基于計(jì)算機(jī)的永磁同步電動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)的確定
摘要：
在高速運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)的無刷永磁同步電機(jī)的特性，是用實(shí)驗(yàn)方法來確定的。結(jié)果表明，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行參數(shù)判別方法的理論和實(shí)測(cè)用于驅(qū)動(dòng)商用的3hp、****轉(zhuǎn)速8000r/min的內(nèi)置永磁同步電機(jī)。轉(zhuǎn)矩角功能發(fā)生了明顯的變化。磁場(chǎng)非線性特性通過電機(jī)模型在寬工作范圍內(nèi)重新計(jì)算。
關(guān)鍵詞：參數(shù)確定；永磁無刷同步電機(jī)； 磁場(chǎng)弱化；高速運(yùn)轉(zhuǎn)；矢量控制
1．簡(jiǎn)介
正弦反電勢(shì)永磁無刷同步電機(jī)與先進(jìn)的電子控制器組合能在廣泛的工業(yè)應(yīng)用中發(fā)揮更為優(yōu)良的性能。高速同步電機(jī)在同步旋轉(zhuǎn)參考系內(nèi)采用矢量控制，驅(qū)動(dòng)d軸電樞電流作為負(fù)載和速度的函數(shù)進(jìn)行變化。這種操作叫作“磁通減弱”，它允許電機(jī)運(yùn)行在更高的速度和力矩級(jí)別下。在參考文獻(xiàn)【l】一【4】里和相關(guān)文獻(xiàn)中能夠找到該高性能控制理論及其應(yīng)用。恰當(dāng)使用該方法進(jìn)行電流矢量控制能夠得到一種電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器的組合，它具有改良的轉(zhuǎn)矩、效率和擴(kuò)展的速度范圍。
在為無刷永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制設(shè)計(jì)電流矢量算法時(shí)，需要知道電機(jī)參數(shù)。****控制算法實(shí)現(xiàn)中最常用到的參數(shù)即簡(jiǎn)化模型參數(shù)如下：ld-直軸電感，lq -交軸電感和ψmag-永磁磁鏈。這些參數(shù)可以線性確定d軸電抗xd.q釉電抗xq和磁場(chǎng)勵(lì)磁電壓e0。這些線性化參數(shù)用于計(jì)算控制法則，例如：電壓限制橢圓和每安培****轉(zhuǎn)矩軌跡【1】。
永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)矩通常可用先前提到的參數(shù)和極對(duì)數(shù)p來表達(dá)，如式(l)所示。高性能轉(zhuǎn)矩控制常使用式(1)第二項(xiàng)所給出的磁阻轉(zhuǎn)矩。這種控制需要知道ld、lq和ψmag值。制造商所用的永磁無刷同步電機(jī)沒有提供先前提到的參數(shù)工作范圍值。即使提供了參數(shù)，也僅僅表示一個(gè)工作點(diǎn)。前述工作在低速下完成，清楚顯示出當(dāng)電機(jī)負(fù)載時(shí)，這些參數(shù)顯著地非線性變化。因此，當(dāng)超出電機(jī)整個(gè)速度負(fù)載范圍時(shí)，模型參數(shù)ld. lq和ψmag被看作固定值，這將導(dǎo)致先前提到的電流控制算法錯(cuò)誤低效地使用。
本文的研究是作者在高速運(yùn)行范圍下確定永磁無刷同步電機(jī)參數(shù)特性的結(jié)果。作者在實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置中采用特殊的計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量技術(shù)，用來驅(qū)動(dòng)商用永磁無刷同步電機(jī)在8000r/min以上的速度運(yùn)轉(zhuǎn)。采取的這個(gè)實(shí)驗(yàn)通過在超出廣闊工作點(diǎn)范圍下重新計(jì)算電機(jī)模型，說明了磁場(chǎng)非線性。這個(gè)模型允許對(duì)任意永磁無刷同步電機(jī)在超出整個(gè)工作范圍外進(jìn)行復(fù)驗(yàn)分析。
2 模塊說明
永磁無刷同步機(jī)構(gòu)參數(shù)分析通常只包括菲常簡(jiǎn)單描述了它們的工作。換句話說，是在沒有磁場(chǎng)飽和度和非線性影響下的無損耗工作。這樣的分析提供了超過有限的速度范圍，在比較低的速度下工作的可接受的結(jié)果。在比較高的速度和超過了很大的速度范圍，鐵心損耗和磁場(chǎng)非線性的影響成為比較重要的因素。
磁滯損失大約與頻率成比例，渦流電流大約與頻率的平方成比例，當(dāng)電機(jī)速度增加時(shí)則更加普遍。因此，在等效電路里鐵心損耗不能被忽略。圖l描述了永磁無刷同步機(jī)構(gòu)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)d軸和q軸的等效電路。這個(gè)模塊認(rèn)為只受到基本激勵(lì)頻率影響，而不描述受偶然負(fù)載損失的影響，比如機(jī)構(gòu)反電勢(shì)諧波循環(huán)磁場(chǎng)的干擾。模塊包括銅損耗用阻抗r。表示和鐵心損耗。鐵心損耗包括部件損失，與機(jī)構(gòu)里面電壓“vi”[8][9]成比例。假如這樣的話，選擇電阻rc。因此，模塊包含所有電流矢量可控制的損失。
d軸和q軸等效電路實(shí)時(shí)測(cè)量能夠根據(jù)機(jī)構(gòu)基本原理相位圖表確定。無刷永磁同步機(jī)構(gòu)在接近額定負(fù)載工作情況如圖2所述。相電流/s，是口軸的分支，因此產(chǎn)生1個(gè)d軸的電流分支。通常，運(yùn)行模式牽涉到“磁通減少”，導(dǎo)致式(1)中磁阻轉(zhuǎn)矩分量加到由wmagiq產(chǎn)生的場(chǎng)調(diào)整轉(zhuǎn)矩，所有圖2中的相由基頻元件構(gòu)成的，并來自于可測(cè)量的輸入量，一旦測(cè)得，這些相的d軸和口軸昀組件可以被用來計(jì)算圖l中等效電路的參數(shù)計(jì)算。
3實(shí)時(shí)試驗(yàn)設(shè)置
特殊結(jié)構(gòu)的7. 5kva電流控制型電壓源逆變器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是用來給被測(cè)電機(jī)提供低諧波正弦電流。用戶接口采用微處理器，并且允許相電流矢量人工控制或自動(dòng)控制。圖3展示的是實(shí)驗(yàn)裝置的基本模塊圖。
被測(cè)電機(jī)通過一個(gè)減速器是耦合到一個(gè)傳統(tǒng)的有刷直流電機(jī)。負(fù)載的控制是通過配置直流電機(jī)成為一個(gè)獨(dú)立的激勵(lì)器，并 |
