“转矩—功角自适应”理论及应用

只看该作者 · 2024-11-1 16:37

“转矩—功角自适应”理论及其应用是电机控制领域中的一个重要概念，尤其在永磁同步电机（PMSM）的控制中占有核心地位。以下是对这一理论及其应用的简要概述：

转矩—功角自适应理论

功角（转矩角）定义：功角，也称为转矩角，是指转子磁场与定子电流相量的夹角（δ）。在电机以ω_r速度正方向旋转时，定子电流方向为i_s，d轴方向是转子磁场方向。电流i_s在旋转坐标系d轴和q轴上产生的分量分别是电流i_ds^r和i_qs^r。i_ds^r沿着旋转的d轴方向仅能用于产生磁通，因而又被称为定子电流的磁通分量i_f。i_qs^r与转子磁通正交，用于产生转矩，推动电机旋转，因此又被称为定子电流的转矩分量i_T。
转矩与功角的关系：功角的大小直接影响气隙转矩的大小。角度越大，在同样的i_s条件下，i_qs^r值越大，输出力矩越大。这也是这个角度被命名为转矩角的原因。磁场定向控制（FOC）本质上是功角等于90度的控制策略，此时i_qs^r值达到最大，i_ds^r等于0，输出的电磁力矩达到最大。

转矩—功角自适应应用

IF控制策略：在工业界，IF控制策略（即电流-频率比控制策略）被广泛使用，尤其在不需要电机参数，启动稳定可靠的场景中。这种控制策略的优点在于其简单性和高启动成功率，但缺点是带负载能力差，负载变化后需要重新调整参数。
无速度传感器控制：在无速度传感器控制中，I/F控制方式是一种较为简单的低速无速度的方法。它通过给变频器设置合适的电流-频率比，使得电机输出转矩与不同转速下的负载相匹配，以达到较高的运行效率。I/F控制策略运行在速度开环、电流闭环的状态，有PI调节器构成DQ轴坐标系下的电流闭环。
启动控制：在I/F启动控制中，开环强拖和功角自平衡是关键步骤。开环强拖指的是速度环开环，电流环闭环控制。功角自平衡则是在电机加速到目标速度后，通过减小给定的Q轴电流，使功角自适应增大，直至达到90°，实现从开环到闭环的平滑过渡。

总结来说，“转矩—功角自适应”理论及其应用为电机控制提供了一种有效的控制策略，尤其在无速度传感器控制和IF控制策略中发挥着重要作用，有助于提高电机的启动性能和运行效率。