永磁同步電機(jī)之正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)

    上一節(jié)的討論中，電動(dòng)機(jī)的各種控制策略均是基于對(duì)定子電流的幅值和相位的控制，也即對(duì)定子電流的矢量控制。圖7一22為一個(gè)典型的具有弱磁擴(kuò)速能力的水磁同步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖。

傳感器（圖中采用光電編碼器）的輸出經(jīng)處理后可得到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)6和轉(zhuǎn)速信號(hào)。 。轉(zhuǎn)速信號(hào)與速度指令比較后的偏差被作為速度控制器的輸人信號(hào)。速度控制器是一個(gè)比例積分調(diào)節(jié)器，它的輸出信號(hào)連同系統(tǒng)電流控制算法所確定的直軸電流一起，經(jīng)尹坐標(biāo)變換得到作為電流控制器輸入的二相電流指令值，電流控制器利用事先制定的策略，根據(jù)檢測(cè)出的實(shí)際定子三相電流與電流指令值之間的偏差產(chǎn)生控制逆變器功率元件導(dǎo)通和關(guān)斷的控制信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)了水磁同步電動(dòng)機(jī)的電流控制。系統(tǒng)中直軸電流指令算法（即前面所說(shuō)的系統(tǒng)電流控制算法）如圖7-23所示。圖7一23中計(jì)算如下：。

圖7一22中的電流指令信號(hào)是三相正弦波的電流信號(hào)，在電流控制中要采取一定的措施（策略）以使電動(dòng)機(jī)實(shí)際電流與電流指令之間的偏差盡量小，這一過(guò)程即為電動(dòng)機(jī)定子電流的調(diào)制目前，永磁同步電動(dòng)機(jī)常用的定子電流的調(diào)制方法（或稱定子電流的控制策略）有滯環(huán)電流控制、斜坡比較控制和預(yù)測(cè)電流控制等。此外，為減小電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩中的紋波，提高電動(dòng)機(jī)瞬態(tài)轉(zhuǎn)矩的品質(zhì)，還可以采取直接轉(zhuǎn)矩控制和對(duì)電動(dòng)機(jī)電流指令進(jìn)行優(yōu)化處理的控制方式等。

2.調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合極為廣泛，與其配套的傳動(dòng)系統(tǒng)和控制方式也不一樣，因而對(duì)其技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能的要求大不相同。一般來(lái)說(shuō)對(duì)調(diào)速水磁同步電動(dòng)機(jī)的主要要求是：調(diào)速范圍寬，轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速平穩(wěn)（或者說(shuō)轉(zhuǎn)矩紋波小、，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快速準(zhǔn)確，單位電流轉(zhuǎn)矩大等。

    調(diào)速水磁同步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)是與相匹配的功率系統(tǒng)的有關(guān)性能密不可分的。設(shè)計(jì)時(shí)．應(yīng)根據(jù)傳動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合和有關(guān)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)要求，首先確定電動(dòng)機(jī)的控制策略和逆變器的容量，然后根據(jù)電機(jī)設(shè)計(jì)的有關(guān)知識(shí)來(lái)設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)。下面以正弦波水磁同步電動(dòng)機(jī)為例分析研究調(diào)速水磁同步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。

    水磁同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)的主要特性是它的調(diào)速范圍和動(dòng)態(tài)響應(yīng)隆能。調(diào)速范圍又分為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速區(qū)和恒功率調(diào)速區(qū)，如圖7一2所示。而電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行過(guò)程可以用工作周期來(lái)表示，如圖7-25所示，調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能常常以從靜止加速到額定轉(zhuǎn)速所需的加速時(shí)間t 。（kw級(jí)的電動(dòng)機(jī)一般僅幾十ms）來(lái)表示。為了提供足夠的加速能力，一般情況下，最大轉(zhuǎn)矩（又稱峰值轉(zhuǎn)矩）T為額定轉(zhuǎn)矩7的3倍左右。

2.1主要尺寸的選擇

調(diào)速水磁同步電動(dòng)機(jī)的主要尺寸可以由所需的最大轉(zhuǎn)矩和動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能指標(biāo)確定。下面分析表面凸出式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)正弦波，水磁同步電動(dòng)機(jī)主要尺寸的設(shè)計(jì)過(guò)程。

當(dāng)調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)最大電磁轉(zhuǎn)矩指標(biāo)為時(shí)，則最大轉(zhuǎn)矩與電磁負(fù)荷和電動(dòng)機(jī)主要尺寸有如下關(guān)系：。

    對(duì)水磁同步電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能指標(biāo)的要求體現(xiàn)為在最大電磁轉(zhuǎn)矩作用下，電動(dòng)機(jī)在時(shí)間‘ 。內(nèi)可線性地由靜止加速到轉(zhuǎn)折速育（此時(shí)的轉(zhuǎn)析諫度又稱為基本轉(zhuǎn)速），即。

    由上式得到的及即為在保證動(dòng)態(tài)響應(yīng)注能指標(biāo)的前提下可選擇的定子內(nèi)徑最大值。由式（7-56）和式（7-6 。）即可確定電動(dòng)機(jī)的定子內(nèi)徑和鐵心長(zhǎng)度這兩個(gè)主要尺寸。內(nèi)置式調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)的主要尺寸可參考上述步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)。

調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)的氣隙長(zhǎng)度一般大于同規(guī)格感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的氣隙長(zhǎng)度，且不同用途的電動(dòng)機(jī)，其氣隙長(zhǎng)度的取值也不相同：對(duì)采用表面式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)的永磁同步電動(dòng)機(jī)，由于轉(zhuǎn)子鐵心上的瓦片形磁極需加以表面固定，其氣隙長(zhǎng)度不得不做得較大；對(duì)采用內(nèi)置式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)溝，要求具有一定的恒功率運(yùn)行速度范圍的永磁同步電動(dòng)機(jī)，則電動(dòng)機(jī)的氣隙長(zhǎng)度不宜太大．否則，將導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的直軸電感過(guò)小，弱磁能力不足，電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速無(wú)法達(dá)到確定電動(dòng)機(jī)定子外徑時(shí)，一般是在保證電動(dòng)機(jī)足夠散熱能力的前提下，視具體情況為提高電動(dòng)機(jī)效率而加大定子外徑或?yàn)闇p小電動(dòng)機(jī)制造成本而縮小定子外徑。