发电技术已经成为风能转化的主流技术之一。
在风力发电场中，永磁同步电机可以实现对风轮的控制，将风能转化为电能。
它可以实现高效稳定的风力发电，具有很高的经济效益。
三、永磁同步电机在汽车制造等领域的应用1. 汽车底盘系统永磁同步电机在汽车底盘系统中的应用也越来越广泛。
一种内嵌式永磁同步电机启动策略
A Starting Strategy of Interior Permanent Magnet Synchronous Motor ZHENG Weijie1，2，SUN Tianfu2，LAI Yueshen1，SHANG Yaceng1
电气传动 2021 年 第 51 卷 第 5 期
ELECTRIC D式永磁同步电机启动策略
郑伟杰 1，2，孙天夫 2，来跃深 1，尚雅层 1 （1. 西安工业大学 机电工程学院，陕西 西安 710016； 2. 中国科学院 深圳先进技术研究院，广东 深圳 518000）
（1. Mechanical and Electrical Engineering，Xi’an Technological University，Xi’an 710016，Shaanxi， China；2. Shenzhen Institutes of Advanced Technology，Chinese Academy of Sciences， Shenzhen 518000，Guangdong，China）
Key words: interior permanent magnet synchronous motor（IPMSM）；sensorless；high-frequency pulsating triangle wave voltage signal injection method；twice rotor reservation method
内 嵌 式 永 磁 同 步 电 机（IPMSM）具 有 高 功 率 密度、高转矩电流比、调速范围广等特点，在新能 源汽车、数控机床、机器人等领域得到了广泛的 应用[1-2]。在电机启动阶段，为获取高性能的控制
一种新型永磁同步电机控制技术的研究的开题报告
一种新型永磁同步电机控制技术的研究的开题报告1. 研究背景及意义随着电动汽车技术的快速发展，永磁同步电机逐渐成为电动汽车驱动系统中的主流电机类型。
永磁同步电机具有高效率、高功率密度、低噪音、高可靠性等优点，已广泛应用于电动汽车、轨道交通和工业机械等领域。
永磁同步电机的控制技术是电机驱动系统关键技术之一。
目前，永磁同步电机的控制技术主要包括矢量控制、直接转矩控制、模型预测控制等方法。
但是，现有的永磁同步电机控制技术存在一些问题，如复杂的数学建模、计算量大、响应速度慢等，无法满足高性能电机驱动系统的需求。
本课题旨在探索一种新型永磁同步电机控制技术，解决现有控制技术存在的问题，提高电机驱动系统的性能和效率。
2. 研究内容和方法本课题的研究内容主要包括以下几个方面：（1）研究永磁同步电机的建模和特性分析，分析电机控制的难点及优化方向；（2）研究一种新型永磁同步电机控制技术，该技术采用基于深度学习的控制方法，通过神经网络建立永磁同步电机的非线性模型，实现高精度控制；（3）通过仿真实验和实际测试，验证新型控制技术在动态响应、效率、噪音等方面的优势；（4）对比分析新型控制技术与现有控制技术的性能差异，探讨新型技术在电机控制领域的应用前景。
本课题的研究方法主要采用理论研究和实验研究相结合的方式，采用仿真和实际测试相结合的方法，综合考虑理论推导、仿真验证和实际测试等方面的结果，论证新型控制技术的可行性和有效性。
3. 研究预期成果及意义本课题的预期成果主要包括以下几个方面：（1）提出一种新型永磁同步电机控制技术，克服现有永磁同步电机控制技术存在的问题，实现高精度、高效率的电机驱动系统控制；（2）通过仿真和实际测试，验证新型控制技术在动态响应、效率、噪音等方面的优势，为电机驱动系统优化提供重要依据；（3）对比分析新型控制技术与现有控制技术的性能差异，探讨新型技术在电机控制领域的应用前景，为行业发展提供重要支撑。
本课题的研究成果将推动永磁同步电机控制技术的发展，提高电机驱动系统的性能和效率，促进电动汽车、轨道交通和工业机械等领域的发展。
《永磁同步电机传动系统的先进控制策略及应用研究》范文
《永磁同步电机传动系统的先进控制策略及应用研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，对电机传动系统的性能要求越来越高。
永磁同步电机（PMSM）以其高效率、高功率密度和良好的调速性能，在工业、交通、能源等领域得到了广泛应用。
然而，为了进一步提高PMSM传动系统的性能，研究先进的控制策略显得尤为重要。
本文将重点探讨永磁同步电机传动系统的先进控制策略及其应用研究。
二、永磁同步电机的基本原理与特性永磁同步电机是一种基于永磁体产生磁场的电机，其转子的磁场与定子电流产生的磁场相互作用，实现电机的转动。
PMSM 具有高效率、高功率密度、低噪音、低振动等优点，是现代传动系统的重要选择。
三、传统控制策略的局限性传统的永磁同步电机控制策略主要包括矢量控制和直接转矩控制等。
虽然这些策略能够满足一定的性能要求，但在高精度、高动态性能的应用场合，仍存在一些问题，如参数敏感性、鲁棒性差等。
因此，研究先进的控制策略具有重要意义。
四、先进控制策略的研究针对传统控制策略的局限性，学者们提出了许多先进的控制策略，如无传感器控制、模型预测控制、自适应控制等。
1. 无传感器控制：无传感器控制通过估计电机的转速和位置，消除了机械传感器的使用，提高了系统的可靠性和成本效益。
2. 模型预测控制：模型预测控制基于电机的数学模型，通过优化算法预测未来的行为，实现电机的最优控制。
3. 自适应控制：自适应控制能够根据电机的运行状态自动调整控制参数，提高系统的鲁棒性和动态性能。
五、先进控制策略的应用研究（一）高精度应用场合在需要高精度的应用场合，如数控机床、精密加工设备等，采用模型预测控制和自适应控制等策略，能够实现对电机的高精度控制，提高设备的加工精度和稳定性。
（二）新能源领域的应用在新能源领域，如风力发电、电动汽车等，永磁同步电机传动系统具有重要应用。
采用无传感器控制和自适应控制等策略，能够提高系统的可靠性和效率，降低维护成本。
（三）其他领域的应用此外，永磁同步电机传动系统的先进控制策略还可应用于航空航天、医疗设备、物流等领域。
永磁同步电机控制策略研究
永磁同步电机控制策略研究永磁同步电机是一种新兴的电机类型，具有高效率、高功率密度和良好的动态性能等优点，被广泛应用于工业和交通领域。
为了充分发挥永磁同步电机的性能，研究和优化其控制策略是非常重要的课题。
本文将从几个方面介绍永磁同步电机控制策略的研究。
首先，我们来了解永磁同步电机的基本原理。
永磁同步电机的转子上有一组永磁体，可以产生一个恒定的磁场。
当定子绕组通过电流时，会在定子上产生一个旋转磁场。
磁场的旋转速度与电机的转速相同，因此电机转动时，磁场与转子磁场之间会存在磁矢量差异，从而产生电磁转矩。
因此，永磁同步电机的控制策略主要是控制定子电流，以实现所需的转矩和转速。
其次，我们来介绍永磁同步电机的传统控制策略。
传统的控制策略包括矢量控制、直接转矩控制和间接转矩控制。
矢量控制是较为常用的一种策略，它通过测量永磁同步电机的电流和位置信息，并使用数学模型来估算电机的转子位置和电流矢量。
通过对定子电流和转子位置矢量进行控制，可以实现精确的转矩和转速控制。
直接转矩控制和间接转矩控制则是通过估算电机的转矩值，并控制定子电流来实现转矩和转速控制。
这些传统控制策略都能够有效地控制永磁同步电机，但仍存在一些问题，如系统复杂度高、动态响应不理想等。
接下来，我们来介绍一种新型的永磁同步电机控制策略，即模型预测控制。
模型预测控制是一种优化控制策略，它通过建立电机的数学模型，并预测未来一段时间内的电机状态和输出，进而优化控制信号，以实现更好的控制效果。
对于永磁同步电机而言，模型预测控制可以提供更精确的转矩和转速控制，并能够在动态响应和响应时间上有所改善。
此外，模型预测控制还可以考虑系统的约束条件，如电流限制、电压限制等，以确保系统的安全性和稳定性。
最后，我们来探讨永磁同步电机控制策略的研究方向和挑战。
目前，永磁同步电机的控制策略研究正朝着更加高效、智能和可靠的方向发展。
一方面，研究人员正着重优化传统的控制策略，提高永磁同步电机的性能和控制精度。
永磁同步电动机 起动 方式研究
永磁同步电动机起动方式研究摘要：永磁同步电动机（Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM）非常适合于电动车驱动，然而如果转子初始位置检测不正确，起动转矩将减小或伴随一时的反转，会直接影响PMSM驱动系统起动性能。
本文主要对永磁同步电动机起动方式进行研究。
关键词：永磁同步电动机；起动方式；起动性能1.永磁同步电动机起动问题同步电动机的电磁转矩是定子旋转磁场与转子磁极相互作用而产生的。
但它们仅仅在相对静止时,也就是转子以同步转速旋转时,才有恒定方向的转矩。
当电动机起动时,如果仿照异步电机那样直接在三相定子绕组中通以额定频率的三相电流,那么转子磁极还没动,但定子电枢绕组通过三相交流电形成的以同步速旋转的磁场,使得转子磁极所受的电磁转矩的方向瞬息交变,每经半个周期,转矩方向就改变一次,因此转子所受的平均转矩等于零。
所以同步电动机没有起动转矩,就不能自起动。
如图1所示，为永磁同步电动机起动过程。
图1永磁同步电动机起动过程2.常用起动方法的比较①定子电流的频率由低到高逐渐增加,最终将转子牵入同步速;②利用绝对式光电码盘或旋转变压器获得转子磁极的初始位置,再给出相应的起动转矩实现起动;③采用带有简单磁极定位功能的增量式光电编码器。
它输出两组信息:一组用于检测磁极位置,带有绝对信息功能,三路彼此相差120°的脉冲U、V、W;另一组完全同增量式光电编码器,输出三路方波脉冲A、B和Z。
利用U、V、W三路信号可先确定转子的大概位置,再一边通入定子电流一边根据A、B两路信号的先后次序来将转子初始位置角度范围缩小,通过多次循环最终达到所需的精度要求;④在电机起动之前向定子通入直流电,产生一个静止的磁场以便将转子转到事先约定的零位置上,这样就完成了转子位置初始化。
进行转子位置初始化时,电流可取额定值以便于产生足够的定位转矩。
以上四种方法各有优缺点:第一种方法对硬件没有特殊的要求,可适应不同的硬件系统,但无法实现最大转矩起动,所以效率较低,耗时较长,同时也增加了编程上的工作量;第二种方法具有较高的精度,但对系统的硬件即位置反馈装置进行了限制,具有一定的局限性,且成本较高;第三种方法在转子微小转动的基础上可获得较高精度转子初始位置角,但其实现必须以DSP为基础配以较复杂的程序,并对光电码盘提出了较高的要求,实现起来比较麻烦;而用最后一种方法在对电机转子进行初始定位时必须较大范围地转动转子,尤其在对极对数较小的电机进行定位时。
《永磁同步电机传动系统的先进控制策略及应用研究》范文
《永磁同步电机传动系统的先进控制策略及应用研究》篇一摘要：本文主要研究永磁同步电机传动系统的先进控制策略，包括其原理、特点、应用及实际效果。
通过对多种控制策略的深入探讨，旨在提高永磁同步电机传动系统的性能，为相关领域的研究与应用提供理论依据和实际应用指导。
一、引言随着科技的不断进步，永磁同步电机因其高效率、高功率密度及长寿命等优点，在工业自动化、新能源车辆、航空航天等领域得到了广泛应用。
而其传动系统的控制策略则是决定其性能的关键因素。
因此，研究永磁同步电机传动系统的先进控制策略具有重要意义。
二、永磁同步电机传动系统概述永磁同步电机是一种利用永磁体产生磁场的电机，其传动系统主要由电机本体、控制器和传感器等组成。
其中，控制策略是核心部分，直接影响电机的运行性能和效率。
三、传统控制策略及问题分析传统的永磁同步电机控制策略主要包括矢量控制和直接转矩控制等。
这些策略在特定条件下能够取得较好的控制效果，但在复杂工况下，如负载变化、速度波动等情况下，传统控制策略往往难以达到理想的控制效果。
因此，需要研究更为先进的控制策略。
四、先进控制策略研究（一）智能控制策略智能控制策略是近年来研究的热点，包括模糊控制、神经网络控制、遗传算法等。
这些策略能够根据电机的运行状态和外界环境的变化，自适应地调整控制参数，从而提高电机的运行性能和效率。
（二）无传感器控制策略无传感器控制策略是利用电机的电气信号来估算电机的转子位置和速度，从而实现对电机的精确控制。
这种策略可以减少机械传感器的使用，降低系统成本和复杂度。
（三）预测控制策略预测控制策略是一种基于模型的控制策略，通过建立电机的数学模型，预测电机的未来行为，从而实现对电机的精确控制。
这种策略能够有效地抑制电机的振动和噪声，提高电机的运行平稳性。
五、先进控制策略的应用及效果（一）智能控制在永磁同步电机传动系统中的应用智能控制策略在永磁同步电机传动系统中的应用，能够有效地解决传统控制策略在复杂工况下难以达到理想控制效果的问题。
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一种新颖的永磁同步电动机起动策略的研究程方斌 赵荣祥 蔡慧 翁力浙江大学 摘要:永磁同步电动机起动时如果知道转子的初始位置,起动将会十分简便。
但是,永磁同步电动机的转子初始位置确定或估计一直是个难题。
在研究电动机静起动转矩的基础上提出了一种新的起动策略,较好地解决了在转子初始位置未知情况下电动机的起动。
此方法不需要依赖电机的任何参数,而且方法简单。
理论分析和实验结果均表明此方法是可行的。
关键词:永磁同步电动机 转子初始位置 起动Research on a Novel Start Stra tegy for P M S M Cheng Fangb in Zhao Rongx iang Cai H u i W eng L iAbstract :It is easy to start the perm anent m agnet synch ronous mo to r (PM S M )w hen know ing the initial ro to r po siti on .U nfo rtunately ,the initial ro to r po siti on esti m ati on at standstill state of the PM S M depends on the mo to r param eters and is relatively difficult .Based on the analysis of the static starting to rque ,a novelmo to r start strategy is p ropo sed in th is paper ,w h ich can realize mo to r starting under initial ro to r po siti on unknow n in 2stance .T he schem e is si m p le and independent of the mo to r param eters ,theo retic analysis and experi m ental re 2sults have p roved its validity .Keywords :perm anent m agnet synch ronous mo to r (PM SM ) initial ro to r po siti on start1 序言永磁同步电动机起动时如果知道转子的初始位置,起动将会十分简便。
事实上,无论是有速度和位置传感器的永磁同步电动机驱动系统还是无速度和位置传感器的驱动系统,由于在电动机起动时转子位置是任意的,无法准确确定转子的初始位置,给电动机的起动造成了一定的困难。
因此在起动时需要对转子初始位置进行估算。
对于转子初始位置的估算,许多研究者进行了大量的研究,提出了许多解决方案。
文献[1～3]是采用脉冲信号注入方式估算转子的初始位置,文献[4～6]则采用正弦载波信号注入的方案。
采用这些方法,能够估算出电动机转子的初始位置。
但是这些方法依赖于电动机的参数,在电动机静止或低速时会使转子位置估算产生误差,并且计算量较大和需要较多的硬件。
本文提出了永磁同步电动机一种新的起动方法。
本方法是在分析永磁同步电动机定、转子磁势的基础上,依据电动机静起动转矩,提出的一种数字控制方法,在不需要估算转子初始位置的情况下,可以使电动机在空载或者带载情况下顺利起动。
图1 永磁同步电动机的空间矢量图2 PM S M 的静起动转矩永磁同步电动机控制系统起动之前,转子静止,电动机的空间矢量图如图1所示。
图1中,d 2q 轴表示起动时转子的空间初始位置,ΑA 是定子A 相绕组的相轴;F s ,F r 分别是定、转子磁势的空间1 电气传动 2005年 第35卷 第9期一种新颖的永磁同步电动机起动策略的研究 矢量;Κ0是转子d 轴与ΑA 轴的夹角;Η是定、转子磁势空间矢量的夹角;n 为电动机转速;T es 为电动机静起动转矩。
假设此时定子三相绕组通入电流i A =I m co s (Κ0+Η)i B =I m co s (Κ0+Η-120°)i C =I m co s (Κ0+Η-240°)(1)式中:I m 为定子相电流的最大值;Κ0+Η为定子相电流的初相角。
那么,定子合成磁势的矢量为F s =N s i s =N s (i A +a i B +a 2i C )=32N s I m e j (Κ0+Η)=F s e j (Κ0+Η)(2)式中:N s 为定子绕组的等效匝数;i s 为定子电流综合矢量,i s =i A +a i B +a 2i C ;a 为旋转因子,a =e j120°,a 2=e j240°;F s 为定子磁势的幅值,F s =32N s I m 。
这时,永磁同步电动机产生的静起动转矩为T es =C m F s F r sin Η =32C m N s F r I m sin Η(3)式中:C m 为比例系数(与电动机的结构参数有关);F r 为转子磁势幅值(在永磁同步电动机中为一定值)。
当Η=90°,并且电流为额定电流时,由式(3)可得到额定转矩为T N =322C m N s F r I N(4)式中:I N 为电动机额定电流。
设电动机的负载率为k T (0≤k T ≤1),由式(4)可得到电动机的负载转矩为T L =k T T N =322k T C m N s F r I N(5)由式(3)和式(5)可知,控制I m 和Η取值,使得静起动转矩T es 大于负载转矩T L (为分析方便,不考虑其它阻力转矩),电动机就可以起动。
3 PM S M 在转子初始位置未知时的起动分析 永磁同步电动机在转子初始位置未知时的空间矢量图如图2所示。
图2中,d ′2q ′轴表示电动机起动时系统给定的转子假定初始位置,d 2q 轴表示起动时转子的实际初始位置,Κ0为ΑA 轴与假定转子d ′轴的夹角,∆为d 轴与d ′轴的夹角,也就是转子实际初始位置与给定初始位置的夹角。
图2 PM S M 转子初始位置未知时的空间矢量图 设转子位置初始角设定误差为∆,由于转子实际初始位置未知,即0°≤∆≤360°,即实际d 轴与假定d ′轴的夹角是任意的。
本文采用i d =0的控制策略,因此在要求电动机正向起动的情况下,控制系统给定的定子合成磁势F s 要求始终超前转子假定初始位置90°,如图2中所示。
由图2可知,此时F s 与F r 的夹角Η=90°-∆。
又设电动机起动电流倍数为k I (k I =I m(2I N ),k I ≥1),代入式(3),得到电动机正向起动时的静起动转矩为T esf =322C m N s F r I N k I sin (90°-∆)(6)由式(5)、式(6)可得到在系统给定为正向起动的情况下电动机运转状态的判据为T esf >T L ,T esf >0电动机正向运转T esf >T L ,T esf <0电动机反向运转 T esf <T L电动机无法运转按照以上判据,分别对各种起动状态讨论如下。
当 T esf >T L ,T esf >0时 T esf -T L =322C m N s F r I N ×[k I sin (90°-∆)-k T ]即当∆满足-arcco s (k T k I )<∆<arcco s (k Tk I)(7)电动机可正向起动。
这时不需要改变控制系统的设定。
当 T esf >T L ,T esf <0时,电动机反向运转。
为使电动机正向起动,需改变系统的设定,将F s 增加180°,改变电磁转矩方向,得 T esf -T L =322C m N s F r I N ×[k I sin (270°-∆)-k T ]即当∆满足180°-arcco s (k T k I )<∆<180°+arcco s (k Tk I)(8)11 一种新颖的永磁同步电动机起动策略的研究电气传动 2005年 第35卷 第9期 系统改变初始设定,电动机可正向起动。
当 T es <T L时,电动机无法运转。
为使电动机正向起动,可将F s增加90°,得 T esf-T L=322C m N s F r I N×[k I sin(180°-∆)-k T]即当∆满足arcsin(k Tk I)<∆<180°-arcsin(k Tk I)(9)电动机可正向起动。
同样需要改变一次控制系统的设定。
若此时电动机反向运转,则将F s再增加180°,得 T esf-T L=322C m N s F r I N×[k I sin(360°-∆)-k T]即当∆满足 180°+arcsin(k Tk I )<∆<360°-arcsin(k Tk I)(10)电动机可正向起动。
这需要改变两次控制系统的设定。
在式(7)～式(10)中,∆的取值范围也与k T,k I有关,也即k T,k I决定了电动机可以起动的转子位置范围和系统设定。
假定电动机满载起动(k T=1)时,取k I=2时,分析式(7)～式(10),得到∆取值范围和系统设定为-45°<∆<45°(无需设定)45°<∆<135°(一次设定)135°<∆<225°(一次设定)225°<∆<315°(二次设定)显然当k I>2时,电机起动范围为0°≤∆<360°。
而当k T=1,取k I=1.1(<2)时,分析式(7)～式(10),得到∆取值范围和系统设定为-24.6°<∆<24.6°(无需设定)65.4°<∆<114.6°(一次设定)155.4°<∆<204.6°(一次设定)245.4°<∆<294.6°(二次设定)可知当k I<2时,电机不能在0°≤∆<360°范围起动。
因此,由式(7)～式(10)可得当起动电流倍数满足k I>2k T(11)时,电机的起动范围为0°≤∆<360°,即电动机在转子初始位置未知的情况下按照系统的给定正向起动。