内置式永磁同步电机MTPA和弱磁控制

永磁同步电机(PMSM)的矢量控制恒转矩控制常用两种控制方式:弱磁控制和最大转矩电流比(MTPA)控制。内嵌式永磁同步电机(IPMSM)输出的转矩包含部分磁阻转矩,在相同转矩输出情况下,MTPA控制所需定子电流小于弱磁控制的定子电流,这样就实现了最小铜损。当车速达到额定转速后,电机受到电池电压的限制,恒转矩控制策略无法实现电机转速的继续上升,此时电机进入恒功率运行区,通过弱磁控制策略实现在电压受限条件下的电机转速上升。提出了在低转速和无需足够大扭矩时使用MTPA控制;在转矩输出要求很大时,使用最大电流输出控制;超出额定转速后,使用最大功率输出控制,即最大电压转矩比(MTPV)控制。     

增程式电动车用永磁同步电机弱磁控制仿真研究

考虑到增程式电动车(EREV)电驱动系统的特点和特殊要求,在永磁同步电机数学模型的基础上,研究了永磁同步电机的弱磁控制原理及其控制策略。在基速以下,采用最大转矩/电流控制(MTPA),使电机运行于恒转矩区,以获得最大电磁转矩;当转速增至基速后,则采用弱磁控制策略,以拓宽电机的调速范围,实现高速恒功率运行。在Matlab/Simulink中,基于电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术对永磁同步电机弱磁控制系统进行了建模仿真,验证了该弱磁控制算法正确性。     

感应电机空间矢量直接转矩控制系统的效率优化

提出了一种感应电机空间矢量直接转矩控制系统的效率最优控制方法。在定子磁链定向坐标系中,建立了计及铁芯损耗的感应电机数学模型。分析了电机损耗与转矩、转速和定子磁链的关系,推导出了不同运行工况条件下效率最优的定子磁链幅值表达式,实现了感应电机直接转矩变频调速系统的效率最优控制。实验结果表明,所提优化控制策略,在保持直接转矩控制快速动态响应特性的同时,可有效提高电机轻载时的运行效率。     

永磁超环面电机最大转矩电流比矢量控制

为充分利用永磁超环面电机的电磁转矩，研究了超环面电机最大转矩电流比MTPA(maximum torque per ampere)矢量控制系统。首先，分析了超环面电机蜗杆内定子变截面的结构特点和行星轮磁齿的运动规律，推导了永磁超环面电机驱动系统的时变数学模型；然后基于极值原理和公式法，得到永磁超环面电机输出转矩与交直轴电流的函数关系；结合闭环反馈得到行星轮转子的位置信息，搭建了该电机的MTPA控制系统，并对MPTA控制策略下的超环面电机响应性能进行了仿真分析。仿真结果表明，MTPA控制策略能够提高超环面电机电磁转矩的利用率，有效降低该电机的功率损耗，同时该控制系统具有良好的抗扰性能以及对参数变化的鲁棒性。     

变工况下感应电机全速域效率优化控制研究

为了进一步降低感应电机在变工况运行条件下的电能损耗,提出了一种基于模型法的全速域节能运行控制策略。该策略在考虑漏感影响的损耗模型基础上,建立可控损耗受转速与电流影响的机理关系,并对感应电机在全速域范围运行的转速变化进行区域划分,利用库恩卡克条件确定在不同速度划分区域运行负载波动时的最优节能控制策略;在弱磁区利用电流轨迹图对励磁电流和转矩电流进行合理分配来提高感应电机最大转矩。仿真分析表明,所提出的节能控制策略能够有效提高感应电机的运行效率,并提高弱磁区的最大输出转矩,使系统达到最佳运行状态。     

基于最大转矩损耗功率比的感应电动机能效优化

提出了一种基于最大转矩损耗功率比(Maximum Torque Per Power Losses,MTPPL)的感应电动机变频调速系统的能效优化方法。在考虑铁损耗的感应电动机数学模型以及转子磁场定向的基础上,分析了电动机处于稳态运行时,电动机转矩损耗功率比与电动机转速、转差频率之间的关系。当转矩损耗功率比取最大值时,即实现电动机控制系统损耗功率最小化的高能效运行。推导出转矩损耗功率比与电动机转速和转差的函数关系式,并对其求导,求出最大值对应的最优转差频率。将最优转差频率用于感应电动机的恒压频比变频调速系统,实现感应电动机的高能效运行。在Matlab/Simulink中搭建控制系统的仿真模型以及实验平台,验证了该方法的有效性。     

效率最优的感应电机无差拍直接转矩控制

提出了一种感应电机无差拍直接转矩控制系统的效率最优控制方法.在定子磁链定向坐标系中,以定子磁链和转子磁链为状态变量,导出了空间矢量无差拍直接转矩控制的电压控制律.分析了电机损耗与转矩、转速和定子磁链之间的关系,给出了电机稳态运行时效率最优的定子磁链幅值计算公式,实现了感应电机无差拍直接转矩控制变频调速系统的效率最优控制.实验结果表明,给出的优化控制策略,在保持无差拍直接转矩控制快速动态响应特性的同时,电机轻载运行效率得到显著提高.     

一种无刷双馈感应电机无功功率的控制方法

和双馈感应电机相比,无刷双馈感应电机大大提高了运行可靠性。近年来无刷双馈感应电机研究的热点集中在优化设计和控制策略上。间接转矩控制策略是一种新的控制方法,与矢量控制方法相比,该方法无需旋转坐标变换,所用的电机参数较少。在无刷双馈感应电机间接转矩控制系统的基础上进一步提出了一种无功功率的控制方法,在功率绕组静止坐标系推导出无功功率与控制绕组磁链之间的关系,从而设计了无功功率的控制器对无功功率进行控制,仿真结果证明所提无功功率控制策略的有效性。     

感应电机弱磁区最大转矩输出的控制策略研究

针对感应电机采用传统弱磁方法不能实现最大转矩输出,提出了一种全速度范围实现最大转矩输出的电流优化分配控制策略。首先,以最大转矩输出为目标,对电压、电流进行合理分配,得出了理论的最优电流分配原则;然后,以电机运行的实际状态与理论分配相结合,提出了一种电流优化的控制策略;最终,将该方法用于矢量控制系统中,实现了全速度范围的最大转矩输出控制。通过仿真和实验结果证明,该方法可靠、有效且动态响应性能良好。     

感应电动机转子磁场定向下的弱磁控制算法

电动汽车、数控机床等应用领域要求感应电动机具有宽范围的恒功率弱磁调速能力。提出一种感应电动机弱磁状态下电压和电流轨迹控制的新方法。在满足电机和驱动器最大电压和电流约束条件的前提下,该方法可实现全速度范围内的最大转矩输出。此方法不需要查表运算,对电机参数的依赖性较低。通过对SVPWM方法中得到的零电压矢量作用时间的积分,可得到d轴电流的给定值,从而实现最大转矩电流比（maximum torque per ampere,MTPA）控制区与弱磁区之间的平滑过渡。在5.5 kW系统上对所提弱磁方法进行仿真和实验验证,实验结果证实了该方法的可行性。     

基于Maxwell 2D的永磁辅助同步磁阻电机的参数化建模及分析

根据永磁辅助同步磁阻电机(PMASRM)复杂的结构特点,基于ANSYS Maxwell 2D软件平台,介绍参数化绘制几何模型的过程,并对结构参数进行优化设计。对恒转矩区间采用最大转矩电流比(MTPA)控制策略、恒功区间采取弱磁控制求解电机电压、电流、内功率因数角、转矩的具体步骤进行了详细说明,为同类电机设计提供了较为实用的分析手段。     

永磁同步电机线性分段最大转矩电流比近似控制

在永磁同步电机(PMSM)数学模型和最大转矩电流比(MTPA)控制理论的基础上,分析了MTPA曲线的数学特性,表明MTPA曲线是等轴双曲线的左半支。根据该双曲线的特性,提出了一种线性分段MTPA近似控制算法。改变电机参数,计算MTPA真解与近似解之间的误差,验证该控制算法的可移植性。建立Simulink模型,进行仿真分析,对比查表法与MTPA近似控制算法的响应特性。仿真结果表明:线性分段MTPA近似控制算法具有良好的稳态和动态响应,可以较好地实现MTPA控制。     

永磁同步电动机过载特性及其控制策略

从永磁电机过载故障的原因入手,分析了永磁同步电动机(PMSM)在恒转矩区的最大转折速度,提出一些通过电机参数优化来改善永磁电机过载性能的方法.由于电机最大恒转矩值越大转折速度越小,因此提出了最大转矩/电流(MTPA)与弱磁控制策略相结合的方法,通过弱磁最大转矩使电机在恒转矩区的转折速度达到更大,从而提高PMSM的过载能力.     

车用内置式永磁同步电机线性化损耗最小控制

降低内置式永磁同步电机的损耗,对于提高电动汽车的一次充电续行里程有重要的意义,在分析内置式永磁同步电机(IPMSM)损耗模型的基础上,基于状态反馈精确线性化控制策略,推导出损耗最小控制下最优的励磁电流和转矩电流,使内置式永磁同步电机运行于损耗最小控制方式下,并利用Matlab仿真软件建立了系统模型并进行仿真。仿真结果表明,与传统的最大转矩控制相比,系统在保持线性化解耦快速动态响应的同时,损耗最小控制方式下的电机损耗有明显减小,达到节能提高电动汽车一次充电续行里程的目的。     

Position sensorless control of IPMSMs based on a novel flux model suitable for maximum torque control

In this paper, a novel position sensorless control method for interior permanent magnet synchronous motors (IPMSMs) that is based on a novel ?ux model suitable for maximum torque control has been proposed. Maximum torque per ampere (MTPA) control is often utilized for driving IPMSMs with the maximum e?ciency. In order to implement this control, generally, the accurate motor parameters are required. However, the inductance varies dramatically because of magnetic saturation, which has been one of the most important problems in recent years. Therefore, the conventional MTPA control method fails to achieve maximum e?ciency for IPMSMs because of parameter mismatches. In this paper, ?rst, a novel ?ux model has been proposed for realizing the position sensorless control of IPMSMs, which is insensitive to L_q. In addition, in this paper it is shown that the proposed ?ux model can approximately estimate the maximum torque control (MTC) frame, which is a new coordinate aligned with the current vector for MTPA control. Next, in this paper, a precise estimation method for the MTC frame has been proposed. By this method, highly accurate maximum torque control can be achieved. A decoupling control algorithm based on the proposed model is also addressed in this paper. Finally, some experimental results demonstrate the feasibility and e?ectiveness of the proposed method. © 2013 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 184(3): 55–66, 2013; Published online in Wiley Online Library (wileyonlinelibrary.com). DOI 10.1002/eej.22380     

微型燃气轮机发电系统启动过程控制

提出了微型燃气轮机发电系统启动过程实现最大转矩电流比(MTPA)的直接转矩控制(DTC)方案.在转矩闭环控制中,解决了电机高速运行状态下功率角的位置准确计算问题;利用霍尔位置传感器解决了高速永磁电机起动时初始位置检测问题,提出相应电机起动的空间矢量合理选择方法;为了更有效提高磁链的观测精度,对独立限幅积分器和耦合限幅积分器的观测性能进行了对比.结合升速和暖机状态的电机磁链和转矩的实际要求,设计供电效率最优启动方案.仿真和实验结果证明,系统具有良好的动静态性能,保证蓄电池有限能量情况下一次快速可靠启动.     

永磁同步电机效率改善策略比较研究

基于永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制(DTC)平台,针对最小损耗模型和最大转矩电流比两种效率改善策略进行了比较研究。前者通过计算PMSM的铜损和铁损,建立了最小损耗模型,求得最优励磁电流,进而给出最优定子磁链指令值Ψs*。后者利用Lagrange乘子法推导出了最大转矩电流比(MTPA)时输出转矩与最小定子电流之间的关系式,利用曲线拟合的方法求得最优励磁电流,进而给出最优定子磁链指令值Ψs*。仿真实验表明,两种控制策略都能够在保持良好性能的基础上提升运行效率,且最大转矩电流比方法要优于最小损耗模型法。     

凸极式无刷直流电机全速段复合矢量控制策略

针对非理想正弦型气隙磁密的凸极式(IPM-Type)永磁无刷直流电机(BLDCM),在传统方波电流控制下难以实现全速度范围的最大转矩比(MTPA)控制及换相转矩脉动抑制,提出一种基于机电能量转换理论和转子同步运动相结合,并考虑复杂参数项的复合矢量控制策略,可以直接提取并控制电机定子电流的转矩分量来同时实现这2个控制目标。首先,在不同转速区间选择近似或实际MTPA模式控制电机。其次,考虑到实际运行过程中电机参数容易随着复杂工况而变化,采用简化的可变参数等效辨识及最优分配方案完成矢量控制。所提策略不仅可以使电机在任意速度区间匹配到最优电流参考点,而且提高了闭环动态响应。实验结果验证了方案的有效性和可行性。     

矩阵变换器供电的异步电动机DTC-SVM控制

提出一种由矩阵变换器供电的异步电机直接转矩控制-空间矢量调制(DTC-SVM)方法.该控制系统结构简单,转矩脉动小,输入功率因数为1.通过使用矩阵变换器空间矢量调制技术及异步电机的直接转矩控制技术,两种控制技术的优点得到了综合.用MATLAB软件对该控制系统进行了仿真测试,由仿真的矩阵变换器的输入、输出波形及异步电动机的速度、转矩波形证实了控制策略是有效可行的,系统具有良好的动态性能.