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无位置传感器同步电机直接转矩控制理论研究与实践

田淳  
【摘要】: 本文首先阐述了矢量控制在永磁同步电机的应用现状,指出矢量控制在转矩控制、弱磁控制和无传感器技术实现上的复杂性。永磁同步电机直接转矩控制技术为永磁同步电机弱磁控制、无传感器技术开辟了新的途径。因此,本文以永磁同步电机直接转矩控制理论、方案研究及其弱磁控制和无传感器技术实现为研究重点,并对电磁式同步电机直接转矩控制方案进行了初步研究。主要作了以下开创性的工作: 系统地阐述了永磁同步电机直接转矩控制理论,发展了原有的控制理论,明确了空间电压零矢量在控制系统中的重要作用——保持电机转矩输出,减小转矩脉动,据此提出了包括零矢量的新型控制方法。实验验证表明采用新控制方法提高了同步电机直接转矩控制性能。 指出了恒定磁链幅值的直接转矩控制系统在轻载稳态时效率不高的缺点。针对这一缺点,提出了根据负载改变磁链幅值的新型直接转矩控制方法。针对表面贴装式同步电机,提出了I_A=0的控制方案,并实现了电机准I_A=0控制方案。仿真和实验验证表明电机的轻载稳态性能大大提高,且动态性能优良。 开展了永磁同步电机直接转矩控制系统的弱磁控制研究。分析了永磁同步电机弱磁控制的原理,提出了弱磁控制中三条控制轨迹:最高电压限定轨迹、定子最大电流限定轨迹和最大直轴去磁电流限定轨迹。实现了表面贴装式永磁电机直接转矩控制调速系统的弱磁控制。仿真和实验结果论证了所提出的方案的正确性。 分析了直接转矩控制中造成定子磁链估计误差的影响因素。采用了改进积分器和新型的死区电压补偿等简单且适用于直接转矩控制的措施,以消除转子初始位置偏差和死区效应对定子磁链估计的影响。利用定子磁链来估计电机的转子速度和位置,实现了永磁同步电机无传感器运行。完成了1kw的永磁同步电机无传感器直接转矩控制系统。系统的调速范围可达1:100,电机额定转矩的阶跃响应时间为1ms,动态响应优秀。 在永磁同步电机直接转矩控制的研究基础上,本文对电磁式同步电机直接转矩控制理论和方案进行了初步仿真研究。通过两种电机的比较,总结了电磁式同步电机实现直接转矩控制具有的优势。针对电磁式同步电机励磁可调的特点,提出了功率因数调整为1的直接转矩控制方案。


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