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不对称六相永磁同步电动机直接转矩控制策略的研究


不对称六相永磁同步电动机直接转矩控制策略的研究 【摘要】 不对称六相永磁电机控制系统采用直接转矩控制思想,具有结构简 单、鲁棒性好等优点,但对定子磁链和转矩估测具有较强依赖性,给出了不对称 六相永磁同步电动机直接转矩控制系统框图,并利用 Matlab 的 Simulink 全面完 成了对基于直接转矩控制的不对称六相永磁同步电机控制系统的仿真建模。 通过 本文仿真研究表明该控制策略针对不对称六相不对称永磁同步电动机有效, 同时 引入 SVPWM 改善稳态转矩和稳态电流,为进一步实验系统样机制作提供了一 定的理论基础。 【关键词】直接转矩控制;不对称六相永磁同步电动机;建模仿真 1.前言 永磁同步电动机(PMSM)因其高功率密度、高转矩和免维修等原因,广泛 应用于高效驱动领域。六相永磁同步电动机发展了三相永磁同步电动机的结构, 多应用于船舶电动推进等领域,它相对于普通永磁同步电动机而言有诸多优势, 如船舶推进系统中,电流谐波最低次数要比一般三相电机高,降低了谐波幅值, 提高了系统稳定性,减小转矩脉动,提高了电机工作效率,同时减小了转子谐波 损耗,另外一旦发生缺相等故障,系统仍然可以继续运行。因此,六相永磁同步 电动机驱动系统的开发和应用受到国内外的关注。[1] 随着电力电子技术的发展,电机变频调速系统在各种领域迅速发展和应用。 直接转矩控制策略是在矢量控制策略之后最新兴起的变频调速技术, 具有结构简 单,动态响应快,鲁棒性强等优点。该技术最早是二十世纪 80 年代由德国教授 Depenbrock 和日本学者 Takahashi 分别提出的。主要应用于感应电机控制系统。 于 90 年代末由 L Zhong、M.F.Rahman 和 Y.W.Hu 等人将其应用到永磁同步电机 控制中。[2,3,4] 本文所介绍的这种六相永磁同步电机具有六相不对称的结构, 是一种船舶推 进用电机。在 Simulink 中没有对应的模型。文章对六相电机模型进行分析同时 进行了建立数学模型, 并用 Simulink 对电机进行建模并封装。 本文使用 Simulink 对不对称六相永磁同步电机直接转矩控制系统设计和仿真。 同时对直接转矩控制 系统进行建模, 完成整个系统的搭建,同时加入空间电压矢量控制提高系统稳态 转矩和电流,降低转矩脉动,并且对仿真结果进行了简单分析。 2.不对称六相永磁同步电机的数学模型 六相 PMSM 数学模型与三相电动机很相似,为使分析方便,假设:①不考 虑铁心饱和效应;②涡流和磁滞损耗忽略不计;③转子不设阻尼绕组;④认为每 相绕组完全对称,定子电流、转子磁场对称分布;⑤近似认为反电动势波形为正 弦。[5,6] 坐标变换。 在 PMSM 瞬态运行过程中,对电机运行状态方程的求解和电机动态分析相 当困难,主要原因是电机转子在磁、电结构上不对称,以及电机的电磁参数(电 压、电流、磁链、转矩)的微分形式具有多种表达方式。因而在此采用坐标变换, 通过消除时变参数,将变系数转化为常系数来求解,进而简化运算和分析过程。 本文采用两相旋转坐标系(dd-qq 坐标系)来对 PMSM 电机的稳态性能进行 分析, 同时也可以对其瞬态性能进行分析。本文所采用的坐标系与定子磁场保持 同步状态,dd 轴滞后 qq 轴 90° ,dd 轴的取向与转子总磁链的方向一致,成为转 子磁场坐标系,A、B、C、D、E、F 坐标系统与 dd-qq 坐标系的关系如下为六相 静止坐标系到两相旋转坐标系的变换矩阵可以表示为式(1) : (1) 经过坐标变换可得,d-q 坐标系下六相 PMSM 定子

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