永磁同步电机的算法实现与调试

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1、iMotion设计培训永磁同步电机控制算法实现与调试Tuning梁国柱IR应用中心2009-9-28iMotionTraining/IRConfidential培训内容•磁场定向控制理论（FOC）•磁场定向控制算法实现•控制参数调试•低速转矩补偿•功率因数校正2009-9-28iMotionTraining/IRConfidential永磁同步电机FOC控制•基于转子角度的矢量变换将定子电流分解为准直流的分量:–Id与磁场方向同向–Iq与磁场方向正交,产生转矩•电流环的执行是在准直流的旋转坐标系进行的–控制环路独立于定子电流的频率2009-9-28iMotionTrai

2、ning/IRConfidential直流电机模型Quadra•通过调整电枢电流(i)来控制转aetuuilre矩rqocAoTxis-•通过调整电枢电压V来控制电Qa机转速或者ia•通过调整磁场电流i来控制磁通ff.[弱磁]pT=ka.p.ia•对于直流电机所有的控制变量vaea=ka.p.都是线性的!p=Lf.if2009-9-28iMotionTraining/IRConfidential交流电机绕组QuadratureAxis-Q•典型的交流电机绕组由分布的线圈组成，在气隙中产生正弦的磁动势mmf（由安匝数决定）.•实际的绕组由于受线圈数的限制，所以实际的磁动势

3、是一个正弦的基波加上谐波!•气隙磁通也呈正弦分布.•产生电压的磁通函数(N.f)沿直轴方向(D)•产生转矩的磁动势mmf函数(N.i)沿交轴方向(Q).2009-9-28iMotionTraining/IRConfidential交流电机磁场:转子•转子磁场由永磁体（或线圈）产生.•交流电机的转子磁通通常呈正弦分布.•磁链和定子线圈中的反电动势是转子角度的正弦函数:Y=N.f.cos(wt)Y=N.f.cos(wt-p/2)xryre=w.N.f.cos(wt)e=N.f.cos(wt-p/2)xryr整个磁场随转子转动而转动2009-9-28iMotionTraini

4、ng/IRConfidential交流电机磁场:定子•定子磁场由线圈x和y中的电流产生.i=(i,i)sxy•气隙磁通由线圈x和y的磁通合成.(spatialvector)•如果线圈x和y中的电流是正弦且正交，则产生的磁动势mmf和磁通将按此电流的频率旋转.i=I.cos(wt)i=I.cos(wt-p/2)xsys•三相绕组电机情同此理.2009-9-28iMotionTraining/IRConfidential交流电机中的转矩§当定子磁动势与转子相互作用----呈正交位置，转矩最大.§当负载角(d)>90o，正交的定子分量在产生转矩外还会2.p产生直轴分量抵消转子

5、磁场，也就是弱磁T=B()q.n()q.i.dq§转矩是转子磁通和定子电流的函数.xòxxx0T=N.I.f.cos()dxxxx2009-9-28iMotionTraining/IRConfidential交流同步电机§转子速度同步于定子电压§通直流电的线圈的转子或嵌入有永磁体的转子w§旋转的气隙磁场同步于转子角度§定子以转子的频率产生电压（反电动势）§定子施加的电压和电流需要和转子频率同步•在并入电网（固定频率）之前产生的ru电压和频率必须和电源接近•在调速系统中，你需要转子位置信息来执行控制v2009-9-28iMotionTraining/IRConfident

6、ial异步感应电机§转子转速低于定子频率§转子绕组看到的交变磁场频率为滑差频率:w(定子频率-转子频率)§滑差频率在转子绕组上产生交流电流-如同变压器.§转子电流又以定子频率反射回定子绕组.slip§定子施加电压和电流异步于转子频率u•直接接入电网即可启动•在调速系统中你可以按每赫兹固定电压数来控制速度rv2009-9-28iMotionTraining/IRConfidential交流电机磁场:参考坐标系qdr固定坐标系:旋转坐标系:•站在定子上观察磁通.•站在旋转的转子上观察磁通.•旋转的转子磁通是交变的•转子磁通是直流量•定子磁通，电压和电流都是交流量.•定子磁通

7、也是直流量•通常将三相定子线圈等效变换为两相.2009-9-28iMotionTraining/IRConfidentialClark变换:3fó2f正向Clark变换反向Clark变换é1-1-1ùéfuùéfaù2ê22úêúéùêú=.êú.êfvúêúëfbû3ê03-3úéfù10ë22ûêëfwúûuê-13úéfùêúaSimplified:êfvú=êú.êfúê22úëbûéfùéfuùêëfwúûê-1-3úaú=êf-fúêvwêúëfbûêúë22ûë3û2009-9-28iMotionTraining/IRCon