一种内置式永磁同步电机直接转矩控制系统的效率优化方法

提出了一种适用于内置式永磁同步电机(IPMSM)直接转矩控制驱动系统的效率优化方法。基于考虑铁心损耗的IPMSM模型,对电机损耗与运行转速、电磁转矩以及定子磁链三者之间的关系进行了研究分析。根据典型的IPMSM直接转矩控制不使用零电压矢量的特点,对电机功率损耗计算式进行了简化,推导得出在一定运行工况条件下IPMSM的效率最优定子磁链幅值。仿真结果验证了该方法不仅可以保持直接转矩控制动态响应的快速性,而且有效地提高了电机在稳态运行时的效率。     

具有最大转矩电流比的IPMSM直接转矩控制

为提高内置式永磁同步电机(IPMSM)控制性能,将直接转矩控制(DTC)与最大转矩电流比(MTPA)控制相结合,提出一种具有MTPA的IPMSM DTC方法。该方法采用MTPA控制和多项式插值方法建立了定子磁链与电机输出转矩之间的关系,可根据电机不同运行工况,动态调整定子磁链给定值。实验结果表明,所提控制方法在保持DTC快速动态响应性能的同时,可有效降低定子电流幅值,减小功率损耗,提高驱动系统运行效率。     

损耗极小的内置式永磁同步电动机直接转矩控制

为解决永磁同步电动机驱动系统在轻载运行时效率偏低的问题,给出了一种损耗极小的永磁同步电动机直接转矩控制方案。该策略通过分析电动机损耗与转速、转矩和定子磁链的关系,建立了考虑铁心损耗的永磁同步电动机模型,根据该模型推导出了使电机电气损耗极小的最优定子磁链表达式,将最优定子磁链计算模块嵌入直接转矩控制系统,从而实现了永磁同步电动机直接转矩控制调速系统的损耗极小。实验结果表明该控制方法不仅保持了传统直接转矩控制动态响应快的特点,而且能够提高电机在轻载运行时的效率。     

非恒定磁链幅值给定的永磁同步电机直接转矩控制

传统的永磁同步电机直接转矩控制采用的是恒定磁链给定,不能保证电机在不同的运行工况下效率最优。分析定子磁链与定子电流及转子永磁体磁链之间的关系,得到不同工况下定子磁链幅值的给定方式。提出一种非恒定磁链幅值给定的直接转矩控制方案,实现永磁同步电机定子电流的最优控制,使电机的运行效率得到提升。以表贴式永磁同步电机为例,通过仿真和实验验证了算法的有效性。     

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.     

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。     

考虑铁损的感应电机直接转矩控制的效率优化

建立了考虑铁损时的感应电机数学模型,在分析电机损耗和定子磁链的关系的基础上,提出了一种通过优化定子磁链实现感应电机直接转矩控制变频调速系统的效率最优控制策略。研究了不同负载转矩和转速条件下电机损耗与定子磁链之间关系,推导出电机损耗与负载转矩和定子磁链的表达式,进而确定了损耗极小时的最优定子磁链幅值。仿真结果表明该策略能明显降低感应电机直接转矩控制系统的功率损耗,提高运行效率。     

考虑损耗模型永磁同步电机直接转矩控制

考虑表面式永磁同步电机的铁耗和铜耗建立损耗模型,获得了永磁同步电机损耗与电流之间的关系。根据电流和磁链的关系,得到电机损耗与定子磁链幅值之间的关系,从而实现了基于最小损耗的永磁同步电机直接转矩控制方案。仿真和实验计算结果表明,采用该控制方式与传统的直接转矩控制方式相比,虽然铜耗有了一定的增加,但是铁耗和总的电气损耗均有了明显的减小,系统效率有了明显的提高。     

永磁同步电机最优直接转矩控制

永磁同步电机转矩中定子磁链幅值和转矩角均为可控变量,直接转矩控制的实现方法不唯一。根据永磁同步电机定子磁链和转矩角均可控的特点提出了一种最优直接转矩控制方法。该方法不要求保持定子磁链幅值恒定,直接以转矩为最终控制目标选择最优电压矢量实现对电机转矩的直接控制,省去了传统直接转矩控制方法中的磁链环。实验结果验证了理论分析的正确性和转矩控制方法的可行性。     

ALA+PM转子同步电机直接转矩控制探讨

该文比较了ALA+PM转子同步电机和传统的PMSM电机的转矩特性,前者随定子磁链的增大,转矩与负载角始终保持线性关系,不像后者需要约束条件。直接转矩控制是ALA+PM转子同步电机最好的控制方式,但定子磁链大于永磁磁链和小于永磁磁链,都会使定子电流增大,采用最大转矩/电流比(MTPA)方式给定定子磁链不会产生额外损耗。     

永磁同步电机直接转矩控制中定子磁链的分析

针对交轴电感大于直轴电感(Lq＞Ld)的凸极永磁同步电机转矩表达式的特点,得出了为了保证电磁转矩和负载角变化趋势一致时必须保证定子磁链给定幅值限制在一定的范围内,以及在基速运行范围内如何来改变定子磁链给定幅值达到最大转矩/磁链(MPTF)运行的目的,从而达到提高系统运行的效率,仿真结果表明采用基于MPTF的直接转矩调速系统较传统的直接转矩调速系统效率大为提高.     

永磁同步电动机的直接转矩控制

针对凸极转子结构的钕铁硼永磁同步电动机(PMSM)提出了直接转矩控制(DTC)方法,由于实现电机转矩和定子磁链的分别控制,并采用定子磁链滞环比较的电压矢量PWM逆变技术,提高了系统动态响应,并且算法也比较简单。     

电动汽车用永磁同步牵引电动机直接转矩控制

为提高电动汽车电传动系统性能,提出永磁同步牵引电动机直接转矩控制策略.根据电机的运行状态选择空间电压矢量获得快速动态转矩响应,同时有效降低逆变器的开关损耗.为提高系统效率,采用基于实时输入功率检测的定子磁链优化控制方法.仿真及实验结果证明了控制策略的有效性.     

面装式永磁同步电机无差拍直接转矩控制

为解决永磁同步电机传统直接转矩控制脉动大、开关频率不恒定,以及现有永磁同步电机无差拍直接转矩控制计算复杂、电压矢量解不唯一的问题,在电压源逆变器受限的情况下,针对表贴式永磁同步电机提出了一种简化无差拍直接转矩控制,计算出的电压矢量由空间电压矢量脉宽调制方法实现,保证逆变器开关频率恒定,该方法计算简单,无需计算二次方程。考虑到控制系统的延时,对电流进行预测计算,同时为提高定子磁链和电磁转矩的计算精度,设计采用观测器方法对定子磁链观测。仿真和实验结果表明,永磁同步电机的转矩和磁链脉动明显减小,动态性能好。     

基于有效磁链观测器的内置式永磁同步电机的无差拍直接转矩控制

为提高永磁同步电机驱动系统的性能,提出一种无速度传感器内置式永磁同步电机(IPMSM)无差拍直接转矩控制方法。在建立电机离散化模型的基础上,导出了转矩与磁链的无差拍电压控制律。采用图形化辅助解析的方法,直观地表达了无差拍直接转矩控制电压矢量解的物理含义。将无差拍直接转矩控制与基于有效磁链观测器的速度估算方法相结合,实现了IPMSM的无速度传感器控制。仿真结果验证了该方法的有效性。     

Permanent magnet synchronous motors using primarily reluctance torque

Permanent magnet synchronous motors (PMSMs) are widely used in many applications as high‐performance variable‐speed drives. In traction drives, such as those used for electric vehicles or for the compressor drives of air conditioners, a wide constant‐power speed range and high‐efficiency operation are desired. The aim of this paper is to develop a high‐performance PMSM that offers high‐efficiency performance in the high‐speed region, including light‐load conditions, as well as a wide constant‐power speed range. Simulations show that the proposed interior PMSM, which produces chiefly reluctance torque and in which the permanent magnet flux assists torque production, is capable of meeting the above performance requirements. A prototype PMSM is designed in accordance with this new design concept and several drive tests are carried out. The saliency ratio of the prototype IPMSM is about 5, and, as a result, reluctance torque is the principal torque component, representing more than 70% of total torque. The prototype IPMSM can attain a constant‐power speed range of up to 5:1 with high‐efficiency drive in the high‐speed, constant‐power region. The proposed IPMSM is suitable for variable‐speed drives requiring high‐speed, constant‐power operation. © 2000 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 134(3): 60–68, 2001     

基于参考磁链电压空间矢量调制策略的永磁同步电机直接转矩控制研究

设计了基于参考磁链电压空间矢量调制策略的永磁同步电动机直接转矩控制,用H调节器取代了常规直接转矩控制系统中的开关表和滞环控制器,在每一控制周期计算出参考磁链和估计磁链的偏差,选择相邻非零矢量和零矢量并精确计算出其作用时间.仿真结果表明,与常规永磁同步电机直接转矩控制相比,基于参考磁链电压空间矢量调制策略永磁同步电机直接转矩控制转矩脉动显著减小;转矩和转速动态响应更快;具有更好的动、静态性能.     

基于卡尔曼滤波器的永磁同步电机定子磁链观测研究

提出了一种基于卡尔曼滤波器理论的永磁同步电机定子磁链观测的新方法,着重分析了卡尔曼滤波器的设计原理,最后将该方法运用到永磁同步电机直接转矩控制系统中。仿真结果证明该方法具有良好的观测效果,完全消除了常规电压积分磁链观测方法存在的直流偏移和累积误差等缺点。     

Speed sensorless torque control of an IPMSM drive with online stator resistance estimation using reduced order EKF

Speed sensorless control of an interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM) based on direct torque control (DTC) is proposed in this paper. The rotor speed and position of the IPMSM are estimated based on an active flux concept, where, the active flux vector position is identical to the rotor position. The proposed algorithm does not require neither high frequency injection signal nor complicated schemes even at vary low speed operation. Torque/ flux sliding mode controller (SMC) combined with space vector modulation is proposed to improve the performance of the classical DTC. Stator resistance value is required for a stator flux and electromagnetic torque estimation. Its variation due to temperature or frequency degrades the scheme performance, especially, at low speed operation. To overcome this problem, a reduced order extended Kalman filter (EKF) is proposed to update online the stator resistance. The advantages of the direct torque control, sliding mode controller, and speed sensorless control are incorporated in the proposed scheme. Simulation works are carried out to show the ability of the proposed scheme at different operating conditions. The results demonstrate the activity of the scheme at wide range speed operation with load disturbance and parameters variation.