永磁同步电机矢量控制系统的研究+仿真(8)
3.1 永磁同步电动机的矢量控制原理
近二十多年来电动机矢量控制、直接转矩控制等控制技术的问世和计算机人工智能技术的进步，使得电动机的控制理论和实际控制技术上升到了一个新的高度。目前，永磁同步电动机调速传动系统仍以采用矢量控制技术为主。
矢量控制实际上是对电动机定子电流矢量相位和幅值的控制。本论文采用按转子磁链定向的方式。由式(16)可以看出，当永磁体的励磁磁链和直、交轴电感确定后，电动机的转矩便取决于定子电流的空间矢量 ，而 的大小和相位又取决于 和 也就是说控制 和 ；便可以控制电动机的转矩。一定的转速和转矩对应于一定的 和 ，通过这两个电流的控制，使实际 和 ；跟踪指令值 和 ，便实现了电动机转矩和转速的控制。
由于实际馈入电动机电枢绕组的电流是三相交流电流 、 和 ，因此，三相电流的指令 、 和 必须由下面的变换从 和 得到：
（27）
式中，电动机转子位置信号由位于电动机非负载端轴伸上的速度、位置传感器提供[7]。
通过电流控制环，可以使电动机实际输入三相电流 、 和 与给定的指令 、 和 一致，从而实现了对电动机转矩的控制。
上述电流矢量控制对电动机稳态运行和瞬态运行都适用。而且 和 是各自独立的；因此，便于实现各种先进的控制策略。
矢量控制理论的提出从根本上解决了交流电动机转矩的高性能控制问题。基
本思想是在三相交流电机上模拟直流电机转矩控制的规律，在磁场定向坐标上，将定子电流矢量分解成产生磁通的励磁电流分量和产生转矩的转矩电流分量，并使两个分量互相垂直，彼此独立，然后分别进行调节，实现转矩控制。因此，矢量控制的关键仍是对电流矢量的幅值和空间位置的控制。
矢量控制一般是通过检测或估计电机转子磁通的位置及幅值来控制定子电流或电压，这样电机的转矩便只和磁通、电流有关，与直流电机的控制方法相似，
可以得到很高的控制性能。对于永磁同步电机，转子磁通位置与转子机械位置相
同，这样通过检测转子实际位置就可以得知电机转子磁通位置，从而使永磁同步
电机的矢量控制比起异步电机的矢量控制大大简化。矢量控制是当前高性能交流调速系统一种典型的控制方案。
3.2 永磁同步电动机矢量控制运行时的基本电磁关系
永磁同步电动机的控制运行是与系统中的逆变器密切相关的，电动机的运行性能受到逆变器的制约。最为明显的是电动机的相电压有效值的极限值 和相电流有效值的极限值 要受到逆变器直流侧电压和逆变器的最大输出电流的限制。当逆变器直流侧电压最大值为 时，Y接的电动机可达到的最大基波相电压有效值：
而在d-q轴系统中的电压极限值为 :
(1)电压极限圆
电动机稳态运行时，电压矢量的幅值：
将式（24）代入式（29）得：
由于电动机一般运行于较高转速，电阻远小于电抗，电阻上的压降可以忽略不计，上式可简化为
以 代替上式中的 ，有
当 时，式（32）是一个椭圆方程，当 时（即电动机为表面凸出式转子磁路结构时），式（32）是一个以（ , 0）为圆心的圆方程，下面以 为例，将式（32）表示在 的平面上，即可得到电动机运行时的电压极限轨迹¬——电压极限圆。对某一给定转速，电动机稳态运行时，定子电流矢量不能超过该转速下的椭圆轨迹，最多只能落在椭圆上。随着电动机转速的提高，电压极限椭圆的长轴和短轴与转速成反比地相应缩小，从而形成了一族椭圆曲线[9]。
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