内置式永磁同步电机最大转矩电流比控制策略的研究与实现

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电能因清洁、价廉、使用方便等优点,成为目前世界范围内应用最广泛的能源。电机作为一种将电能转化为机械能的能量转化装置,所消耗的总电能数目巨大,已经占据总发电量的半数以上。因此,提高电机的效率可以实现节能减排,促进可持发展。永磁同步电机采用新型永磁材料替代传统转子,相比于直流电机或异步电动机,具有结构简单、效率高等优点,在调速领域已经逐步取代三相异步电动机。实践运行表明,永磁电机的工作效率、静动态特性、噪声等性能直接关系到相关产品的质量、人们生活水平的舒适性,为此研究永磁同步电机的控制策略是十分有必要的。在现有的永磁同步电机中,内置式电机具有效率高、结构坚固等优点。但是目前普遍采用的控制策略无法充分发挥其优势,为此从提高电机效率的角度充分,深入研究了最大转矩电流比控制策略的基本理论和实现方法,并通过实验对控制策略的有效性进行验证。本文主要工作如下:  首先介绍了永磁同步电机常用控制策略的种类、基本工作原理和优缺点,分析了目前应用较为普遍的矢量控制中坐标变换理论原理,推导永磁同步电机三相静止坐标系和旋转坐标系下的转换公式及对应的电机数学模型。  其次,深入学习内置式永磁同步电机最大转矩电流比控制理论,在 Matlab软件环境下构建了驱动系统相关模型,展开上述控制策略与现有控制策略的多工况对比性实验,初步验证了该控制策略能够进一步提高电机的效率和动态性能。  再次,设计和制作了基于 TMS320F28335高速数字信号处理器的驱动系统硬件电路,分析了电路中功率器件、驱动电路、采样电路、DA转化电路的工作原理和应用中的注意事项;基于CCS5.0编程环境编写了以MTPA为核心的模块化程序,结合流程图对电机转速计算、定子相电流采样、数字式 PID控制器、MTPA控制策略等模块的工作原理进行说明。  最后,构建了相关的实验平台,对最大转矩电流比控制策略进行了多工况验证。实验结果表明:与现有控制策略相比,在最大转矩电流比控制策略作用下,除具有良好的稳态特性外,内置式永磁同步电机具有更高的效率,并提高了动态响应能力。
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