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永磁同步电机矢量控制原理

LT

分别是向量在α轴β轴A轴B轴和C轴上的投影。

考虑到电枢绕组在不同坐标系的合成磁势相等和功率不变等因数，需要在

它前面加了个系数。

αβ/dq（Park变换）和其逆变换如下：

由于矢量控制能为永磁同步电机带来像直流电机一样的调速性能，而矢量

控制又是建立在坐标变换理论下的体系，因此我们有必要讨论一下永磁同步电

机在d，q坐标系下的数学模型。

其电路方程如下：

转矩方程如下：

在永磁同步电机中通常采用id=0，所以：

可见电磁转矩和q轴电流成正比，只要对电流进行控制就达到了控制转矩

的目的。同时这样也能保证最大的输出转矩。

其运动方程如下：

其中TL,J分别为电机的阻转矩和转动系统的转动惯量。

3．矢量控制原理介绍

矢量控制亦称磁场定向控制(FOC),其基本思路是:通过坐标变换实现模拟

直流电机的控制方法来对永磁同步电机进行控制,其实现步骤如下：

一、根据磁势和功率不变的原则通过正交变换,将三相静止坐标变换成二相

静止坐标，也就是Clarke变换，将三相的电流先转变到静止坐标系，再通过

旋转变换将二相静止坐标变成二相旋转坐标，也就是Park变换，Park变换中

定子电流矢量被分解成按转子磁场定向的2个直流分量id、iq(其中id为励

磁电流分量,iq为转矩电流分量)。

二、通过控制器对其速度电流环进行控制,控制id就相当于控制磁通,而

控制iq就相当于控制转矩。Iq调节参考量是由速度控制器给出，经过电流环

调节后得出其d，q轴上的电压分量即ud和uq。.

三、控制量ud和uq通过Park逆变换。

四、根据SVPWM空间矢量合成方法实现矢量控制量输出，达到矢量控制的

目的。

4．SVPWM产生原理

SVPWM是空间电压矢量PWM波产生，它具有电压利用率高、低谐波成

分、开关次数少和功率管功耗小等特点。同时，SVPWM还能很好的结合矢量控

制算法，为矢量控制得实现提供很好的途径，以最大限度的发挥设备的性能。

因此被越来越多的变频设备所采用。

4．1电压空间矢量SVPWM技术的基本原理

电压矢量与磁链矢量的关系:当用三相平衡的正弦电压向交流电机供电

时，电动机的定子磁链空间矢量幅值恒定，并以恒速旋转，磁链矢量的运动轨

迹形成圆形的空间旋转磁场(磁链圆)。因此如果有一种方法，使得逆变电路能

向交流电动机提供可变频、并能保证电动机形成定子磁链圆，就可以实现交流

电动机的变频调速。电压空间矢量是按照电压所加在绕组上的空间位置来定的。

电动机的三相定子绕组可以定义一个三相平面静止坐标系：

这是一个特殊的坐标系，它有三个轴,互相间隔120度，分别代表三个相。

三相定子相电压Ua,Ub,Uc,分别施加在三相绕组上，形成三个相电压空间矢

量Ua,Ub,Uc,它们的方向始终在各相的轴线上，大小则随着时间按正弦规律变

化。因此，三个相电压空间矢量相加所形成的一个合成电压空间矢量是一个以

电源角频率w速度旋转的空间矢量。

同样的，也可以定义电流和磁链的空间矢量I和ψ。因此有：

当转速不是很低的时候，定子电阻R的压降相对较小。

该式说明，当磁链幅值一定时，u的大小与ω成正比，或者说供电电

压与频率f成正比。其方向是磁链轨迹方向的切线方向。当磁链矢量在空间旋

转一周时，电压矢量也连续地按磁链圆的切线方向运动2π弧度，其运动轨迹

与磁链圆重合。这样，电动机旋转磁场的形状问题就可转化为电压空间矢量运

动轨迹的形状问题来讨论。

永磁同步电机的矢量控制原理本质上就是围绕着如何建立一个旋转的空间

磁场，电机转动实质上就是空间磁场的转动。