永磁同步电机高频建模方法研究
来源：电动汽车资源网
彭河蒙 胡坚耀
摘要：永磁同步电机具有结构简单、体积小、效率高、损耗小和功率体积比大等优点，目前被广泛应用于新能源汽车的驱动系统。
高频建模方法研究彭河蒙&胡坚耀（工业和信息化部电子第五研究所）1&引言永磁同步电机具有结构简单、体积小、效率高、损耗小和功率体积比大等优点，目前被广泛应用于的。电机作为驱动系统电磁干扰流经的重要路径，建立其高频模型，对下一步搭建系统整体的传导干扰和辐射干扰预测模型十分重要，因此，电机高频模型的精度和准确度会对系统整体模型的精确性和正确性产生很大影响。然而，目前用于建立电机高频模型的方法往往存在建模过程复杂、误差大、通用性差及模型频带覆盖窄等问题，因此，需要一种更为有效的建模方法。本文首先介绍基于矢量匹配法的电路建模方法：阐述矢量匹配法的基本原理，描述高频等效电路构建过程，推导其模型参数的计算方法。随后用此方法建立星形和三角形两种不同接线方式的永磁同步电机高频电路模型，并进行实验验证。2&矢量匹配法2.1概述矢量匹配法（Vector&Fitting）[1]是Gusavsen和Semlyen于1999年提出的一种稳定、有效的拟合方法，该方法避免了有理逼近过程中出现的病态和不平衡加权问题，目前广泛应用于电力系统和高速电路设备频率特性拟合[2-4]，矢量匹配法特别适用于有关频变效应的建模，并在拟合过程中表现出良好的鲁棒性、有效性和稳定性。2.2矢量匹配法基本原理电网络理论中，线性电路的网络函数可表达为一有理函数：&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&(1.1)可将此函数写成极点、留数形式，即&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&(1.2)其中，留数和极点是实数或共轭复数对，d和e是实数。①&&矢量匹配法求解过程给定一组测试数据&(k=1,2…..P)，当极点给定时，式(1.2)就变成关于待求参数、d和e的线性函数，采用矢量匹配法可解出式(3.2)中所有参数、、d和e，其求解过程如下：设(n=1,2…..N)是函数给定的一组初始极点，同时引入辅助函数，将与相乘，假设与有相同的极点，可得方程：&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&(1.3)在上式中，有理函数和近似式具有相同的极点，是未知函数的留数，此外，函数的项被强制为1。将式（1.3）中第二行两端同乘并与第一行进行减法运算，可得关于待求参数、、d和e的线性方程。&&&&&&&&&&&&&(1.4)将一组测试数据（k=1,2,3…P）及其对应频点代入(1.4)式，可得一组线性方程，其矩阵形式为&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&(1.5)其中，系数矩阵的第k行元素为：&&&&&&&&&&&&(1.6)解向量x和已知向量b分别为：&&&&&&&&&&&&&&&&&&(1.7)&&&&&&&&&&&&&&(1.8)假设第和极点或留数为一组共轭复数对时，形式如下：&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&(1.9)则矩阵中对应元素为：&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&(1.10)此时矩阵相应的留数分别是和。对于式(1.5)一般有，因此它是超定的，可以用最小二乘法求解得到、、和。但是，由给定的初始极点求解式(1.5)计算得到的、和并不准确，因此需要修正初始极点，求解下一次迭代过程中的初始值，使逐步逼近。用表示式(1.3)第一个方程的右边，将和写成零极点形式有&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&(1.11)&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&(1.12)式中，和分别是和的零点。由上式可得&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&(1.13)上式表明，的极点与的零点相等。由于有理函数和具有相同的极点，这样，初始极点在运算的过程中相互抵消，求解得到的零点就是下一次迭代的极点。由式(1.3)和(1.12)可得：&&&&&&&&&&&&&(1.14)将上式右侧写为行列式形式有&&&&&(1.15)构建矩阵&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&(1.16)式中，是包含初始极点的对角矩阵，是元素为1的列向量，是包含留数的行向量，即&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&(1.17)&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&(1.18)因此矩阵的特征多项式就是式(1.15)，由此，的零点可通过求解矩阵的特征值得到。当中极点和中对应留数是共轭复数时，各矩阵相应部分的子矩阵为&&&&&&&&&&&&&&&&(1.19)将计算得到的特征值替代式(3.4)的给定的初始极点，再求解式(1.5)。重复这一迭代过程数次，最后得到满足精度要求的、、和。3&永磁同步电机高频建模对三相永磁同步电机进行高频建模，本文采用测量法，即把电机看成一个“黑盒子”，不需要知道电机结构和电磁参数，只需测量电机端部阻抗频谱特性，结合矢量匹配法，即可模拟出电机高频电路模型。电动汽车使用的电机的定子绕组接线方式有两种：星形和三角形，根据电机绕组的连接方式不同，分别对星形接线和三角形接线的永磁同步电机进行高频建模。需要强调的是，在矢量法建模过程中，取为阻抗参数还是导纳参数与定子绕组的接线方式无关，这两个参数是可以相互转换的。3.1三角形接线电机建模目前，针对永磁同步电机高频模型研究对象大多数为星形联结的电机，而对定子绕组为三角形联结的电机研究很少。通常，大功率电机的定子绕组接线方式采用三角形联结，这是因为在相同功率下三角形接线较星形接线下绕组中流过的电流较小，可以使绕组线圈制造和布线更为方便。而采用将三角形电机绕组拆卸获取电路参数的方法通用性差，提取过程复杂。因此，有必要对三角形联结的电机高频模型进行研究。①电机模型图1三角形接线电机模型Fig.1&Motor&stator&winding&model三角形接线电机的高频阻抗网络模型如图1所示，图中，表示三相绕组对地的阻抗，为共模阻抗，表示三相绕组之间的差模阻抗。永磁同步电机的转子是永磁体，忽略其涡流损耗和磁饱和效应，因此在建模中同样没考虑转子的影响。②&抗测量电机阻抗测量采用共模和差模测量两种方式，测试设备Agilent4294A，测试频段为100kHz-100MHz，测试频点数201个。共模测量即测试电机三端口并联后和机壳间的阻抗，其测试阻抗表示为，如图2所示；差模测量即测试电机两端口并联后和第三端口间的阻抗，其测试阻抗表示为，如图3所示。&&&(a)&端口联接方式&&&&&&&&&&&&&&&&(b)&等效阻抗&&(a)&Motor&terminal&connections&&&&&&&&(b)&Motor&equivalent&impedance图2共模阻抗Fig.2&CM&test&configuration&(a)&端口联接方式&&&&&&&&&&&&&&(b)&等效阻抗(a)&Motor&terminal&connections&&&&&&&(b)&Motor&equivalent&impedance图3差模阻抗Fig.3&DM&test&configuration③数据处理根据图2(b)和2(b)，测量阻抗和与绕组阻抗和的关系为：&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&(1.20)&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&(1.21)通过式(1.20)和(1.21)可以求得绕组阻抗和的表达式：&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&(1.22)&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&(1.23)上节在建立星形联结电机建模过程中，使用了基于阻抗函数的矢量匹配法，本节将采用基于导纳函数的矢量匹配法拟合其等效电路。在此以求解的等效电路为例说明求解的整个过程。表1&的矢量匹配法求解参数Table.1&VF&method&for极点an留数cndh-0..0119E+08372.170&+&j801.14-0.5.9043E-12-0..0119E+08372.170&-&j801.14-0..7810E+081..0744E+06-0..7810E+081..0744E+06-0..3151E+080..0222E+06-0..3151E+080..0222E+06通过式(1.23)可得的阻抗特性数据，将获得的阻抗数据转换为导纳，即后，代入矢量匹配法程序，进行6阶拟合，得到导纳函数的极点和留数，如表1所示。在Saber搭建阻抗和的等效电路模型，和的仿真与实测结果对比如图4所示。由图可知，用基于导纳函数的矢量匹配法拟合得到的电路参数能很好的吻合待建模阻抗的高频特性。在求解求解和等效电路的过程中，原始数据中包含的阻抗的实部、虚步信息，其仿真数据在幅值和相位上都有很好的拟合效果。&(a)&绕组共模阻抗&&&&&&&&&&&&&&&(b)&绕组差模阻抗(a)The&winding&CM&impedance&&(b)&The&winding&DM&impedance图4&阻抗对比Fig.4&Impedance&variation&with&frequency③&模型验证将得到的和等效电路按图1的连接方式在Saber软件中搭建电机EMI高频模型。计算和在100&kHz~100&MHz的阻抗特性曲线，并与实际测量结果进行对比。阻抗曲线仿真和实测对比如图5、6所示，对比可以发现，测量阻抗的幅频特性和相频特性与仿真结果在整个频段范围内曲线吻合很好，进一步验证了矢量匹配法的正确性和准确性。&(a)&幅值&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&(b)&相位(a)&Amplitude&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&(b)&Phase图5&仿真与实测结果Fig.5&Impedance&variations&with&frequency&of&&(a)&幅值&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&(b)&相位(a)&Amplitude&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&(b)&Phase图6&仿真与实测结果Fig.6&Impedance&variations&with&frequency&of4&小结本文研究了建立永磁同步电机高频电路模型的方法。介绍了矢量匹配法的基本原理，通过对网络函数极点和留数等参数的分析，分别推导出基于阻抗函数和导纳函数的等效电路建立过程，并应用于三角形联结的永磁同步电机高频电路的建模。永磁同步电机的建模过程归纳为：构建电机绕组高频模型的电路拓扑，通过共模测量和差模测量获得模型中共模阻抗和差模阻抗的频率特性；使用矢量匹配法将测试数据进行处理，计算阻抗（导纳）函数的极点留数等参数，随后转换为相应的等效电路。电机高频电路模型的时频域仿真结果和实测数据的对比，验证了利用矢量匹配法建立永磁同步电机高频模型的正确性和有效性。此外，该建模思路和方法同样可以用于其他种类的交流电机高频电路模型，具有一定的通用性。本研究内容为研究电机驱动传导电磁干扰和辐射电磁干扰问题打下基础，对建立驱动系统精确的传导和辐射干扰模型有重要意义。参考文献[1]&Gustavsen&B,&Semlyen&A.&Rational&Approximation&of&Frequency&Domain&Responses&by&Vector&Fitting&[J].&IEEE&Trans.&on&Power&Delivery,&):.[2]&Zheng&Y&M,&Wang&Z&J.&Determining&the&Broadband&Loss&Characteristics&of&Power&Transformer&Based&on&Measured&Transformer&Network&Functions&and&Vector&Fitting&Method&[J].&IEEE&Trans.&on&Power&Delivery,&):.[3]&Tang&M,&Sun&J,&Guo&J&Z.&Time-Domain&Modeling&and&Simulation&of&Partial&Discharge&on&Medium-Voltage&Cable&by&Vector&Fitting&Method&[J].&IEEE&Trans.&on&Magnetics,&):4604.[4]&Joel&K,&Chirs&B,&John&M&D,&Andreas&W.&A&New&Circuit&Augmentation&Method&for&Modeling&of&Interconnects&and&Passive&Components&[J].&IEEE&Trans.&on&Advanced&Packaging,&):67-77.版权声明：本文系电动汽车资源网独家稿件，版权为电动汽车资源网所有。转载请务必注明出处（电动汽车资源网）及作者，否则必将追究法律责任。
扫一扫，关注
微信公共号，更方便获知每日精彩推荐
后参与评论
说起燃油车的构造，很多人都能道出个一二，譬如什么发动机、底盘和传动轴等等，那关于电动汽车，我们都知道有电池、电机、电控和高压配电箱等等。
电动汽车和动力总成的振动噪音问题有很多方面，如电磁噪音、齿轮啸叫、轴承噪音等等，其中最复杂的当属于传动系统扭转振动问题。因为它不是单个零件或部件问题，而是动力总成匹配问题。
锂离子电池低温析理现象
全固态锂离子电池采用固态电解质替代传统有机液态电解液，有望从根本主解决电池安全性问题，是电动汽车和规模化储能理想的化学电源。
电源模块以高集成度、高可靠性、简化设计等多重优势，受到许多工程师的青睐。但即便使用相同的电源模块，不同的用法也会导致系统的可靠性大相径庭。
电动汽车资源网2017年活动排期
&重庆悦来温德姆酒店
&2017年7月
&2017年10月
&2017年9月
&2017年12月
服务热线：5
展会合作：2
编辑热线：1
客服邮箱：永磁同步电机,最全面的永磁同步电机资料-电子产品世界
　　永磁测量装置同步电机的工作原理
　　优点和缺点
　　问题补充：永磁测量装置同步电动机
　　同步发电机为了实现能量的转换，需要有一个直流磁场。而产生这个磁场的直流电流，称为发电机的励磁电流。根据励磁电流的供给方式，凡是从其它电源获得励磁电流的发电机，称为他励发电机，从发电机本身获得励磁电源的，则称为自励发电机。
　　一、发电机获得励磁电流的几种方式
　　1、直流发电机供电的励磁方式：这种励磁方式的发电机具有专用的直流发电机，这种专用的直流发电机称为直流励磁机，励磁机一般与发电机同轴，发电机的励磁绕组通过装在大轴上的滑环及固定电刷从励磁机获得直流电流。这种励磁方式具有励磁电流独立，工作比较可靠和减少自用电消耗量等优点，是过去几十年间发电机主要励磁方式，具有较成熟的运行经验。缺点是励磁调节速度较慢，维护工作量大，故在10MW以上的机组中很少采用。
　　2、交流励磁机供电的励磁方式，现代大容量发电机有的采用交流励磁机提供励磁电流。交流励磁机也装在发电机大轴上，它输出的交流电流经整流后供给发电机转子励磁，此时，发电机的励磁方式属他励磁方式，又由于采用静止的整流装置，故又称为他励静止励磁，交流副励磁机提供励磁电流。交流副励磁机可以是永磁测量装置机或是具有自励恒压装置的交流发...
本文以某款新能源轿车为研究对象，对驱动电机系统进行研究开发，确定驱动控制原理图，通过分析其控制器组成及功能分析，确定控制器关键部件的选型。交流永磁电机电流最优控制方法，计算得到各个转速和转矩需求下的id和iq电流值，并作为指令值控制实际输出电流。
随着我国经济和工业水平的不断提高与发展，高性能、低功耗的伺服系统备受关注。以永磁同步电机(PMSM)为母机的伺服系统以其高性能比而受到诸多关注。以PMSM为控制对象，对交流步进传动中矩角控制方式应用于伺服系统的情况，进行了动态仿真研究与实际实验平台验证。仿真与实验结果表明，应用矩角控制方式的PMSM伺服系统具有良好的动态特性与定位特性，完全满足现代工业伺服系统中的高性能、低功耗的要求。同时，研究结果也为PMSM在高性能控制场合下的应用打下了坚实的理论与实验基础。
直驱型风电机组具有能量转换效率高、可靠性高、并网功率控制灵活等优点，在风力发电领域具有非常广阔的市场前景。电机的转速和转子位置角是直驱变流器控制策略中的重要参数。介绍了一种基于无位置传感器控制技术的转速和位置测量方法，该方法简单、快速、动态响应好。阐述了直驱型风电变流器的拓扑结构和控制策略，以及无位置传感器控制技术的测量原理和控制方法。通过Matlab／Simulink仿真和现场工程应用，验证了该控制技术的有效性和可靠性。
永磁同步电机(PMSM)具有效率高，功率密度大等突出优点，因此得到了广泛应用，研究其高性能的驱动系统成为发展的必然趋势。根据PMSM仿射非线性系统，结合微分几何理论推导出当转矩和定子磁链幅值线性解耦时的定子电压方程。以TMS320F2812型DSP为核心，结合PMSM反馈线性化控制的特点，设计了一套功能完善、实时性好的PMSM直接转矩控制(DTC)系统。硬件系统包括辅助电源电路、逻辑保护译码电路、采样电路、驱动电路、光电编码器信号检测电路。编制了PMSM DTC反馈线性化算法软件进行实验研究，实验结果表明
设计了一种基于双级矩阵变换器(TSMC)驱动的永磁同步电机(PMSM)滑模变结构直接转矩控制方案。该方案针对一般滑模控制器的抖振问题，设计了积分滑模面、符号函数平滑和变指数趋近律，并应用于PMSM转矩和磁链的控制，既克服了滞环直接转矩控制(DTC)转矩和磁链脉动大的不足，又解决了一般滑模控制器的抖振问题。采用DSP和FPGA开发了一套系统实验样机，给出了系统的软硬件设计方法，实验结果验证了系统设计的有效性，实现了系统高性能调速及网侧电能质量的优化。
微信公众号二
微信公众号一第14卷第5期电工技术学报1999年10月
双凸极变速永磁电机的静态特性
StaticCharacteristicsofDoublySalientPermanentMagnetMotors
forAdjustableSpeedDrives
程　明　周　鹗　蒋　全(东南大学电气工程系　210096)
ChengMing　ZhouE　JiangQuan(SoutheastUniversity　210096　China)
摘要　用二维有限元法对一种新型双凸极变速永磁电机(DSPM电机)空载、单绕组通电及
双绕组通电的磁场分布和气隙磁密分布进行了较为全面深入的分析计算,在此基础上得到了绕组永磁磁链、自感、互感以及空载电势随转子位置变化的特性曲线,分析了永磁体磁场和电枢磁场之间的相互耦合作用对电感特性的影响。样机的实测结果验证了理论分析的正确性。所得结果为该电机的设计、性能分析以及运行控制等提供了依据。
关键词:双凸极电机　永磁电机　磁场　Abstract　Themagneticfieldandthefluxamagnet
motoratno2load,one2indetailbyusingtwo2dimensionalfinite2characteristicsincludingPMflux2linkage,self2induc2tance,backEMFarededuced.Theeffectofthecross2couplingbetweenpermanentmagnetfieldandarmaturefieldaretakenintoaccount.Thevalidityofthetheoreticalanalysisisconfirmedbytheexperimentalresultsonaprototypemachine.
Keywords:Doublysalientmotor　Permanentmagnetmotor　Magneticfield　Staticcharacteristics
Inductance
双凸极永磁(DoublySalientPermanentMagnet
Motor简称DSPM)电机是在开关磁阻(SR)电机
基础上于90年代初发展起来的一种新型高效节能
电机[1,2],它由永磁电机、功率变换器、位置传感
器和控制器四个部分组成,形成缺一不可、机电一
体化的调速驱动系统。电机结构与开关磁阻电机十
国家自然科学基金资助项目。收到稿件。分类似,呈双凸极,但在定子(或转子)内嵌有高性能永磁体,图1为一6/4极定子永磁型DSPM电机截面图,其基本工作原理可用图2加以说明。当磁链增大时,在绕组中通入正电流,当磁链减小时,在绕组中通入负电流,从而在整个通电周期内始终可以产生正转矩(这是与开关磁阻电机的主要区别之一)。国内外对DSPM电机的初步研究结果显示,该
程　明　1987年于南京工学院研究生毕业,获硕士学位,现任东南大学副教授,主要从事微特电机及其控制系统等方面的研究,发表论文20多篇,有专利两项,1995年获国家教委科技进步二等奖一项。
周　鹗　1925年生,1948年毕业于中央大学电机系,1958年于莫斯科动力学院获副博士学位,长期从事电机理论、电机CAD及变速驱动系统等方面的研究,有专著两部,发表论文近百篇,现任东南大学教授,博士生导师,中国电机工程学会理事。
ChengMing　receivedtheM.Sc.(Eng.)degreein1987fromNanjingInstituteofTechnology.HeisnowanassociateprofessoroftheSoutheastUniversity.Hisareasofinterestsincludespecialelectricmachines
andtheircontrolsystemsetc.Hehaspublishedmorethan20papers.HeistherecipientorcorecipientoftwoChinesepatents.HewasawardedtheSecondPrizeoftheAdvancementofScienceandTechnologyfromNationalEducationCommissionofChinain1995.　　　
10电工技术学报1999年10月
2　磁场分析
本文用二维有限元法对电机的磁场分布进行了分析,根据电机结构的对称性,取电机截面的一半为求解域。为便于说明转子位置,定义转子槽中心线与定子齿中心线的夹角θ为转子位置角。为求得完整的静态特性,需计算一个转子齿距,即0～90°范围内不同转子位置的磁场,故要多次剖分。
图1　6/4极定子永磁DSPM电机截面图
Fig11　Cross2sectionoftheDSPMm
为减少计算量,本文每隔3°剖分一次,同时近似认为三相定子绕组对称,则任一部分位置对三相绕组而言为三个转子位置。以图1所示基准剖分位置(α=0)为例,A、B、C三相所对应的转子位置分别为θ=75°,θ=45°,θ=15°。因此,以图1为基准,将转子分别沿顺时针和逆时针方向转动15°,共剖分11次,即可覆盖0。转子剖分位1所示。如果剖,α与θ。
1α与转子位置角θ的对应关系
Tab11　Relationshipbetweenαandθ
　理论波形
Fig12　Theoreticalwaveforms
　A相θ　B相　C相
电机具有效率高,能量转换率高,力矩电流比大,控制灵活等优良性能。但对该电机的静态特性,包括磁场分布,电感、磁链特性等基础理论,尚缺少
系统深入的分析,在已有文献中[1,2],永磁磁链和
电感均被视为仅仅是空间位置的函数,没有考虑永磁磁场与电枢反应磁场之间的相互影响,更没有涉及互感的作用。国内有关DSPM电机的文献很少。因此,对DSPM电机的基础理论进行系统深入的研究是十分必要的。作者在文献[3]中对该电机的运行原理进行了阐述,对静态特性作了线性分析,文献[4]导出了DSPM电机的输出方程及绕组电流近似解析表示式,对电机运行性能进行了仿真,分析对比了6/4极和8/6极结构的优缺点。本文以一6/4极电机为对象,用有限元法对电机的磁场进行分析,在此基础上,进一步得到了电机的永磁磁链、自感、互感等静态特性,为DSPM电机的性能分析、设计及运行控制奠定了必要的基础。分析计算中计及铁磁材料的非线性和电枢反应磁场与永磁磁场之间的相互影响。样机的实测结果验证了理论分析的正确性。样机设计参数请参阅文献[4]。
图3给出了几种不同情况下的磁场计算结果。其中图3a和3b分别为θ和30°时的空载永磁b=45°磁场;图3c和3d为B绕组电流与永磁体共同作用时的磁场,但图3c中电枢磁场对永磁体磁场起增磁作用,图3d中电枢磁场为去磁作用。图4则为几种不同工况下气隙磁密分布波形,其中图4d为B、C两相同时导通,B相电流为增磁作用,C相
电流为去磁作用。结果表明,电机磁场主要由永磁体产生。当绕组中通入电流时,一相磁通增大(如为去磁作用,则减小),而另一相磁通减小,但总磁通变化并不大,电枢磁场对永磁磁场的作用主要表现为改变磁通流向。
3　永磁磁链特性
永磁磁链特性是一相定子绕组所交链的永磁磁链ψm与转子位置角θ之间的关系,不难由有限元计算结果得到,如图5所示。由图可见,绕组磁链在定转子齿重叠区间基本呈线性变化。根据永磁磁
第14卷第5期程　明等　
双凸极变速永磁电机的静态特性11图3　磁场分布
Fig13　Distributionofmagneticfield图4　气隙磁密分布波形
Fig14　Magneticfluxdensityintheairgap链特性,可求得空载电势为
ψψe==dtdθ60(1)　　
n———电机转速,r/min图6给出了样机空载反电势的理论波形和实测波形,可以看出,两者吻合
。4　电感特性对于永磁电机,计算电感时应计及永磁磁场的作用。当永磁体与绕组电流共同作用时,相绕组绞
猜你喜欢的内容。。。
……第14 卷第 5 期 电工技术学报 1999 年 10 月 双凸极变速永磁电机的静态特性 static characteristics of doubly salient permanent magnet motors for adjustable sp......
看过本文章的还看过。。。
您可能感兴趣。。。
最新浏览记录设计分析永磁同步电机转子位置的无传感器检测
王群京　谭　徽　李国丽
(合肥工业大学　合肥230009)
ADetectorofaSensorlessPMSMRotorPosition
WangQunjing　TanHui　LiGuoli
(HefeiUniv.ofTechnology,Hefei230009)
　　【摘　要】　永磁同步电机的矢量控制系统由永磁同步电机、功率变换器、控制器以及位置和转速估计等环节组成,而位置和转速估计在很大程度上影响着整个系统的运行特性和控制精度。本文研究了无位置传感器的情况下对永磁同步电动机的转子磁极位置的检测方法,着重研究了静止和低速状态下的无位置传感器的转子磁极位置检测方法。
【关键词】　永磁同步电机　转子位置　无传感器检测【Abstract】　ThevectorcontrolsystemofPMSM
consistsofaPMSM、powerconverter,controlleraswellas.Thedetectiontopositionandspeedpredictioncomponents
rotorpositionandspeedwilltothegreatextenteffecttheperformanceandresolutionofthesystem.Thispaperin2vestigatesthedetectiontoasensorlessPMSMrotorposi2tion,thestandstillandlow-speedsituationsareespeciallyemphasized.
处理后变成满足一定控制要求的逆变器触发信号
(d)整形后信号D
图1　端电压检测方法
【Keywords】　PMSM　rotorposition　sensorlessde2
1无传感器的永磁同步电机转子位置检测
　　近年来人们在无位置传感器的电机控制方面
做了大量的工作,其中大部分方法都是采用分析端电压和(或)线电流的波形,间接地实现转子的位置检测。1982年,HoangLe-Huy等人提出利用转子旋转时定子绕组中感应的反电势进行转子位置检测,是目前最广为人知的无位置传感器的转子位置检测方法。端电压检测原理较简单,即利用光电耦合器件等电平检测装置检测线电压的过零点,如图1a、b所示,并将检测到的信号(图1c)经整形变换成代表电机端电压电位的信号(图1d),再经微机
本文日收到
　　但实际工作时,由于整流器输出的6倍频300Hz谐波以及电机反电势中的齿谐波,逆变器1?6周期出现的换流尖峰及凹陷等,都将使电机端电压严重畸变,过零点不明确。因此,还需对所检测的电压进行滤波并送入“三相互锁”电路进行处理。其次,可以采用线电流和端电压的测量实现转子磁极位置检测。采用相系统分析的积分法检测永磁同步电机转子位置的框图如图2示
图2　积分法检测永磁同步电机转子位置框图
微特电机　1997年第3
Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd.
All rights reserved.
以上这两种方法,端电压位置检测方法简单易行,能够满足位置检测的快速性要求,适宜于高速运行状态下的转子位置检测,缺点是受到转速下限的限制;后一种方法虽然能够适用于低速时的位置检测,但是计算复杂,结果受参数的影响很大,而PMSM本身就又是一个非线性环节,所以这种位置检测方法的实用较困难。
由此可知,如能找到一种对电机参数依赖性小,又能适用于低速运行的转子磁极位置检测方法,将其与端电压检测法相结合,便可以使无位置传感器矢量控制系统的运行范围大大提高。
现定义如下形式的复参量Yc:
Yc=Yre+jYim使其满足:　=Ycu
由d-q坐标空间相量图(图3)可知:
u?cosuq=?u?sin(6)(7)
式中:　Ε—电压空间相量u与直轴d之间的夹角。
2静止状态下的PMSM的转子位置检测
静止状态下,PMSM的电枢电压方程可以写成:
图3　d-q坐标中的空间相量图
(7)可得:由式(4)、
Yc=Yre+jYim
-1)?cos(2Ε
-1式中:Ohm—直轴磁通链;d—
—交轴磁通链;Ohmq—
R——定子相绕组电阻。
Ohmd(t)=Ldo(ido+ifict,m)+Ld,diff??id(t)Ohmq(t)=Lqoiqo+Lq,diff??iq(t)
式中:　ido、交轴稳态直流分量;iqo——直、
交轴的交流分量;?id(t)、?iq(t)——直、
ifict,m——永磁体虚拟激磁电流;Ldo、L
　　在Α-Β坐标系中,可以通过检测得到任意时
刻的电压空间相量和电流空间相量(如图4),从而可由式(7)计算出复参数Yc
,由式(9),从Yc可计算出Ε,此时d轴的空间位置Η为:
——永磁体稳态工作点所对应的
直、交轴电感;
交轴交流分量所对应Ld,diff、Lq,diff——直、
的微分电感。
(2)可得到:由式(1)、
dtLd,diffLd,diff=uq+iq
dtLq,diffLq,diff
图4　d-q及Α-Β坐标中的空间相量图
但是,为了避免求解复参数Yc,可以在两个不同的空间相量方向上进行测量,从而使位置测量与
参数无关。可以在以A相相轴为Α轴,电压空间矢量分别为(2?3)Π和(3?4)Π的情况下进行a、b两次检测,由式(7)和式(10),并由式(9)可以得到:
(Yc?a)-Re(Yc?b)
由于R很小,若将其忽略,上式可写成:
dtLd,diff=uq
以d-q坐标平面为复平面,d轴为实轴,q轴为虚
(5)u=ud+?i=?id+j?iq
F2=Imc?a)-
2Im(Yc?b)2
永磁同步电机转子位置的无传感器检测
Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd.
All rights reserved.
从而有2Η=arctg(+Π)F2(12)
　　采用上述原理的静止状态位置检测实验电路如图5所示,其数据采集流程图如图6示。单片机与PC之间通讯程序框图见图7
图8　检测位置与实际位置比较
3永磁同步电机低转速时的转子位置检测
PMSM旋转时的电压方程为:
ud=idR+-ΞeOhmqdt
静止状态实验电路uq=iqR+-ΞeOhmddt(13)
　　很明显,d、q轴电路中出现了运动电势ΞeOhmq和ΞeOhmd,为了消除运动电势的影响,可以将相邻的两个采样周期所得的结果相减。由于采样周期很短,认为电机的转速相等,由此可得:
?ud=(id,?-id,?)R+-dtdt
　　-Ξe(OhmOhmq,?-q,?)
?uq=(iq,?-iq,?)R+-dtdt
数据采集流程图　　-Ξe(OhmOhmd,?-d,?)再进一步,由于电机为感性元件,短时间内有:
id,?=id,?　iq,?=iq,?
Ohmd,?=Ohmd,?　Ohmq,?=Ohmq,?(15)
式(14)便为:)?ud=-=Ld,diff(-dtdtdtdt
　=Ld,diff??id
?uq=-=Ldtdtq,diff()-dtdt
(16)　=Lq,diff??iq
与静止态时相似,可以将式(16)改写成
(17)?i=Yc??u
其中:?i=?id+j?iq,?u=?ud+j?uq,Yc=Yre+jYim
因此,在低速下分析方法与静止态是完全相
图7　单片机与PC机之间通讯程序框图　　按照上述实验方法所测得的转子位置与实际转子位置之间的关系如图8
18仿。4结束语本文在比较无传感器位置检测(下转第31页)微特电机　1997年第3期
Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd.
All rights reserved.
看过本文章的还看过。。。
永磁同步电机转子位置的无传感器自检测_机械仪表_工程科技_专业资料。第 38 ......
背景技术 永磁同步电机无论是采用直接转矩控制还是矢量控制, 都需要精确地获取转 子的位置。传统的检测电机转子位置和转速的方法中,多采用机械传感器,如光 电编码器.........
永磁同步电机无传感器控制技术_电子电路_工程科技_专业资料。目前在永磁同步电机...这些检测到的量和电机的数学模型推测出电机转子的位置和 转速,取代机械传感器,.........
【关键词】永磁同步电机,无位置传感器,矢量控制 一、永磁同步电机数学模型 永磁同步电机(pmsm)的定子结构与普通感应电动机的定子一样,均为三相 对称绕组结构, 转子.........
因此,无传感器检测永磁同步电动机转子 位置已逐渐成为热点。 本文阐述了永磁同步电......
了装配难度,加大了电 机的轴向空间尺寸和体积,同时也增加了电机转子 轴上的...近年来,在永磁同步电机驱动 控制领域内,基于低成本、低分辨率位置传感器和 无.........
永磁同步电机无传感器控制综述_能源化工_工程科技_专业资料。永磁同步电机无传感器控制综述 摘要:随着控制理论、数字信号处理和计算机技术的飞速发展,永磁同步电 机的.........
针对目前的永磁同步电机有位置传感器及无位置传感器系统,本文提 出一种准无位置传感器系统, 采用单霍尔元件来检测永磁同步电机转子位置,实 现永磁同步电机起动、调速.........
可见,在永磁同步电机传动系统中,电机转子位置检测与初始定位是系统构成与运行的 ...如何调整定子相对转子绝对位置呢?通过移动直线电机上的霍尔传感器的位置,图 1 使.........
方波永磁同步电动机,其电枢驱动电流为方波(梯形波通常被称为 无刷直流电动机;另...而是取决于电动机本身的转速,通过对转子位置和旋 转方向的检测来实现定子绕组的.........
基于高频信号注入法的永磁同步电机无传感器控制_信息与通信_工程科技_专业资料。...2 内插式永磁同步电机转子位置检测 验证基于空间凸极追踪转子位置检测原理正确性.........
二、 位置检测故障永磁同步电机在加速运行时需要位置传感器检测转子位置来给定电流。 常用 的位置传感器有光电编码器,旋转变压器,无位置检测等。旋转变压器的解码算 法.........
针对目前的永磁同步电机有位置传感器及无位置传感器 系统,本文提出一种准无位置传感器系统,采用单霍尔元件来检测 永磁同步电机转子位置,实现永磁同步电机起动、调速、正.........
均由永磁同步电动机、转子位置传感器和控制驱动电路三部分组成, 但在运行原理上...正弦波的电流,从而形 成连续旋转的定子圆形旋转磁场,因此需要检测连续的转子位置.........
且控制过程中 需要传感器如霍尔传感器、光电编码器等确定转子的位置来进行电子换...应用结合起来,完成“基于嵌入 式 arm 的永磁同步电机新型控制系统及测试平台设计.........
基于模糊控制的永磁同步电机无位置传感器驱动系统_电子电路_工程科技_专业资料。...电压等易测量,通过特定 方法估算转子位置和转速的无位置传感器控制策略将得到广泛.........
内插式永磁同步电机无速度传感器控制黄雷 赵光宙 浙江大学摘要:对于内插式永磁同步电机提出了一种包含零速在内的全速度范围内均能实现转子位置速度准确 检测的无.........
近二三十年来众多的院校、科研机构对无刷直流电机控制的研究大多集中在 ―无位置传感器的转子位置检测‖、―起动‖、―转矩脉动‖等几个方面。但是 在无位置传感器.........
这样要在高速电机的转轴上安装位置传感器,无论从电机结构上考虑还是传感器的装配...转子位置的检测 在永磁同步电机中,在定子适当位置安放一个霍尔元件,转子匀速旋转.........
近二三十年来众多的院校、科研机构对无刷直流电机控制的研究大多集 中在 ―无位置传感器的转子位置检测‖、―起动‖、―转矩脉动‖等几个方面。但是 在无位置.........
永磁同步电机的三相绕组分 布在定子上,永磁体安装在转子上。在永磁同步电机运行...位置检测 1) 图中电流传感器测量出定子绕组电流 ia,ib 作为 clarke 变换的输入.........
■ 热门推荐}