定子雙饋電雙凸極電機(jī)svpwm控制建模與仿真
束亞剛，程明
（東南大學(xué)電氣工程學(xué)院伺服控制技術(shù)教育部工程研究中心，南京210096）
摘要：文章分析并建立了定子雙饋電雙凸極( sdfds)電機(jī)在d、g旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。依據(jù)空間矢量脈寬調(diào)制( svpwm)原理，sdfds電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的電流環(huán)采用空間矢量脈寬調(diào)制方式以提高sdfds電機(jī)的電樞電流的控制性能。并基于matlab/simulink建立了sdfds電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的svpwm控制系統(tǒng)仿真模型。仿真結(jié)果表明，采用svpwm控制的sdfds電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)電樞電流諧波明顯減小，電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動降低，電機(jī)轉(zhuǎn)速控制性能良好，驗(yàn)證了整個sdfds電機(jī)svpwm控制系統(tǒng)的正確性和有效性。
關(guān)鍵詞：定子雙饋電；雙凸極電機(jī)；建模；空間矢量脈寬調(diào)制
中圖分類號：tm359. 9 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a 文章編號：100l-6848(2010)04-0001-04
0引 言
隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染的日益加劇，電動車以其節(jié)能、污染少等優(yōu)點(diǎn)成為解決傳統(tǒng)燃油車所帶來的能源和環(huán)境問題的****。作為電動車用的定子雙饋電雙凸極( sdfds)電機(jī)具有雙凸極電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、控制靈活、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。并a勵磁磁場玎獨(dú)立調(diào)節(jié)，這使得它比其它電機(jī)能更好的實(shí)現(xiàn)電動車效率高、寬調(diào)速范圍內(nèi)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快的要求。與其它雙凸極電機(jī)一樣，sdfds電機(jī)氣隙磁場空間分布非常復(fù)雜，內(nèi)部的電感、磁鏈、相電流具有強(qiáng)非線性、強(qiáng)耦合性，這使得雙凸極電機(jī)的數(shù)學(xué)模型比較復(fù)雜，電樞電流不易控制。
空間電壓矢量調(diào)制控制技術(shù)是一種優(yōu)化了的pwm控制技術(shù)[4-6]，因此svpwm法具有直流利用率高，諧波少，控制簡單，易于數(shù)字化實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，在電機(jī)控制領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。
本文分析并建立定子雙饋電雙[一極( sdfds)電機(jī)在d、q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。在matlab/simulink平臺上，建立了sdfds電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的svpwm控制系統(tǒng)仿真模型，實(shí)現(xiàn)了sdfds電機(jī)svpwm控制，并給出仿真結(jié)果，結(jié)果表明了該算法的有效性。
1 sdfds電機(jī)的數(shù)學(xué)模型
以三相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)為例，分析sd-fds電機(jī)在d、g旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。為了便于分析，現(xiàn)假設(shè)：
(1)電機(jī)各相參數(shù)對稱，忽略齒槽、換相過程、電樞反應(yīng)與電樞繞組相間互感等影響；
(2)因電機(jī)斜槽磁鏈近似為正弦波，即反電勢波形似為正弦波；
(3)磁路不飽和，不計渦流和磁滯損耗。
參照文獻(xiàn)[12]中對三相永磁雙凸極電機(jī)的建模分析的方法，可以得到sdfds電機(jī)在d、g旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下的數(shù)學(xué)模型，由于sdfds電機(jī)勵磁磁場可通過勵磁繞組獨(dú)立調(diào)節(jié)，不需要通過控制屯來實(shí)現(xiàn)，因此sdfds電機(jī)采用的是i=0的矢量控制方法。且三相繞組為星形連接，沒有中線，為了便于分析，在上述條件下sdfds電機(jī)在d、q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型可近似為
磁鏈方程為：
電壓方程為：
功率方程為：
式中，p為輸入功率；
轉(zhuǎn)矩方程為：
式中，te為電磁轉(zhuǎn)矩；p為極對數(shù)；由式(4)可知，sdfds轉(zhuǎn)矩與q軸電流、勵磁磁場近似成正比，轉(zhuǎn)矩方程近似于直流電機(jī)。
2仿真建模與結(jié)果
在matlab7.6的simulink環(huán)境下，利用simpowersystemtoolbox4.6豐富的模塊庫，在分析sd-fds電機(jī)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，建立了sdfds電機(jī)svpwm控制系統(tǒng)的仿真模型，整體設(shè)計框圖如圖1所示。系統(tǒng)采用雙閉環(huán)控制方案，轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)都由pi調(diào)節(jié)器構(gòu)成 |
