永磁同步电动机变频控制系统硬件设计及弱磁调速

发布时间：2017-06-29 04:08

  本文关键词：永磁同步电动机变频控制系统硬件设计及弱磁调速，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：永磁同步电动机转子上没有励磁绕组,使用永磁体产生电机旋转所需的磁场,和感应电机相比有体积更小,质量更轻;功率因数、效率更高;可靠性更高等特点,永磁同步电动机是国家“十二五”期间广泛推广使用的新型节能电机,其广泛适用于宇航、军事、船舶电力推进、风机水泵、电梯、空调、直驱式风力发电系统以及新能源汽车等领域,且多数永磁同步电机伺服控制系统需要变频调速,由于该种电机电磁参数非线性,变频器供电时转矩脉动大,开环运行平稳度差、噪声大。在某些特殊应用场合,如电力推动,主轴传动机构和电动汽车中,需要较宽的转速范围,电机的运行状态从恒转矩区域向恒功率区域延伸,这可以通过弱磁方法实现。本文针对永磁同步电动机变频控制系统的硬件部分及弱磁控制策略展开研究,具体研究内容如下:1、在实验室原有2.2kW永磁同步电机变频控制系统硬件电路的基础上,设计了一台功率为30kW的永磁同步电机变频控制系统。重点完成了主回路设计、器件选型、IGBT驱动电路设计等内容,其中为了减小线路间的杂散电感,主回路采用叠层母排设计。驱动电路采用CONCEPT公司的2SC0108T作为驱动核。控制电路部分在原有的基础上进行了重新设计。目前该变频控制系统已经集成组装完成,并且在2.2k W小功率异步电动机上对系统的性能进行了实验验证,实验结果表明能够控制电机的运行。2、深入研究了永磁同步电动机的矢量控制原理,在MATLAB下搭建双闭环仿真模型,并对电机起动、调速、负载突变、过载能力等性能进行了仿真。仿真结果表明电机的各项性能与理论分析相符合,为后续研究打下了坚实的基础。3、在分析永磁同步电动机的弱磁控制原理的基础上,选用梯度下降法进行弱磁调速,对该方法进行了深入的研究。4、针对内置式永磁同步电动机弱磁调速(在额定转速以上运行)时,受到直流母线电压的限制,电机的带载能力会有所下降的问题,本文将最小幅度误差过调制方法引入永磁同步电动机的弱磁运行区域,以提高直流母线电压利用率,进而提高弱磁区域的带载能力。将该方法与梯度下降法结合,在MATALB中搭建了仿真模型,仿真结果表明最小幅度误差过调制可以有效提高电机弱磁调速时的输出转矩。5、利用2.2kW永磁同步电动机变频控制系统的硬件及软件平台,对原有程序进行改进,改善了电机在基速以下的性能。实验表明在基速(1500r/min)以下,电机具有良好的空载和负载特性。
【关键词】：永磁同步电动机 矢量控制 硬件设计 弱磁控制 过调制
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM341
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-15
• 1.1 永磁同步电动机概述11-12
• 1.1.1 永磁同步电机的分类11
• 1.1.2 永磁同步电机的特点11-12
• 1.2 永磁同步电动机的控制策略12-13
• 1.3 永磁同步电机弱磁研究现状13-14
• 1.4 主要完成的工作14-15
• 第二章 永磁同步电动机矢量控制系统15-27
• 2.1 永磁同步电动机的数学模型15-17
• 2.2 永磁同步电动机矢量控制系统17
• 2.3 空间电压矢量控制方法17-21
• 2.3.1 电压空间矢量控制原理18
• 2.3.2 空间电压矢量的实现18-21
• 2.4 矢量控制仿真实验21-25
• 2.4.1 起动性能仿真22-23
• 2.4.2 调速性能仿真23-24
• 2.4.3 抗干扰性能仿真24-25
• 2.4.4 过载性能仿真25
• 2.5 本章小结25-27
• 第三章 永磁同步电动机控制系统的硬件设计27-49
• 3.1 控制系统主回路设计28-33
• 3.1.1 叠层母排的设计28-30
• 3.1.2 主回路器件的选型30-33
• 3.2 控制电路的设计33-38
• 3.2.1 TMS320LF2812最小系统设计33-35
• 3.2.2 采样电路的设计35-38
• 3.3 驱动电路的设计与调试38-47
• 3.3.1 2SC0108T芯片简介39-40
• 3.3.2 驱动电路的设计40-43
• 3.3.3 驱动电路的调试43-46
• 3.3.4 调试经验总结46-47
• 3.4 控制柜的布局及调试实验47-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第四章 永磁同步电动机的弱磁控制49-65
• 4.1 永磁同步电动机弱磁控制的原理49-50
• 4.1.1 电压、电流限制条件49-50
• 4.1.2 永磁同步电动机弱磁控制原理50
• 4.2 永磁同步电动机弱磁控制方法50-54
• 4.2.1 最大转矩电流比控制50-51
• 4.2.2 弱磁区域划分及确定51-53
• 4.2.3 电流给定值的修正53-54
• 4.3 过调制策略54-59
• 4.3.1 过调制控制策略的研究现状55-56
• 4.3.2 最小相角误差过调制56
• 4.3.3 最小幅度误差过调制56-58
• 4.3.4 两种过调制的仿真模型搭建58-59
• 4.4 仿真结果59-64
• 4.5 本章小结64-65
• 第五章 实验软件介绍及实验65-73
• 5.1 实验系统软件介绍65-66
• 5.1.1 永磁同步电动机矢量控制系统程序介绍65-66
• 5.2 矢量控制实验66-72
• 5.2.1 空载实验66-69
• 5.2.2 负载实验69-72
• 5.3 本章小结72-73
• 第六章 总结与展望73-75
• 6.1 总结73
• 6.2 展望73-75
• 参考文献75-81
• 附录81-85
• 附图 1. 30k W变频控制柜81-82
• 附图 2. 控制柜电路板部分82
• 附图 3. 控制柜变频器主体82
• 附图 4. 断路器82-83
• 附图 5. 限流起动电路83
• 附图 6. 进、出线电抗器83-85
• 致谢85-86
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文86

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