永磁同步电机控制系统—最大转矩电流比

发布时间:2024-08-23  

** 最大转矩电流比 **

最大转矩电流比(Maximum Torque per Ampere,MTPA)就是一种电机在不同的转速和转矩给定下,确定d轴电流和q轴电流给定值的方法,以保证电机的效率处于最优状态。


实际应用时有两种,一种是解析法,另一种是Look Up Table法。由于永磁同步电机参数的非线性,解析法在工程上不实用,但有助于理解和分析。Look Up Table法通过标定将解析方程和非线性参数转化为Look Up Table,更为实用和简单。

当永磁同步电机工作在线性调制区,且主要损耗为铜损耗时,MTPA点与最优效率点近似相等。在实际工程中,永磁同步电机不仅存在铜损耗,还存在铁损、涡流损耗、机械损耗等,特别是在六阶梯波模式下,铁损可能成为永磁同步电机的主要损耗,MTPA点不等于最优效率点。由于设计参数和实际参数的差异,通过标定最终确定d轴电流和q轴电流给定值。

根据

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给定

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得到

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在给定的定子电流绝对值下的最大转矩可以通过以下公式找到

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得到

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因为 90° ≤ β ≤ 180° , -1 ≤ cosβ ≤ 0

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图片

图片

图片,图片代入图片,得到图片,因为方程非常复杂,所以用MATLAB等数值工具求解。

当永磁同步电机转速升高时,反电势也随之升高,但逆变器的输出电压受到限制。根据永磁同步电机稳态模型方程:

图片

忽略定子电阻压降,考虑电流限值和电压限值

图片

如下图所示[1],作为设定点的图片,图片必须在电流极限圆和电压极限圆内,随着速度升高,电压极限圆会收缩。

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不同条件下的电流极限圆和电压极限圆

** MTPA的数值解法 **

利用MTPA的思想计算PMSM的MAP,计算步骤如下:

1.读入电机参数:图片图片图片图片,极对数图片,电流极限值图片,电压极限值图片,电机转速极限值图片,功率极限值图片

  1. 电机转速从0按照一定步长增加至图片

  2. 计算MTPA转矩点:

· 电机电流从图片按照一定步长增加至图片

· 电机电流角从90°按照一定步长增加至180°。

· 根据电压和转矩方程,计算图片图片图片图片图片,找出转矩图片最大的点。

  1. 记录和计算:图片图片图片图片图片图片图片,电子电压图片,输入功率图片,输出功率图片,功率因素图片,效率图片

  2. 滤除掉不满足电压限制、功率限制等的结果。

计算结果如下:

图片

x轴: 转速(Hz); y轴: 定子电压, 定子电流,转矩,功率 (电动工况)

图片

X轴:d轴电流,Y轴:q轴电流(电动工况)

图片

X轴:d轴电压,Y轴:q轴电压(电动工况)

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x轴: 转速(Hz); y轴: 定子电压, 定子电流,转矩,功率 (发电工况)

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X轴:d轴电流,Y轴:q轴电流(发电工况)

图片

X轴:d轴电压,Y轴:q轴电压(发电工况)


文章来源于:电子工程世界    原文链接
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