永磁电机矢量控制技术与应用课件

主要内容一、矢量控制基础——由来、趋势、矢量含义、坐标变换、基本思想二、永磁电机动态数学模型与基本控制方法——假定条件与状态方程、基本特性、控制方法三、永磁电机矢量控制系统与分析——系统框图、各部分说明四、永磁电机矢量控制系统在电动汽车中的应用1矢量控制基础——矢量控制技术的由来交流变频技术发展过程按其控制方式可分为四代：第1代——V/f恒定和正弦脉宽调制(SPWM)控制第2代——电压空间矢量控制(又称SVPWM、磁通轨迹法)第3代——矢量控制第4代——直接转矩控制矢量控制硬件基础：20世纪60年代起，微处理器、大规模集成电路等微电子技术、快速电力半导体变流装置迅速发展；

矢量控制理论基础：20世纪70年代初期两项突破性研究成果：德国西门子F．Biaschke等提出的“感应电机磁场定向的控制原理”；美围P.C．Custman等申请专利“感应电机定子电压的坐标变换控制”；2高压大容量矢量控制变换装置的研制：多电平，10MVA

数字电流控制系统的高速化；

电机的非线性补偿：参数饱和，铁耗估算与补偿

最大效率控制；

调速范围拓展；

参数的在线检测；

无位置传感器的矢量控制速度观测：MRAS矢量控制基础——永磁电机控制技术的发展方向3三相/2相变换：根据变换前后功率不变的约束条件，以定子电流为例：矢量控制基础——坐标变换5旋转变换：根据变换前后功率不变的约束条件，以定子电流为例：矢量控制基础——坐标变换6矢量控制基础——图解各变量之间关系7永磁电机动态数学模型与基本控制方法

——假定条件与状态方程以三相两极永磁无刷电机为例，分析永磁无刷电机的一般化数学模型，并作如下假设：（1）定子绕组Y形接法，三相绕组对称分布，各绕组轴线在空间互差120º；（2）忽略定子铁心和转子铁心的涡流损耗和磁滞损耗；（3）采用饱和参数近似计算磁路饱和效应的影响；（4）定子绕组参数不随温度和频率变化。9定子电压方程矩阵形式：永磁电机动态数学模型与基本控制方法

——假定条件与状态方程10能量法：永磁无刷电机运行时，当外电源注入电机的电流恒定，电机的轴输出功率和定子磁场中能量的增量分别等于外电源注入电机的净功率的一半：虚位移原理：保持三相定子电流不变时，采用电角度代替广义位移时，广义力便为电机的轴输出电磁转矩：永磁电机动态数学模型与基本控制方法

——假定条件与状态方程11经坐标变换，得到：永磁电机动态数学模型与基本控制方法

——假定条件与状态方程13直轴电感：交轴电感：电压方程：转矩方程：永磁电机动态数学模型简化为：定义：永磁电机动态数学模型与基本控制方法

——假定条件与状态方程14Ld=Lq：Ld<Lq：电流极限圆电压极限椭圆恒转矩曲线永磁电机动态数学模型与基本控制方法

——基本特性15

1、Id=0控制：永磁电机动态数学模型与基本控制方法

——基本控制方法172、最大转矩/电流比控制：永磁电机动态数学模型与基本控制方法

——基本控制方法183、恒功率弱磁控制：永磁电机动态数学模型与基本控制方法

——基本控制方法19经典永磁电机矢量控制系统（SPM电机）永磁电机矢量控制系统与分析

——系统框图21经典永磁电机矢量控制系统（IPM电机）永磁电机矢量控制系统与分析

——系统框图22电压补偿式永磁电机矢量控制系统（IPM电机）永磁电机矢量控制系统与分析

——系统框图23为直流电源（V）；为中间直流回路支撑（滤波）电容（F）；为6个功率开关管；为6个续流二极管；电压方程：转矩方程：永磁电机矢量控制系统与分析

——三相逆变器与永磁电机系统25永磁电机矢量控制系统与分析

——旋转变压器26永磁电机矢量控制系统与分析

——坐标变换27永磁电机电压方程：电压解耦控制环节：控制电压量：永磁电机矢量控制系统与分析

——电压前馈控制29永磁电机矢量控制系统与分析

——电流PI调解器一般式：抗饱和式：30永磁电机矢量控制系统与分析

——SVPWM（1）设置电压参考值（2）判断扇区31永磁电机矢量控制系统与分析

——SVPWM（3）计算电压运行时间（4）按扇区进行分配32永磁电机矢量控制系统与分析

——SVPWM执行结果33永磁电机矢量控制技术在电动汽车中的应用以万向纯电动轿车为例，整车车身重量为1700kg，要求满足以下性能要求： 0~100km/h加速时间不超过18s 最大爬坡度不低于20% 最高车速不低于120km/h

车用工况对电机及其控制系统的性能要求：34定子电感的饱和参数分析：永磁电机矢量控制技术在电动汽车中的应用35永磁电机矢量控制技术在电动汽车中的应用永磁电机基于饱和参数的最大能力评估36永磁电机矢量控制技术在电动汽车中的应用基于饱和参数的车辆运行特性分析