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电机种类简介
PMSM结构
1.永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor)
- 转子采用永磁体
- 定子绕组一般采用3相Y型连接
- 运行过程中,转子转速与电磁场转速同步
2.定子绕组:绕线差异
- 正弦磁链分布 ->PMSM,正弦BEMF
- 三角形磁链分布 ->BLDC,梯形BEMF
3.转子结构
永磁体呈瓦片形状,固定在转子表面,气隙一致
永磁体埋于转子中,因气隙不一致,具有凸极效应
与内嵌式相似,永磁体安装方式不同,凸极效应明显
三相定子坐标系下的PMSM数学模型
- 其中,Rs为相电阻。定子磁链由永磁体磁链和定子自感、互感产生的磁链合成:
- λf为定子中的永磁体磁链峰值, Lss为定子电感矩阵
- LA为定子自感平均值
- LB为定子自感的波动幅度, LB≠0时, PMSM为凸极电机
- LM为定子互感平均值
坐标变换
为了对高度耦合的永磁同步电机系统进行解耦控制,在矢量控制中需要用到对电机的三相交流电进行坐标变换,解耦后的控制可以使得PMSM的控制方式如直流电机般简单明了。
坐标变换:Clarke变换及其逆变换
- Clarke变换将三相静止坐标系(abc)下的参数变换到两相静止坐标系(αβ)下
abc空间120°均布
αβ相互垂直,α轴与a轴重合
坐标变换:Park变换及其逆变换
- Park变换将两相静止坐标系(αβ)下的变量变换到两相同步旋转坐标系(dq)下
dq坐标系随转子磁场同步旋转
定义逆时针方向旋转为正
d轴与转子磁链方向重合
αβ坐标系下PMSM模型
- 当PMSM为非凸极电机时(Ls = Lo, L1 = 0) ,电机模型进一步简化为
dq坐标系下PMSM模型
- 与abc坐标系和αβ坐标系下的模型相比,dq坐标系下
变量为直流量
参数与转子位置无关,为线性时不变系统
PMSM的转矩平衡方程
- 电机运行过程中还涉及到机械能与电能的转换,其运动平衡方程可描述为
T为负载转矩
B为摩擦系数
J为转动惯量
ωm= Pωr,为机械转速,P为极对数
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