稀土永磁同步电机之形波永磁同步电动机的调速运行和控制

2 . 1矩形波电流控制系统

图75为一个典型的矩形波电流控制永磁同步电动机传动系统，它由永磁同步电动机、逆变器、位置传感器和控制系统四部分组成。典型的控制系统包括有位置控制器、速度控制器和电流（转矩）控制器。用于矩形波电流控制的位置传感器通常沿电动机转子表面两个极距提供6个位置信息，互相错开6护电角度，德个位置信息触发逆变器中的一个功率晶体管，使之在1200电角度内导通，如图7-6所示。图7-6a中，位置信息尸（U +）和（U）分别控制功率晶体管VT，和VT 。的导通，即分别提供U相绕组的正、负电压（电流）；（v十）和P ( V一）分别使vTJ和vT．导通，从而分别提供V相绕组的正、负电压（电流）；尸（W +）和P ( w）分别控制VT，和vT：的导通，分别提供W相的电压（电流）。在任一时刻，只有两只晶体管（两相）导通。例如，在耐6一2之间， ( U勺和VT ' ( V一）导通，其空间合成矢量如图所示。在2时，（w）触发功率晶体管VT导通，VT关断，导通，其空间合成矢量如图中VTVT：所示。从而电动机定子绕组在气隙中形成了理想的以600电角度跳跃的磁动势矢量，如图7一6b所示。这与由对称的三相正弦波电压供电的三相交流电机中的旋转磁动势（行波）有点类似。正是这个以跳跃形式旋转的磁动势带动电动机转子，使之与定子磁动势以相同的转速旋转从图？6a还可看出，串联两相合成的定子磁动势在转子旋转60a电角度期间是静止的，而且滞后干正向导通的相磁动势〔电流）3 。如果使触发功率晶体管v丁‘的位置信息位于u相轴线后9 ”产生，则功率角将在G 。和12 。之间变动，平均值为90。

2 . 2开一关（斩彼）矩形波电流拉制器在图76中，位置传感器所提供的位置信息分别使对应相的晶体管导通12 。 ‘电角度，由于系统使用的是电压源逆变器，当晶体管导通时直流电压直接加到电动机的绕组上。幅值为了，的矩形波电流可以通过图75中的控制晶体管通断的脉宽调制（P WM )电路来实现。

如前所述，通过位置传感器的有关信息，对应相的定子绕组开始通电和终止通电。在由位置传感器决定的开始通电期间，当绕组中的电流上升到最大值几．二时电源便断开，而当绕组中的电流下降至最小值I～时电源又接通，使电流又开始上升，如此，在由位置传感器决定的通电期间内（对任一相均为1200电角度），电动机绕中的电流在最大值I～和最小值Im．。之间呈锯齿形变化（如图77所示），其间电源的导通与关断的时间间隔辐和姗由脉宽调制电路来控制，而脉宽调制电路的输入信号为电流指令值I友与逆变器实测电流之间的误差。

当电流指令值为一I左时，电动机的转矩将反向。只有当所有位置信息被转过180 “电角度，即所有相的电流均反相时，电动机便可实现再生制动。由于电动机的平均功率角为900，故电动机的再生制动和速度反向都容易实现，而且正、反转运行时电动机性能一致。

下面具体分析通电、断电期间逆变器一电动机方程

在通电期间，以晶体管VTI和VT 。导通期间为例，电流流过串联的U＋相和V相绕组，等效电路如图7-8b所示，图中，eu和e，为两相绕组中的感应电动势，R：和乙分别为每相绕组的电阻和漏电感。此时的电压方程。

    当电动机以恒定转速旋转时，E 。为一常数。在12 电角度导电期间，电动机绕组的线电动势保持不变（忽略换相对E 。的影响）．但在60 “电角度换相时，线电动势由。变为。假设电流iu和iv均为理想的矩形波，且零时刻电流为最小值编n ,则从式（7一7）可解得通电期间电动机的电流。把由式（79）和式（712）求得的，( t）代入式（7一13 )，即可得到在开关（斩波）矩形波电流控制下电动机的电磁转矩。一般来说，电动机采用斩波控制时电流的通断会导致转矩的脉动，但由于电流斩波所造成脉动转矩的频率比较高，所以通过合理的设计，其影响基本上可得到抑制。电流斩波控制的运行方式通常用于电动机转速较低的情况，这是由于当电动机转速很高时，感应电动势很高，使得逆变器的电压几乎不能在绕组导通期间使电流上升。因而，为扩展电动机的转速范围，高速时需增加电流中的去磁分量，即令电流超前角通过开关将定子绕组从丫接改为△接，可进一步扩展电动机的转速范围，因为改接后的相电压和。 。都为原有值的2倍。