永磁同步电机矢量控制仿真实验总结

第一篇：永磁同步电机矢量控制仿真实验总结

永磁同步电机矢量控制实验总结

矢量控制是交流电机的一种高性能控制技术，最早由德国学者Blaschke 提出。其基本思想是根据坐标变换理论将交流电机两个在时间相位上正交的交流分量转换为空间上正交的两个直流分量，从而把交流电机定子电流分解成励磁分量和转矩分量两个独立的直流控制量，分别实现对电机磁通和转矩的控制，然后再通过坐标变换将两个独立的直流控制量还原为交流时变量来控制交流电机，大大提高了调速的动态性能。随着新型电机控制理论和稀土永磁材料的快速发展，永磁同步电机（PMSM）成为近年来发展较快的一种电机。它具有气隙磁密度高、转矩脉动小、转矩/ 惯量比大的优点，与传统的异步电机相比，节能效果明显、效率高、结构轻型化、维护容易、运行稳定、可靠性高、输出转矩大，得到了越来越广泛的应用和重视，是目前交流伺服系统中的主流电机。永磁同步电机的数学模型

永磁同步电机模块可工作于电动机方式或发电机方式，运行方式由电机电磁转矩符号决定（为正则是电动机状态，为负则是发电机状态）。对永磁同步电机模型作如下假设：不考虑铁心饱和，忽略端部效应；涡流损耗、磁滞损耗忽略不计；定子三相电流产生的空间磁势及永磁转子的磁通分布呈正弦波形状，忽略磁场的高次谐波；不考虑转子磁场的突极效应；永磁材料的电导率为零，永磁体的磁场恒定不变。运用坐标变换理论，可以得到在同步旋转的两相坐标系下（d-q）的永磁同步电机的数学模型。

电压方程为：

udRidPdq

uqRiqPqd

定子磁链方程为：

dLdidf

qLqiq

电磁转矩方程为：

Tenp(iqdidq)

式中：ud、uq、id、iq、d、q分别为d-q 轴上的定子电压、电流和磁链分量；R 为电机定子绕组电阻；Ld和Lq分别为永磁同步电机d-q 轴上的电感；f为永磁体在定子上产生的耦合磁链；ω 为d-q 坐标系的旋转角频率；Te为电机电磁转矩；np为磁极对数；p 为微分算子。空间电压矢量PWM 控制方法

空间矢量PWM（SVPWM）是近年来的一个研究热点。采用SVPWM 设计逆变器，可以大大减少开关动作次数，并且有利于数字化实现。空间矢量（SVPWM）法也称为磁链追踪型PWM 法或磁通正弦PWM 法，磁链追踪型PWM 法从电动机的角度出发的，着眼于如何使电动机获得幅值恒定的圆形旋转磁场。空间矢量法是一种无反馈型工作模式，它是以三相对称正弦波电压供电时交流电动机的理想磁链圆为基准，用逆变器不同的工作模式所产生的实际磁链矢量来追踪基准磁链圆，由追踪的结果决定变频器的开关模式，形成PWM波。空间矢量法是目前国际上比较先进的变频调速控制模式，由于其供给电动机的是理想磁链圆，因此，电压谐波分量少，转矩脉动小，电动机工作比其他方式更平稳，噪音更低，同时也提高了电动机的工作效率及电源电压的利用效率。

三相逆变器的6只开关管可形成8 种基本的电压空间矢量，它包括6 个有效电压空间矢量V1~V6和2个零电压空间矢量V0、V7。PMSM 矢量变换控制方法

由其数学模型可知，永磁同步电机是一个非线性的控制对象，且d 轴电流分量id和q 轴电流分量iq之间存在耦合，为使永磁同步电机具有和直流电机一样的控制性能，通常采用id=0 的线性化解耦控制，即始终控制定子电流矢量位于q 轴上，和转子磁链矢量正交。

Tenpfiq

式中：f为一个恒定的值，只要保证定子电流与d轴垂直，就可以通过q轴电流分量iq快速控制电磁转矩，达到与直流电机同样的控制性能。

矢量控制的基本思想是将交流电机模拟成直流电机的控制规律进行控制。首先，通过电机轴上安装的编码器检测出转子的位置，并将其转换成电角度和转速，给定转速和反馈转速的偏差经过速度PI调节器计算得到定子电流参考输入iq*。定子相电流ia和ib通过相电流检测电路被提取出来，然后用Clarke变换将它们转换到定子两相坐标系中，使用Park 变换再将它们转换到d、q 旋转坐标系中。坐标系中的电流信号再与它们的参考输入id*和iq*相比较，其中id*=0，通过电流PI 控制器获得理想的控制量。控制信号再通过Park 逆变换，经过SVPWM产生6路PWM 信号并经逆变器控制电机转速和转矩。PMSM 矢量控制系统仿真

MATLAB下的Simulink和SimpowerSystems包括各种功能模块，容易实现永磁同步电机矢量控制系统的仿真建模，直观而且无需编程，使系统设计从方案论证到硬件设计更为便捷，大大缩短了系统设计的时间。在Matlab7.0的Simulink环境下，搭建了采用iq=0的矢量控制双闭环系统仿真模型。PMSM系统建模仿真的整体结构包括PMSM本体和三相电压型逆变器模块（Simulink的SimpowerSystems库中已提供）、坐标变换模块以及SVPWM生成模块，按照转子磁场定向原理搭建的PMSM 控制系统模型如图1所示。

图1 PMSM控制系统仿真模型

其中SVPWM 的算法分析及仿真系统如下。

扇区号Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ重新定义为Ⅲ、Ⅰ、Ⅴ、Ⅳ、Ⅵ、Ⅱ后，根据下式计算扇区号N。

Nsign(V)2sign(Vsin60)Vsin304sign(Vsin60Vsin30)

为了便于SVPWM 算法的实现，定义如下变量：

X3VT/VDC

Y(33VV)T/VDC 2233VV)T/VDC 22Z(对于不同的扇区T1、T2，按表1 取值。

在仿真程序中，T1、T2 赋值后还要对其进行饱和判断，为了防止T1+T2>T 而发生饱和，设定若饱和发生则：

t1t2t1TPWM

t1t2t2TPWM

t1t2在一般的情况下，T1+T2

Ta(TT1T2)/4

TbTaT1/2 TcTbT1/2

则在不同的扇区内根据表2 对微控制器或数字信号处理器的比较寄存器Tcm1、Tcm2、Tcm3进行赋值，就可得到所需的电压空间矢量脉宽调制波形。

将上述模块连接生成SVPWM 整体模型，如图2 所示。

图2 SVPWM整体仿真模型 仿真结果及分析

仿真算法使用Matlab7.0 中Simulink 环境下的Variable-step，最大步长设为1e-6。给定PWM 周期TPWM = 0.1ms，逆变器直流母线电压400 V，PMSM 电机参数设置为：电机功率P = 1.2 kW，定子相绕组电阻R=2.875Ω，定子d、q 相绕组电感Ld=Lq=8.5 mH，转动惯量J=0.008 kg·m2，极对数p=4。在t=0时刻，给电机加负载转矩T=0起动，给定转速为600 rad/s；在t=0.05时刻，给定转速变为1000rad/s;在t=0.1时刻，负载转矩T=2N·m，仿真时间为0.2s。图3-给出了仿真实验波形。

图3 三相电流波形

图4 转速波形

图5 转矩波形

6.结论

本实验介绍了永磁同步电机（PMSM）矢量控制系统的结构、空间矢量脉宽调制（SVPWM）的基本原理及实现方法，并在MATLAB 环境下应用Simulink 及SimPower Systems 工具箱建立了系统的速度和电流双闭环模型，进行了实验仿真，仿真结果表明：永磁同步电机矢量控制系统具有较好的动态响应特性和速度控制特性，有效的验证了id=0 控制算法，为永磁同步电机控制系统的分析、设计和调试提供了理论基础。

第二篇：永磁同步电机的工作原理

永磁同步电机的工作原理

永磁同步电机的工作原理与同步电机的工作原理是相同的。永磁同步电机在现在应用及其广泛。和感应电机一样是一种常用的交流电机。特点是：稳态运行时，转子的转速和电网频率之间又不变得关系n=ns=60f/p，ns成为同步转速。若电网的频率不变，则稳态时同步电机的转速恒为常数而与负载的大小无关。

作为发电机运行是同步电机最主要的运行方式，作为电动机运行是同步电机的另一种重要的运行方式。同步电动机的功率因数可以调节，在不要求调速的场合，应用大型同步电动机可以提高运行效率。近年来，小型同步电动机在变频 异步电动机又称感应电动机,是由气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩,从而实现机电能量转换为机械能量的一种交流电机。异步电动机按照转子结构分为两种形式:有鼠笼式〔鼠笼式异步电机〕绕线式异步电动机。永磁同步电机的工作原理如下：

永磁同步电机主磁场的建立：励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主磁场。

永磁同步电机的载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感应电流的载体。

永磁同步电机的切割运动：原动机拖动转子旋转（给电机输入机械能），极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组（相当于绕组的导体反向切割励磁磁场）。

永磁同步电机交变电势的产生：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三 相对称交变电势。通过引出线，即可提供交流电源。

永磁同步电机的交变性与对称性：由于旋转磁场极性相间，使得感应电势的极性交变；由于电枢绕组的对称性，保证了感应电势的三相对称性。

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第三篇：2013年高效高压永磁同步电机节能技术鉴定会

2013年高效高压永磁同步电机节能技术鉴定会

9月17日，工业和信息化部在太原组织召开了高效高压永磁同步电动机节能技术鉴定会，邀请国家稀土永磁电机工程技术研究所中心主任唐任远院士、上海电科所金惟伟所长、天津大学王晓远院长等多位国内电机领域知名专家组成鉴定委员会，工信部科技司副司长韩俊、节能司副司长高东升、省经信委总工程师杨永辉、节能处处长张占祥、省发展改革委、省科技厅、省国防科工办等参加了会议。（莱普乐注塑机节能改造网）

山西北方机械制造有限责任公司隶属于中国兵器一机集团，高效高压永磁同步电动机是该公司响应国家节能减排号召，推进军工技术民用化，于2008年开始着力研制开发的工业节能产品，在磁场分析匹配、降低损耗、优化热平衡和动平衡等方面取得了重大突破，并于2012年7月通过山西省科技厅组织的成果鉴定，具有效率高、节电率高、安全本质度高及温度低、噪音低、维护成本低等特点。目前已完成33种机型的设计，获得各项专利授权8项。样机先后在首钢、大唐国电张家口电厂等十多家单位试用，反映良好。

为推动高效电机开发和推广应用，全面提高电机能效水平，工信部在今年开始组织实施了《电机能效提升计划（2013-2015年）》，节能司高东升副司长作了总结讲话，提出三点要求：一是兵器工业集团公司和山西北方机械公司要认真按照专家组提出的意见完善技术、优化方案，同时迅速地对潜在的、现实的用户及行业提出方案，加大推荐力度，把技术转化为用户单位改造提升的现实需求。工信部和山西省经信委将把推广这项技术作为实施电机能效提升计划的一项重要措施。二是山西北方机械公司在加强技术开发的同时，要把市场推广作为当前及今后一段时期最重要的任务，创新商业模式，在最短的时间内把用户的需求变为现实的市场拉动力。第三，电机用户单位应做国内节能技术的促进派，支持国内企业自主创新。节能投资是有效益的，电机用户在满足技术要求的条件下，要多算经济帐，可采用与租赁公司、合同能源管理公司、银行合作及买方信贷等多种模式，共同促进我国电机能效水平的提升。

第四篇：永磁同步电机节能认证规则及申请流程

永磁同步电机节能认证规则及申请流程

一．永磁同步电动机规则解析

（一）依据标准

1.新版规则：CQC31-461122-2014永磁同步电动机节能认证规则

旧版规则：2010版

2.更新内容：

(1)扩大规则适用的产品范围；

(2)依据标准变更为GB 30253-2013《永磁同步电动机能效限定值及能效等级》；

(3)修改认证模式，取消初始工厂检查内容；

(4)增加工厂自我能力评估报告资料要求。

（二）适用范围

电梯用永磁同步电动机：1000V以下的电压，变频电源供电，额定功率在0.55kW~110kW范围内

（三）认证模式

1.模式：产品检验+获证后监督

2.认证基本环节：认证申请→产品检验→认证结果评价与批准→获证后的监督→复审

（四）申请所需资料

1.正式申请书（网络填写申请书受理后打印）

2.永磁电动机产品描述（CQC31-461122.01-2014）

3.品牌使用声明（如使用商标做品牌，提交商标注册证明）4.工厂自我能力评估报告

5.申请人、制造商、生产厂的注册证明如营业执照、组织机构代

码

6.产品已获安全认证证书或工业产品生产许可证的复印件

7.申请人为销售者、进口上市，还需提交销售者和生产者、进口

商和生产者订立的相关合同副本

8.其它：代理人的委托授权书（如有），有效的监督检查报告（如

有）申请认证产品的技术条件标准，其他需要的文件(五)产品检验

1.基本要求

产品应满足GB755和GB14711（适用时）或防爆电机安全标

准（适用时）

(1)提供符合GB14711标准的安全认证证书或防爆电机提供

生产许可证；

(2)提供经中国实验室国家认可委员会认可的实验室出具的

有效的符合GB755标准的检验报告；

(3)剃发恭敬中国实验室国家认可委员认可的实验室出具的

有效的符合GB14711标准的检验报告（适时用）；

(4)如不满足上述要求，则对送检样机中最大、最小功率样机

进行相应的随机检测。

2.认证单元划分

电梯用永磁同步电动机中类型、结构相同的系列产品为同一

认证单元

类型结构包括产品名称、产品系列号、机座结构、电动机转

子结构，外壳防护等级（内外转子及隐极凸极结构）、冷却

方法等。

3.检测单元划分

电梯用永磁同步电动机，每个认证单元不划分检测单元

4.取样原则

（1）送样数量：应覆盖到配套电梯的不同载重量、梯速、电

动机转矩，应包括型谱中的最大、最小功率；

（2）送样要求：具体的送样规格及数量由CQC根据所申请

认证单元的产品型谱确定。

5.检验方法

参照GB/T 22669-2008（见附件）中10.2.1中的A法-输入、输出确定

6.关键零部件和原材料要求

（1）关键原材料为硅钢片、漆包线、永磁材料等影响电机能

效的原材料

（2）产品如选配多个关键原材料时，CQC原则上至指定一

种匹配进行样品检验，其他关键原材料进行备案管理，必要时进行样品检验

（3）为确保产品一致性，关键原材料的技术参数、规格型号、制造商发生变更时，持证人应及时提出变更申请，并送样检验

或提供书面资料确认，经CQC批准后方可在获证产品中使用。

（六）获证后的监督

1.监督内容：工厂部分质量保证能力+获证产品一致性检查

+现场指定试验+监督抽样

2.检查频次：对于初次获证的生产企业，一般在获证后12

个月内实施第一次监督检查，每年监督检查间隔不

超过12个月。

3.检查内容：CQC/F 002-2009《资源节约产品认证工厂质

量保证能力要求》和《工厂自我能力评估报告》

（七）复审

证书有效期满前6个月，持证人向CQC提交复审申请

按新要求进行产品检验 二．网上申请流程介绍

申请人填写申请书→关注网上认证机构的受理通知→向认证机构寄送资料→向检测机构寄送资料及样机→关注网上的认证进度及通知→收到费用通知并交费→配合分中心的监督检查。三．永磁电机节能认证资料要求

1.正式申请书

根据CQC要求，申请书上的申请人、制造商名称和地址必

须与申请人营业执照上的地址一致，如不一致请修改申请书。申 请书上请加盖公章。

2.产品描述

产品描述封面上申请人、制造商名称和地址必须与申请人

营业执照上的地址一致，如不一致，请修改产品描述。产品描

述上请加盖公章。参照《产品描述填写须知》填写相关资料，并同时提供一份电子版。

3.电机铭牌

提供本单元送样电机铭牌，具体内容参照《电机铭牌要求》 附件：

第五篇：关于xx公司稀土永磁同步电机项目环保公示

关于xx公司稀土永磁同步电机项目

自主环保验收情况的公示

1、建设项目名称：xx公司稀土永磁同步电机项目

2、建设单位名称：xx公司

3、建设项目地址：xx工业园西园（地理坐标为东经115°39'43“，北纬 29°41'54”）

4、建设规模：年生产永磁电机421160KW

5、项目概况：装备耗能是能源消耗的重要领域之一，电机是装备业的基础设备，是设备动力和传动系统的核心，是拖动风机、水泵、压缩机、机床、传输带等各种设备的驱动装置，广泛应用于工业、农业、交通、市政等多个行业和领域，是用电量最大的耗电终端设备，因此其用能与节能颇受关注。xx有限公司投资1200万元人民币，在xx西园建设稀土永磁同步电机项目。回收市场正在使用的不节能电机，通过自身技术优势进行稀土永磁化技术改造后外售市场，实现电机节能升级循环改造，延长电机使用寿命及性能。项目总用地面积8372平方米，年生产永磁电机421160KW。

6、环保措施落实情况：

（1）废水：废水为生活污水，项目采用油水分离后，通过地埋式污水处理设施处理达瑞昌市污水处理厂进水水质要求，排入污水处理厂进行处理；

（2）废气：项目生产过程中产生的废气主要为转子永磁化工序和浸漆烤漆工艺产生非甲烷总烃、焊接废气；

①转子永磁化工艺废气：项目在转子永磁化工序产生一定量的非甲烷总烃，项目通过加强通风对流等措施进行处理。

②浸漆烘干工艺废气：浸漆及烘干室采用全封闭式设计，浸漆与烘干均设置在室内，工作过程中整体采用微负压方式。浸漆槽设有顶吸风装置，收集工件浸漆过程中挥发的有机废气，收集的浸漆废气与烘干室内抽风系统抽出的有机废气统一送入活性炭吸附装置净化处理后通过15m排气筒排放。

③焊接废气：项目设置有1台电焊机，通过通风对流等措施对产生的废气进行处理。

（3）噪声：本项目设备安装时采取减振、隔振措施，减小对周边环境的影响；（4）固废：废活性炭属于危险废物，需委托有资质单位处理。项目目前废活性炭量极少，暂时采取收集、存贮在固体废物收集点，并进行分类、科学管理等措施，等收集到一定量时再交由有资质的单位进行处理；废螺丝、铁屑：收集后外售；含油抹布与生活垃圾集中收集后与废抹布一起交由环卫部门处理；

7、验收检测结果：

① 废水：生活污水排放口12月04日~05日各污染物因子日均值：pH值为7.02~7.13，CODCr为185~197 mg/L，BOD5为100~115mg/L，氨氮为15.2~18.7mg/L，SS为150~167 mg/L，经监测废水排放口中各项污染因子日均浓度均满足《xx市污水处理厂进水水质标准》。②废气：浸漆-烘干综合取样口12月04日~05日监测结果: 甲苯排放浓度为2.03~2.13mg/m3；排放速率为0.001~0.001mg/h；二甲苯排放浓度为2.86~3.12mg/m3，排放速率为0.001~0.0027mg/h；非甲烷总烃排放浓度为7.96~9.03mg/m3，排放速率为0.004~0.005mg/h。监测结果符合《大气污染综合物综合排放标准》（GB16297-1996)中二级排放标准限值。

无组织废气12月04日~05日监测结果: 上风口A1:甲苯未检出；二甲苯未检出；非甲烷总烃0.57~0.61mg/m3，颗粒物0.143~0.154mg/m3；下风口A2：甲苯未检出；二甲苯未检出；非甲烷总烃0.73~0.80mg/m3，颗粒物0.203~0.212mg/m3；A3甲苯未检出；二甲苯未检出；非甲烷总烃0.96~1.03mg/m3，颗粒物0.265~0.273mg/m3；A4甲苯未检出；二甲苯未检出；非甲烷总烃0.78~0.85mg/m3，颗粒物0.208~0.221mg/m3；监测结果符合《大气污染综合物综合排放标准》（GB16297-1996)污染源大气污染物无组织排放标准限值。敏感点A5甲苯未检出；二甲苯未检出；非甲烷总烃0.31~0.37mg/m3，TSP0.128~0.140mg/m3；其中TSP符合《环境空气质量标准》（GB3095-2012）中的二级标准。非甲烷总烃符合《大气污染综合物综合排放标准》（GB16297-1996)污染源大气污染物无组织排放标准限值。

③噪声：项目所在地的东N1、南N2、西N3、北N4面厂界噪声的昼间等效声级为56.2～57.1dB(A)，敏感点N5的等效声级为55.6~55.9dB(A)；夜间等效声级为46.3～47.1dB(A)，敏感点N5的等效声级为46.0~46.2dB(A)。均低于《工业企业厂界环境噪声排放标准》（GB12348-2008）中3类标准限值。

8、项目验收意见：

（1）验收评审时间：2018年03月28日

参加验收单位及有关人员

1、xx市环境监测站：xx

2、xx辐射监测站：xx

3、xx检测技术有限公司：xx

4、xx有限公司：xx（2）验收意见：

2017年03月28日通过现场检查和评审，该项目环保措施基本落实。验收检测结果达标。验收评审与会人员一致同意该项目通过环保竣工验收。（3）公示期：20天

（4）意见反馈渠道：

公司名称：xx 联系人：xx 联系电话：xx（5）附件：《建设项目竣工环境保护验收监测报告》