空心杯永磁同步電機控制系統(tǒng)研究.pdf

1、空心杯電動機屬于直流、永磁、伺服、微特電機，由于其具有突出的節(jié)能特性、靈敏方便的控制特性和穩(wěn)定的運行特性，作為高效率的能量轉(zhuǎn)換裝置，代表了電動機的發(fā)展方向之一，在航空及一些高端伺服領(lǐng)域應(yīng)用較廣。 由于空心杯永磁同步電機繞組無鐵芯的結(jié)構(gòu)特點，該電機的繞組電感量低，續(xù)流能力弱，電氣時間常數(shù)小，會造成在一個開關(guān)調(diào)制周期內(nèi)繞組電流波動大，尤其在電機低速輕載時，繞組內(nèi)電流甚至?xí)霈F(xiàn)斷流情況，這就會使繞組電流諧波分量增大，轉(zhuǎn)矩脈動增加。而且

2、電流波動大也會造成電流采樣誤差大，影響控制精度。 本文針對繞組星形連接的空心杯永磁同步電機進行寬范圍轉(zhuǎn)速控制，在詳細分析了該電機結(jié)構(gòu)特點和常用的控制策略的基礎(chǔ)上，提出了一種新的控制方法，并通過仿真和實驗驗證了其正確性。試驗中電機調(diào)速范圍達到30-12000rpm，在整個調(diào)速范圍內(nèi)運行穩(wěn)定，轉(zhuǎn)矩脈動小，動態(tài)響應(yīng)快。本文的主要內(nèi)容如下： 第一，詳細介紹了空心杯永磁同步電機的特性，給出了電機的數(shù)學(xué)模型，通過等效變換給出了空心杯

3、永磁同步電機的直流電機模型。 第二，通過分析電機的特性，提出采用SPWM調(diào)制的電壓矢量超前轉(zhuǎn)子位置90°電角度的控制策略。 第三，針對空心杯電機繞組的電感量低，電氣時間常數(shù)小而造成繞組內(nèi)電流波動大的問題，本文采取兩種方法進行改善。首先通過加大SPWM的開關(guān)調(diào)制頻率進行改善；其次，通過軟件判斷SPWM的調(diào)制深度，對其進行滯環(huán)比較，在空心杯電機運行在低速輕載情況下，通過軟件自動調(diào)節(jié)，降低母線電壓來改善電流的波動情況。在對調(diào)制

4、深度進行判斷時，進行時間延遲，當(dāng)母線電壓重新穩(wěn)定后再進行判斷是否需要再次改變。 第四，在對繞組電流采樣過程中，在每個三角載波的頂端和底端進行電流采樣，因為此時繞組內(nèi)電流最接近一個開關(guān)調(diào)制周期內(nèi)的有效值，最后對所采樣的電流求平均值以減小電流波動造成的誤差。 第五，運用上述提出的方法，為其設(shè)計了由轉(zhuǎn)速外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)雙閉環(huán)控制組成的控制系統(tǒng)。并在此基礎(chǔ)上，利用Matlab/Simulink軟件建立控制系統(tǒng)的仿真模型。最后通過研