无刷直流电动机调速系统仿真优化探究

2023-06-19 理论教育版权反馈

【摘要】：图6.27 无刷直流电动机调速系统仿真模型无刷直流电动机仿真使用永磁同步电机模块，在模块对话框中Flux distribution栏下选择Trapezoidal（梯形波）。图6.29c所示是无刷直流电动机一相绕组感应电动势，感应电动势是底宽为180°的梯形波，因此每相的磁通也是梯形波，以此特征，无刷直流电动机也称梯形波永磁同步电动机。表6.2 无刷直流电动机调速系统模块参数图6.29 无刷直流电动机系统仿真结果

图6.27 无刷直流电动机调速系统仿真模型

无刷直流电动机（梯形波永磁同步电动机）仿真使用永磁同步电机模块（Permanent Magnet Synchronous Machine），在模块对话框中Flux distribution栏下选择Trapezoidal（梯形波）。依据该模块建立的梯形波永磁同步电动机调速系统仿真模型如图6.27所示。模型中，系统主电路由直流电源DC、逆变器（Universal Bridge）和永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Machine）模块组成。模型控制部分由转速给定模块n^∗、转速调节器模块ASR、PWM脉宽调制器PWM Generator和控制器单元controller等组成。转速调节器输出脉宽控制信号，并通过脉宽调制器调节输出脉冲宽度，脉宽调制器相当于直流斩波控制器，用于控制电机三相电压。梯形波永磁同步电动机一般需要在电机轴上安装磁极位置检测，根据转子的磁极位置分配电动机三相绕组的通电，模型中是通过电机模块输出的转子位置角thetam信号，由控制器单元controller产生逆变器模块六个开关器件的120°驱动信号。controller模块的结构如图6.28所示。模块中，电机观测得到的转子位置角thetam通过Rounding Function、Relational Operator等模块运算得到以2π为周期、每隔π/3产生的一个脉冲宽度为2π/3的方波脉冲，该方波脉冲与脉宽调制器产生的脉宽信号pulse经过与门AND运算共产生六路驱动信号从gate端输出，在转子位置角thetam信号中连接的放大器np用于设置电机的极对数，以便将机械转角变换为电角弧度。

图6.28 controller模块的结构

模块参数见表6.2，电动机带载起动，初始转速给定n^∗为2000r/min，在0.25s时改变为1000r/min，启动仿真得到结果如图6.29所示。其中，图6.29a所示为转速响应波形，起动后电动机转速很快达到了2000r/min，起动时电动机转速略有超调，稳定转速波动很小。0.25s时转速给定改变，转速迅速下降到1000r/min，波形表明系统也有良好的调速性能。图6.29b所示为电动机的转矩波形，转矩有一定波动，速度变化时转矩有响应但影响很小。图6.29c所示是无刷直流电动机一相绕组感应电动势，感应电动势是底宽为180°的梯形波，因此每相的磁通也是梯形波，以此特征，无刷直流电动机也称梯形波永磁同步电动机。图6.29d～f所示分别是三相电流波形，电流是120°的矩形波，因为电压是PWM斩波控制，矩形波顶部随斩波频率有较大波动。

表6.2 无刷直流电动机调速系统模块参数

图6.29 无刷直流电动机系统仿真结果

无刷直流电动机调速系统仿真优化探究

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