永磁同步电机之正弦波永磁同步电动机控制系统

    上一节的讨论中，电动机的各种控制策略均是基于对定子电流的幅值和相位的控制，也即对定子电流的矢量控制。图7一22为一个典型的具有弱磁扩速能力的水磁同步电动机传动系统简图。

传感器（图中采用光电编码器）的输出经处理后可得到电动机转子的位置信号6和转速信号。 。转速信号与速度指令比较后的偏差被作为速度控制器的输人信号。速度控制器是一个比例积分调节器，它的输出信号连同系统电流控制算法所确定的直轴电流一起，经尹坐标变换得到作为电流控制器输入的二相电流指令值，电流控制器利用事先制定的策略，根据检测出的实际定子三相电流与电流指令值之间的偏差产生控制逆变器功率元件导通和关断的控制信号，从而实现了水磁同步电动机的电流控制。系统中直轴电流指令算法（即前面所说的系统电流控制算法）如图7-23所示。图7一23中计算如下：。

图7一22中的电流指令信号是三相正弦波的电流信号，在电流控制中要采取一定的措施（策略）以使电动机实际电流与电流指令之间的偏差尽量小，这一过程即为电动机定子电流的调制目前，永磁同步电动机常用的定子电流的调制方法（或称定子电流的控制策略）有滞环电流控制、斜坡比较控制和预测电流控制等。此外，为减小电动机转矩中的纹波，提高电动机瞬态转矩的品质，还可以采取直接转矩控制和对电动机电流指令进行优化处理的控制方式等。

2.调速永磁同步电动机的设计特点

调速永磁同步电动机的应用场合极为广泛，与其配套的传动系统和控制方式也不一样，因而对其技术经济性能的要求大不相同。一般来说对调速水磁同步电动机的主要要求是：调速范围宽，转矩和转速平稳（或者说转矩纹波小、，动态响应快速准确，单位电流转矩大等。

    调速水磁同步电动机的设计是与相匹配的功率系统的有关性能密不可分的。设计时．应根据传动系统的应用场合和有关技术经济指标要求，首先确定电动机的控制策略和逆变器的容量，然后根据电机设计的有关知识来设计电动机。下面以正弦波水磁同步电动机为例分析研究调速水磁同步电动机的设计特点。

    水磁同步电动机调速传动系统的主要特性是它的调速范围和动态响应隆能。调速范围又分为恒转矩调速区和恒功率调速区，如图7一2所示。而电动机的运行过程可以用工作周期来表示，如图7-25所示，调速永磁同步电动机的动态响应性能常常以从静止加速到额定转速所需的加速时间t 。（kw级的电动机一般仅几十ms）来表示。为了提供足够的加速能力，一般情况下，最大转矩（又称峰值转矩）T为额定转矩7的3倍左右。

2.1主要尺寸的选择

调速水磁同步电动机的主要尺寸可以由所需的最大转矩和动态响应性能指标确定。下面分析表面凸出式转子磁路结构正弦波，水磁同步电动机主要尺寸的设计过程。

当调速永磁同步电动机最大电磁转矩指标为时，则最大转矩与电磁负荷和电动机主要尺寸有如下关系：。

    对水磁同步电动机动态响应性能指标的要求体现为在最大电磁转矩作用下，电动机在时间‘ 。内可线性地由静止加速到转折速育（此时的转析谏度又称为基本转速），即。

    由上式得到的及即为在保证动态响应注能指标的前提下可选择的定子内径最大值。由式（7-56）和式（7-6 。）即可确定电动机的定子内径和铁心长度这两个主要尺寸。内置式调速永磁同步电动机的主要尺寸可参考上述步骤进行设计。

调速永磁同步电动机的气隙长度一般大于同规格感应电动机的气隙长度，且不同用途的电动机，其气隙长度的取值也不相同：对采用表面式转子磁路结构的永磁同步电动机，由于转子铁心上的瓦片形磁极需加以表面固定，其气隙长度不得不做得较大；对采用内置式转子磁路结沟，要求具有一定的恒功率运行速度范围的永磁同步电动机，则电动机的气隙长度不宜太大．否则，将导致电动机的直轴电感过小，弱磁能力不足，电动机的最高转速无法达到确定电动机定子外径时，一般是在保证电动机足够散热能力的前提下，视具体情况为提高电动机效率而加大定子外径或为减小电动机制造成本而缩小定子外径。