六相永磁同步電動機(jī)矢量控制系統(tǒng)分析與仿真
趙興濤，楊責(zé)杰，楊金波
(哈爾濱工業(yè)大學(xué)，黑龍江哈爾濱150001)
摘要：分析了永磁同步電動機(jī)在六相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，基于空間矢量解耦的方法，建立了六相永磁同步電動機(jī)在兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。在matlab／simulink環(huán)境下構(gòu)建了六相永磁同步電動機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真模型。仿真結(jié)果驗證了所建數(shù)學(xué)模型和仿真模塊的正確性，證明了六相水磁同步電動機(jī)矢量控制系統(tǒng)具有動態(tài)響應(yīng)快、穩(wěn)態(tài)精度高、轉(zhuǎn)矩脈動小等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：六相永磁同步電動機(jī)；數(shù)學(xué)模型；矢量控制；matlab／simulink
中圖分類號：tm341 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a 文章編號：1004—7018(2010)01—0015—03
0引言
與傳統(tǒng)三相永磁同步電動機(jī)(以下簡稱pmsm)相比，多相pmsm具有很多突出的優(yōu)點(diǎn)：降低了對功率器件容量的要求，易于實現(xiàn)低壓大功率調(diào)速；由于相數(shù)冗余，運(yùn)行可靠性高；可以有效消除磁動勢5、7次等高次諧波，轉(zhuǎn)矩脈動小。目前對多相pmsm的研究尚不成熟，限制了多相pmsm的應(yīng)用[1]。六相pmsm的定子繞組由兩套三相繞組組成，三相pmsm有很多成熟的理論和經(jīng)驗可以直接應(yīng)用在六相電機(jī)上。相比于其它多相電動機(jī)，六相pmsm的應(yīng)用比較廣泛[2]。
本文建立了六相pmsm的數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上建立了六相pmsm矢量控制系統(tǒng)的模型，并基于matlab／simulink進(jìn)行仿真驗證。仿真結(jié)果驗證了所建模型的正確性，證明了六相pmsm矢量控制系統(tǒng)具有優(yōu)越的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能，為進(jìn)一步研究六相pmsm矢量控制系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。
1六相pmsm數(shù)學(xué)模型
1．1六相靜止坐標(biāo)系下電機(jī)數(shù)學(xué)模型
六相pmsm的定子繞組由兩套三相繞組組成,如圖1所示。第一套繞組記為abc，第二套繞組記為xyz，每套三相繞組中各相繞組軸線在空間上相差120。，兩套三相繞組對應(yīng)相之間的夾角為30。。為了便于分析，假設(shè)六相pmsm為理想電機(jī)，并按照電動機(jī)慣例選取坐標(biāo)系的正方向。
在上述條件下，六相pmsm在六相靜止坐標(biāo)系下的電磁關(guān)系為以下形式。
(1)定子電壓方程
式中：us為定子電壓向量，us=[ua ub uc ux uy uz]t;is為定子電流向量，is=
阻矩陣,rs=rsi6x6,rs為定子電阻,i6x6為單位矩陣.
(2)定子磁鏈方程
式中：ls為定子電感矩陣，
ls=  鏈幅值；f(θ)為轉(zhuǎn)子磁鏈在定子中作用的比例系數(shù)
線與定子^相繞組軸線的夾角(電角度)。
六相pmsm的定子電感矩陣包括定子自感和定子間互感。限于篇幅，在此不做詳細(xì)介紹，僅列出其結(jié)果。
(3)電磁轉(zhuǎn)矩方程
式中：t1為負(fù)載轉(zhuǎn)矩；b為阻尼系數(shù)；ω為轉(zhuǎn)子電角速度；j為轉(zhuǎn)動慣量。
由以上分析可以看出，由于維數(shù)的增加，尤其是電感矩陣維數(shù)的增加，大大增加了電機(jī)數(shù)學(xué)模型z的復(fù)雜程度，這給多相電機(jī)的控制帶來很大的困難。因此，必須采取合適的坐標(biāo)變換，以簡化電機(jī)模型。
1．2坐標(biāo)變換
y.zhao在研究六相感應(yīng)電機(jī)時，從矩陣變換
1.3兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下電機(jī)數(shù) |
