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基于id=0的永磁同步電機矢量控制研究

王軍,潘健
（湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,武漢430068）

近三十多年來電動機矢量控制，直接轉(zhuǎn)矩控制等控制技術(shù)的問世和計算機人工智能技術(shù)的進步，使得電動機的控制理論和實際控制技術(shù)上升到了一個新的高度。據(jù)目前情況而言，交流永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)大多選擇采取矢量控制的方式，本文主要從id=0控制的角度對其進行研究。

矢量控制；id=0；研究

交流永磁同步電機（后文簡稱PMSM）矢量控制思想本質(zhì)上來說就是通過對定子電流的矢量相位和幅值的控制從而達到控制電機轉(zhuǎn)矩。由式（4.23）可知，如果npψriq和np（Ld-Lq）的值如果確定，轉(zhuǎn)矩此時僅由id和iq來決定，而且兩者一定是跟蹤著一定的id*和iq*，且與一定的轉(zhuǎn)矩相對應(yīng)，因此便可以達到電機轉(zhuǎn)矩控制的目的。

由于實際接入電機電樞繞組的電流是三相交流的，假定分別為iu，iv，iw，由此，id和iq的反饋值必須在變換陣進行變換。因為d軸方向與永磁體磁鏈方向是一致的，PMSM轉(zhuǎn)子在空間的位置就是d軸的空間位置，而且可由速度/位置傳感器進行測量得到。必須說明，對電機穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)運行來說電流矢量控制都是可行的。還因為id和iq兩者都是可以單獨控制的，使得各種先進的控制更容易實現(xiàn)。

id=0控制就是讓PMSM定子電流的直軸分量始終等于0。由PMSM在dq坐標下的電壓方程：

直軸電流等于0，也就是說直軸繞組等效電路開路狀態(tài)不工作。于是，不妨忽略定子直軸電壓分量的影響，僅由交軸電壓方程可得：此時PMSM和他勵直流電機雷同，定子電樞繞組即是交軸電流分量；勵磁磁鏈等于轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生的磁鏈，其大小恒定不變；在等效交軸繞組中，勵磁電勢只和轉(zhuǎn)子角速度成正比。因為定子磁動勢與轉(zhuǎn)子磁場兩者的空間矢量是正交的，所以此時電磁轉(zhuǎn)矩跟交軸電流成正比，由式（4.23）簡化得到：

僅當iq增大到imax時，電機達到恒定的最大電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速從0提速至額定轉(zhuǎn)速，反電動勢也相應(yīng)增大，其值接近電壓限幅值。根據(jù)電機參數(shù)，此時電壓極限橢圓與電流極限圓兩者在q軸上相交，交點在q軸上電流極限圓的頂點A位置，如圖4-2所示，可以得到A點位置的電動機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩：

當轉(zhuǎn)速超出額定值繼續(xù)升速時，電壓極限橢圓要向內(nèi)縮小，因而在該控制策略下，電流矢量軌跡只能是由A沿q軸向坐標原點移動，移動到原點時，轉(zhuǎn)矩接近為零。該轉(zhuǎn)速所對應(yīng)的電壓極限橢圓的長軸經(jīng)過原點，可求得此時電機轉(zhuǎn)速為：

比較式（4）和（5）可知，電動機轉(zhuǎn)速由式（4）上升到式（5），升速范圍較窄，同時在升速過程中轉(zhuǎn)矩下降明顯，將近為零。因此，對于永磁同步電動機來說，采用id=0控制，電動機轉(zhuǎn)速適合在額定轉(zhuǎn)速以下范圍內(nèi)運行。只利用電磁轉(zhuǎn)矩變量IQ控制的控制方法，此控制方法簡單，控制靈活，因此被廣泛應(yīng)用于永磁同步電機伺服系統(tǒng)。

[1]龔云飛.交流永磁同步電機伺服系統(tǒng)的仿真及實現(xiàn)[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué):龔云飛,2006.

[2] 張少華.永磁同步電機矢量控制策略研究與控制器實現(xiàn)[D].中南大學(xué):張少華,2008.

王軍，男，湖北工業(yè)大學(xué)碩士研究生，江陰華姿中等專業(yè)學(xué)校教師，技師。