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          文章標(biāo)題:狀態(tài)方程描述的大功率多相無刷直流電動(dòng)機(jī)
        回復(fù)文章
        作者:jialincy  發(fā)表時(shí)間:2010-5-11 19:34:27
            狀態(tài)方程描述的大功率多相無刷直流電動(dòng)機(jī)
            田天,賴延輝,李槐樹
            (海軍工程大學(xué),湖北武漢430033)
            摘要:用水磁體磁鏈變化率矩陣來計(jì)算反電勢(shì),改善了因用梯形波代替反電勢(shì)波形帶來的誤差,通過建立一臺(tái)30 kw六相無刷直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型,用matlab語言編制狀態(tài)方程仿真程序,準(zhǔn)確地對(duì)電機(jī)空載特性及突加負(fù)載等動(dòng)態(tài)過程進(jìn)行性能仿真,仿真結(jié)果與有限元及實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合,從而驗(yàn)證了該方法的有效性一
        o引  言
            現(xiàn)階段的無刷直流電動(dòng)機(jī)多為三相且功率較小,限制了其應(yīng)用范圍。與三相電機(jī)相比,多相無刷電動(dòng)機(jī)不僅可以改善性能,還能提高系統(tǒng)的功率容量和可靠性。對(duì)于動(dòng)態(tài)性能及可靠性要求較高的場(chǎng)合,可采用30 kw六相無刷直流電動(dòng)機(jī)。大功率無刷直流電動(dòng)機(jī)由于其繞組參數(shù)較小,因而調(diào)速控制難度大,性能仿真是研究其動(dòng)態(tài)特性的有效途徑,也可為調(diào)速控制提供依據(jù)。
            在以往的無刷直流電動(dòng)機(jī)的眾多仿真研究文獻(xiàn)中,對(duì)于電機(jī)的建模與仿真一般都采用simulink中現(xiàn)有的模塊搭建來完成,而且通常采用梯形波代替反電勢(shì)波形,給仿真和計(jì)算帶來誤差。然而對(duì)于多相無刷直流電動(dòng)機(jī),目前沒有現(xiàn)成的模塊可供調(diào)用,本文用永磁體磁鏈變化率矩陣來計(jì)算反電勢(shì),在此基礎(chǔ)上建立了一臺(tái)30 kw六相無刷直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型,依據(jù)狀態(tài)方程法用matlab語言編制程序?qū)υ撾姍C(jī)進(jìn)行仿真,不僅改善了岡用梯形波代替反電勢(shì)波形帶來的誤差,也方便了電機(jī)參數(shù)以及負(fù)載變化的修改,整個(gè)仿真過程清晰直觀。
        1多相無刷直流電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型
        1.1電壓方程
            該電機(jī)為轉(zhuǎn)子表面瓦片式磁鋼結(jié)構(gòu),定子繞組為兩個(gè)獨(dú)立三相雙層整距分布,雙y移30o相帶。分析中認(rèn)為永磁體不起阻尼作用,忽略飽和、磁滯和渦流的影響。
            由電機(jī)學(xué)可知,無刷直流電動(dòng)機(jī)定子六相繞組電壓療程可表示為
            將永磁體等效為勵(lì)磁繞組,ψf為永磁體對(duì)定子各相繞組產(chǎn)生的磁鏈,dψf/dt表示磁鏈對(duì)時(shí)間的變化率,它在實(shí)際計(jì)算中并不方便求取,而實(shí)際計(jì)算中ψf是依據(jù)轉(zhuǎn)子位置角來求取的,它是轉(zhuǎn)子位置角θ的函數(shù),因此可以將其轉(zhuǎn)換為對(duì)轉(zhuǎn)子位置角的變化
        率,即:
        式中:aψf/at即為永磁體磁鏈對(duì)轉(zhuǎn)子位置角的變化率,簡(jiǎn)稱為磁鏈變化率矩陣:
        在六相無刷直流電動(dòng)機(jī)中可表示為:
          fma1,…fa2分別是永磁體對(duì)各相繞組所產(chǎn)生的磁鏈變化率。
          將式(2)代人式(1)得到:
        式中:ω為轉(zhuǎn)子角速度;r為繞組的內(nèi)阻;u=
            根據(jù)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu),可以忽略凸極效應(yīng),轉(zhuǎn)子的磁阻不隨轉(zhuǎn)子位置變化而變化,并假定定子六相繞組為兩組完全對(duì)稱的三相繞組,因此電感矩陣“為常數(shù),與轉(zhuǎn)子位置角無關(guān)。即:[hj×3]
        [hj]式中:l0為定子繞組的自感;m1為同一套定子繞組間的瓦感;m2為兩套定子繞組間的互感。
        1 2電磁轉(zhuǎn)矩方程及運(yùn)動(dòng)方程
          電磁轉(zhuǎn)矩方程為:
        式中:wm表示整個(gè)系統(tǒng)的磁共能。有:
        式中:if為永磁體等效勵(lì)磁電流;lsf(θ)是定子各相繞組對(duì)永磁體等效勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的互感;lfs(θ)是永磁體等效勵(lì)磁繞組對(duì)定子各相繞組產(chǎn)生的互感,且記:
        由對(duì)稱關(guān)系可知:
        且易知:
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