永磁电机的矢量控制技术应用.doc

永磁电机的矢量控制技术应用
摘要:永磁电机因为具有良好的性能,被应用于医疗器械,化工,工业机器人等多个领域。而永磁电机的矢量控制系统能够实现高精度,高动态性能,特别是其中用到的坐标变换的方法,实现模拟直流电机的控制方法来对永磁电的转差功率回送到了电网上。转差功率不变型主要是变频和变级两种调速同时作用,这种类型中转差功率基本保持不变,整个系统的有效功率会随着输出功率发生变化,运行效率比较高,调速性能也是在三种类型中最好的。

再者是同步电机,它运行时没有转差。要进行调速就必须通过改变主磁场的运行速度。永磁电机与传统的同步电机没有太大的区别。那么如何改变主磁场的运行速度呢?
首先我们来看定子电压和定子频率之间的关系。频率在较低的值时,定子电压会随着定子频率的增加而增加,同时是按照某种线性关系变化的。换句话说,定子频率在一定范围内和定子电压成正比。当定子频率上升到转折点时,它与定子电压之间的关系发生了变化,不再是正比的关系。从转折点开始,定子频率无论怎么增加,定子电压都不会发生变化,一直保持在某一个数值。这个时候,定子电压恒定,定子频率继续增加,磁场就会逐渐减小,永磁电动机转速提高。这种通过增加定子频率减小主磁场的方法叫做弱磁升速。
我们所理解的矢量控制技术是高效的控制技术,它能使调速系统具有良好的调速性能。


矢量控制技术研发的目的是为了改善转矩的控制能力,但归根结底不变的是对定子电流的控制。在定子侧的物理量,像是电压,电动势,电流等都是交流量,都会随着时间的变化而发生变化的,交流量的空间矢量在空间中的控制调控很难实现,所以需要借助坐标变换,使各物理量由交流量变为直流量,从而使得更好的控制和调节。矢量控制的特点是分别控制永磁电机中励磁电流和转矩电流,采用信号采集的原理检测定子电流,把定子电流分成励磁电流和转矩电流两部分,由控制两部分电流的相位和幅值达到控制定子电流的最终目的。矢量控制的最终目的是为了改善转矩控制性能,而最终实施依然是落实到对定子电流(交流量)的控制上[2]。
由矢量控制技术的目的能够了解到矢量控制技术的基本思想,就是在普通的交流电动机上设法模拟直流电动机相关的规律,将电流矢量分解到磁场定向坐标中,形成两个电流分量,一个是产生磁通的励磁电流分量,另一个是产生转矩的转矩电流分量。分解这两个电流分量依照的是分解变量前后的功率不变。而分解后的两个电流分量在磁场定向坐标中相互垂直,互不干扰,分别对磁通和转矩进行调节,这样做的目的除了使系统更加简化,也可获得很好的动态特性。

矢量控制技术中的坐标变换主要分为两步,第一步是进行Clarke变换,第二步是进行Park变换。
对于三相电机而言,通入定子的三相电流在abc坐标下会产生一个合成磁势,如果我们把它分解到α-β坐标系下,即有一个脉动磁势,它是由α-β轴上的绕组等效平衡电流合成产生的。但是它所起到的效果跟abc是一样的,根据磁势和功率不变的原则通过正交变换,体现了等效思想。这个过程我们称之为Clarke变换,就是三相到两相静止的变换。这一变换首先将基于三轴二维的定子静止坐标系的各物理量转换为二