永磁同步电动机功率因数的仿真分析---矢量控制系统模型开题报告

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1、开题报告永磁同步电动机功率因数的仿真分析---矢量控制系统模型1选题的背景、意义（一）选题背景永磁同步电动机是一种利用永磁体建立磁场的异步启动的同步电动机，它的定子可以产生旋转磁场，转子是用永磁材料制成的。直流他励电机具有良好的静动态特性，只要控制定子励磁电流使磁通恒定，则电磁转矩正比于电枢电流的大小。而因为交流电机的非线性强耦合性特性，使得交流电机无法直接象直流他励电机独立地控制变量，因此需要新的控制方式来实现转速和转矩的控制[1]。永磁同步电动机具有较高的功率因数和效率，同时具备着不同于其他的异步起动能力。目前，永磁同步电动机(P

2、MSM)控制的理论基础——矢量控制技术已经发展成熟，为PMSM控制系统的设计与实现提供了坚实的理论基础[7]。目前节能降耗已经成为我国的首要问题，永磁同步电动机作为最具节能潜力的驱动电机，应用于国内外许多领域的特殊电机、高性能电机中。由于永磁电动机的转子中设置有磁钢，可以不从电网或减少从电网吸收无功电流来建立磁场，因而功率因数较异步电动机高[2]。功率因数高是永磁同步电动机的最大优点，它可以用来降低定子电流和绕组中的铜耗，提高电动机的效率，使永磁同步电动机拥有较高的指标。由以上所述，提高永磁同步电动机的功率因数对我国节能降耗指标的实施

3、有着重要作用，不仅是我国，即使在国际上这个问题的提出也产生了很大的反响，许多国家正研究设计出更好的产品，目前成果也是显著的。（二）选题意义面对现今的能源危机，在不断开发新能源的同时，注重开发高效节能的电机已成为许多国家的共识。在电力网的运行中，功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度，我们想要的是功率因数越大越好。这样电路中的无功功率可以降低到最小，从而提高电能输送的功率。在我国,电能大约有2/3是各种设备上的电动机消耗的,而这些电动机中有3/4属于中小型异步电动机,因此提高中小型异步电动机的能效指标,保护环境,一直倍受国内外

4、关注[16]。就此，我国花了大量的人力物力，致力研究开发，也不付所望，有了可喜得成果。永磁同步电动机在抽油机上使用具有启动转矩大、效率高、功率因数高等优点，这些优点已得到大家的公认[6]。另外我国充分利用稀土资源研究出稀土永磁电机，并得到了广泛的应用，有利于缓解能源紧张的情况。2相关研究的最新成果及动态随着对永磁同步电机调速系统性能要求的不断提高，针对调速系统快速动态性能和高效率的要求，提出了现代永磁同步电机的设计方法。稀土永磁同步电动机减少了原来定子边绕组的励磁电流及其转子边的铜、铁损耗，大幅度减少了无功电流，提高了功率因数与效率，

5、降低了电机的温升及配电设备容量[3]。四开关三相永磁同步电动机的矢量控制系统通过采样绕组电流，利用坐标变换理论，实现同步旋转坐标系下的电流闭环调节；速度环调节输出作为交轴电流的给定值,以实现对电机转矩的控制[9]。直接转矩控制技术是继矢量控制技术之后发展起来的一种新型高性能交流调速技术。它的思路是运用电压空间矢量，取代基本空间电压矢量，通过控制其大小，合成当前位置的定子电压矢量，进而调节磁链旋转速度和幅值[10]。西门子工程师首次提出了矢量控制理论的观点。又因为它的控制结构简单，控制软件实现较容易，已经被广泛地应用到调速系统中。矢量控

6、制的优点在于调速范围宽，动态性能较好[4]。不足的地方在于它是按转子磁链定向，会受到电动机参数变化影响而造成失真，从而降低了系统的调速性能。而后，某教授提出了高性能交流电机的控制策略，采用定子磁场定向，很大程度上克服了矢量控制的缺点[15]。近几年日本对永磁同步电动机的研究开发有了新的进展，永磁式同步电动机100系列是指异步起动，加速后牵入同步的永磁式同步电动机。无旋转传感器的方式可以得到高精度的旋转速度，因数台电动机可以同步运转，而广泛应用于产业各领域[11]。电力电子技术的发展为经济又快又好发展起到重要的作用，同时它的发展也带来一

7、系列诸如能量损耗、能源污染等问题[5]。电压空间矢量调制技术SVPWM具有直流电压利用率高、谐波含量低等显著特点。SVPWM技术的引入对很多诸如串级调速、太阳能并网发电的逆变器提出了积极的探索，为一种改良的思路和方法[12]。PMSM系统满足了从机械到电气的转化。电梯中使用的直接驱动的永磁同步电机是低速直接驱动伺服电动机的典型例子。这新一代曳引机采用磁场定向的PMSM，直接驱动电梯，它具有体积小、重量轻、损耗低、效率高、功率因数高、起制动性能好和良好的动态特性，并使传动效率和可靠性大为提高[14]。船舶电力推进双三相永磁推进电机中机D

8、TC控制理论得到了运用，其定子由两套Y型连接的三相对称绕组组成，大大减少了电机的转矩脉动，降低了系统的阶次，便于分析与控制器设计[13]。在转子磁路的设计上，采用了一种新颖实用的转子磁路结构，运用稀土永磁同步电机的电枢电