無刷直流電機學習筆記3

2021-10-01 07:47:24 字數 2237 閱讀 3432

本期學習的內容,主要是結合《現代永磁同步控制原理及matlab**》一書與網上材料,對三相pmsm座標變換原理,三相電斥源逆變器 pwm 技術的基本原理以及三相 pmsm 向量控制的基本原理進行學習。

1.無刷直流電機(bldc)和永磁同步電機(pmsm)的區別,可認為是設計理念中控制方式分別為方波和正弦波控制的不同而區分的。而三相 pmsm 的基本數學模型的建立,是為了更好的了解pmsm控制演算法。在三相 pmsm 的基本數學模型座標變換中,通常包括靜止座標變換(clark變換)和同步旋轉座標變換(park 變換),其座標關係下圖所示,其中 abc 為自然座標系,α-β為靜止座標系,d-q為同步旋轉座標系。

對於靜止座標系和同步旋轉座標系而言,兩者之間相差 90°電角度,且若忽略零序分量的影響,clark變換和park 變換間可通過乙個旋轉變換相互轉換。

2. 常規的spwm控制是將三角載波和對稱的三相正弦調製波作比較,且生成pwm 波形,這實際上是一種相電壓控制方式。而兩電平空間向量調製(svpwm)控制策略是依據變流器空間電壓(電流)向量切換來控制變流器的控制策略,它相比於spwm有更好的控制效能,對於典型的兩電平三相電壓源逆變器電路,其原理圖如下圖所示。其中,定義開關sa、sb、sc、sa』、sb』和sc』表示 6 個功率開關器件的開關狀態,上、下橋臂的開斷情況表示如下:

①當sa、sb或sc為1時,逆變器電路上橋臂的開關器件開通,其下橋臂的開關器件關斷(即sa』、sb』或sc』為 o);

②當sa、sb或sc為0時,上橋臂的開關器件關斷而下橋臂的開關器件開通(即sa』、sb』或sc』為 1)。

又因為同一橋臂上下開關器件不能同時導通,則上述的逆變器三路逆變橋的開 關組態一共有8種。則8個電壓空間向量表示式為:

uout=2udc(sa+sbej2π/3+sce-j2π/3)/3

另外,交流側相電壓 van 、vbn 和 vcn 與開關函式之間的關係為:

van= udc(2sa-sb-sc)/3

vbn= udc(2sb-sa-sc)/3

vcn= udc(2sc-sa-sb)/3

在 8 種組合電壓空間向量中,包括6個非零向量 u1(001 )、 u2 (010)、u3(011 )、u4( 100)、u5( 101 )、u6(110),以及兩個零向量 u0 (ooo)、u7(1ll), 將 8 種組合的基本空間電壓向量對映至如下圖所示的復平面中,即可得到該圖所示的電壓空間向量圖。它們將復平面分成了 6個區,稱之為扇區。

3.對於三相pmsm向量控制技術而言,通常包括轉速控制環、電流控制環和pwm 控制演算法3個主要部分。對於旋轉座標系下的電流控制,目前常用的是滯環電流控制和pi電流控制兩種控制方式。下面就針對滯環電流控制和pi電流控制的基本原理做乙個介紹。

三相pmsm的滯環電流控制框圖如下圖所示,在電壓源逆變器中,滯環電流控制提供了一種控制瞬態電流輸出的方法。其基本思想是將電流給定訊號與檢測到的逆變器實際輸出電流訊號相比較,若實際電流值大於給定值,則通過改變逆變器的開關狀態使之減小,反之增大。這樣,實際電流圍繞給定電流波形作鋸齒狀變化,並將偏差限制在一定範圍內。

因此,採用滯環電流控制的逆變器系統包括轉速控制環和乙個採用滯環控制的電流閉環,這將加快動態調節和抑制環內擾動,而且這種電流控制方法簡單。

而對於pi電流控制的基本原理,當id=o時,其控制方法的三相pmsm向量控制框圖如下圖所示,從圖中可以看出三相pmsm向量控制主要包括3個部分:轉速環pi調節、電流環pi調節器和svpwm演算法。

由此,可以很清晰的看出,對於乙個pi電流控制的系統來說,調節轉速環pi調節器的引數與電流環 pi 調節器的引數,是提高整個系統的可靠性與穩定性的關鍵。

本期的學習內容,主要是學習理論性知識,了解了pmsm座標變換、spwm演算法和svpwm演算法的優劣,初步認識到三相pmsm向量控制的基本原理。下一期的學習任務,首先過一遍正弦波部分的硬體原理圖,找出其與方波部分的不同,在比較裡學習,然後慢慢開始看程式,結合程式學習如何調節pi引數。

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