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提高永磁同步电动机调速系统性能方法研究

许峻峰  
【摘要】:永磁同步电动机以其体积小、重量轻、功率密度大、低速输出转矩大、效率高、维护简单等优点受到了电机驱动系统研发人员的高度重视。本论文将结构简单、动态响应快的直接转矩控制方式应用到永磁同步电动机调速系统中,并对转矩调节、磁链观测、弱磁控制等问题进行了具体深入的研究,为提高永磁同步电动机驱动系统的性能奠定了基础。 首先在对永磁同步电动机数学模型分析的基础上,阐明了直接转矩控制方法在永磁同步电动机中应用的理论依据,为全文的分析奠定了基础。为解决圆形磁链轨迹对功率器件高开关频率的要求,以及滞环宽度值依据经验设定带来的开关频率和转矩脉动之间的矛盾,同时为使本文所研究的永磁同步电动机调速方法能顺利地应用到下一步即将开展的大功率机车牵引系统中,本文从开关频率优化和电压空间矢量合理选择两个方面提出了一种新的转矩调节方法:通过逆变器开关频率PI调节得到转矩滞环比较器的滞环宽度值。这样在充分利用功率器件开关频率的同时不仅克服了圆形磁链轨迹对功率器件高开关频率要求的缺陷,而且克服了在转速变化过程中采用固定滞环宽度值带来的功率器件开关频率波动范围大及由此造成低速转矩调节性能下降的缺陷;同时论文通过对零电压空间矢量对转矩调节作用的分析,针对零电压空间矢量的特点,为降低系统低速稳态运行时的转矩脉动,并且保证瞬态运行时转矩的快速响应,提出了在永磁同步电动机低速稳态运行时选用零电压空间矢量减小转矩,而在低速瞬态运行时选用有效电压空间矢量来减小转矩的转矩调节方法,该方法在保证系统响应速度的同时减小了系统平均转矩脉动。 定子磁链的准确观测是实现高性能直接转矩控制系统的重要环节之一。一方面定子磁链影响着空间电压矢量的选择,即可能由于观测误差无法准确判定磁链所在的扇区;另一方面磁链的观测误差可能造成控制策略失误,影响转矩


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