永磁同步电动机 起动 方式研究.pdf

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永磁同步电动机起动方式研究

摘要:永磁同步电动机(PermanentMagnetSynchronousMotor,PMSM)非常适合

于电动车驱动,然而如果转子初始位置检测不正确,起动转矩将减小或伴随一时的反转,

会直接影响PMSM驱动系统起动性能。本文主要对永磁同步电动机起动方式进行研究。

关键词:永磁同步电动机;起动方式;起动性能

1.永磁同步电动机起动问题

同步电动机的电磁转矩是定子旋转磁场与转子磁极相互作用而产生的。但它们仅仅在

相对静止时,也就是转子以同步转速旋转时,才有恒定方向的转矩。当电动机起动时,如果仿

照异步电机那样直接在三相定子绕组中通以额定频率的三相电流,那么转子磁极还没动,但定

子电枢绕组通过三相交流电形成的以同步速旋转的磁场,使得转子磁极所受的电磁转矩的方

向瞬息交变,每经半个周期,转矩方向就改变一次,因此转子所受的平均转矩等于零。所以同

步电动机没有起动转矩,就不能自起动。如图1所示,为永磁同步电动机起动过程。

图1永磁同步电动机起动过程

2.常用起动方法的比较

①定子电流的频率由低到高逐渐增加,最终将转子牵入同步速;②利用绝对式光电码盘

或旋转变压器获得转子磁极的初始位置,再给出相应的起动转矩实现起动;③采用带有简单

磁极定位功能的增量式光电编码器。它输出两组信息:一组用于检测磁极位置,带有绝对信息

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功能,三路彼此相差120°的脉冲U、V、W;另一组完全同增量式光电编码器,输出三路方波脉

冲A、B和Z。利用U、V、W三路信号可先确定转子的大概位置,再一边通入定子电流一边

根据A、B两路信号的先后次序来将转子初始位置角度范围缩小,通过多次循环最终达到所

需的精度要求;④在电机起动之前向定子通入直流电,产生一个静止的磁场以便将转子转到

事先约定的零位置上,这样就完成了转子位置初始化。进行转子位置初始化时,电流可取额定

值以便于产生足够的定位转矩。

以上四种方法各有优缺点:第一种方法对硬件没有特殊的要求,可适应不同的硬件系统,

但无法实现最大转矩起动,所以效率较低,耗时较长,同时也增加了编程上的工作量;第二种方

法具有较高的精度,但对系统的硬件即位置反馈装置进行了限制,具有一定的局限性,且成本

较高;第三种方法在转子微小转动的基础上可获得较高精度转子初始位置角,但其实现必须以

DSP为基础配以较复杂的程序,并对光电码盘提出了较高的要求,实现起来比较麻烦;而用最

后一种方法在对电机转子进行初始定位时必须较大范围地转动转子,尤其在对极对数较小的

电机进行定位时。但它在对光电码盘、控制器等硬件要求很低,程序上也容易实现的条件下

实现了电机的最大转矩起动,所以不失为一种有工程价值的好方法。

3.基于GPC的PMSM-DTC起动控制

在检测转子初始位置后,就正式进入了起动阶段。速度控制器必须具备良好的速度跟

踪性能,还必须考虑变速平顺性,因为速度变化不平滑将产生振动,如在汽车起步的10~

20km/h速度范围内,不合适的速度变化将产生颤振;若采用传统PI调节器,尽管具有较

快的响应速度,但积分器很容易进入了饱和状态,系统产生超调或振荡;因此利用广义预

测模型依赖性小、鲁棒性强等优点,采用广义预测算法控制给定转矩。基于GPC的PMSM

直接转矩控制结构原理如图2所示。

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图2基于GPC的PM

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