永磁同步電動機(jī)互饋對拖測試平臺的研究
張永鑫， 楊喜軍，姜建國
(上海交通大學(xué)電氣工程系，上海200240)
摘要：設(shè)計了一種伺服驅(qū)動器永磁同步電動機(jī)(PMSM)互饋對拖測試平臺，在簡述矢量控制原理的基礎(chǔ)上，建立了該測試平臺機(jī)械軸模型，并采用Simulink對整個測試平臺進(jìn)行了仿真分析。在實際建立的伺服驅(qū)動器一PMSM互饋對拖測試平臺上對伺服驅(qū)動器、PMSM進(jìn)行了實際運(yùn)行測試，|式驗結(jié)果表明該測試平臺運(yùn)行效率較高，優(yōu)于其他現(xiàn)有測試平臺。另外，給出了共用交流母線與共用直流母線的兩種互饋對拖測試平臺的損耗與效率分析，提出了能效比的概念，能夠有效地表征測試平臺的節(jié)能效果。
關(guān)鍵詞：永磁同步電動機(jī)；互饋對拖平臺；機(jī)械軸模型
中國分類號：TM351 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1673-6540(2010)02-0047-06
0 引 言
隨著交流電動機(jī)高性能變頻調(diào)速技術(shù)及永磁同步電動機(jī)(PMSM)設(shè)計制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，以矢量控制技術(shù)為核心的PMSM工業(yè)伺服驅(qū)動器得到了飛速發(fā)展，市場前景良好，帶來了很好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。任何一種新研發(fā)的伺服驅(qū)動器或PMsM均需要長時問的性能驗證，為此需要設(shè)汁高性能測試平臺。剄目前為止，變頻傳動系統(tǒng)的模擬測試平臺大致包括以下幾種類型：(1)能量消耗型；(2)能量回饋型；(3)互饋對拖型。其中，能量消耗型需要直流發(fā)電機(jī)和功率電阻來模擬實際負(fù)載，系統(tǒng)龐大，控制復(fù)雜，能量消耗嚴(yán)重。能量回饋型需要同步電動機(jī)和直流發(fā)電機(jī)及并網(wǎng)裝置，系統(tǒng)復(fù)雜，效率較低�；ヰ伭型闲桶▋煞N：共用交流母線型和共用直流母線型。共用直流母線型的結(jié)構(gòu)相對簡單，控制容易，效率****，整流設(shè)備功率最小。該互饋對拖型測試平臺非常適用于鋇4試伺服驅(qū)動器一PMSM傳動系統(tǒng)的性能。本文建立了共用直流母線的互饋對拖型測試平臺，描述了該測試平臺的工作原理，對整個機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行了建模和仿真分析，給出了該測試平臺的實際運(yùn)行情況分析，并對互饋對拖測試平臺的損耗與效率進(jìn)行了分析,提出了能效比的概念.
1 互饋對拖測試平臺的結(jié)構(gòu)
圖1給出了共用交流母線的伺服驅(qū)動器-PMSM瓦饋對拖測試平臺示意圖。整個系統(tǒng)由四
部分組成，分別是兩套三相變壓器一脈寬調(diào)制(PWM)整流器、被測變頻器一電動機(jī)系統(tǒng)、負(fù)載變頻器．電動機(jī)系統(tǒng)及上位機(jī)，其中兩臺PMSM通過聯(lián)軸器互相連接。兩個三相整流器的功率等級相當(dāng)，大于被測電機(jī)和負(fù)載電機(jī)的功率等級。
圖2給出了共用直流母線的伺服驅(qū)動器一PMSM互饋對拖測試平臺示意圖。整個系統(tǒng)由四部分組成，分別是三相PwM整流器、被測變頻器一電動機(jī)系統(tǒng)、負(fù)載變頻器一電動機(jī)系統(tǒng)及上位機(jī)，其中兩臺PMSM通過聯(lián)軸器互相連接。比較圖1和圖2可見：由于只需要一個三相整流器，且功率容量較小，共用直流母線的伺服驅(qū)動器一PMSM互饋對拖測試平臺的整體容量和效率等優(yōu)于共用交流母線的伺服驅(qū)動器一PMSM互饋對拖測試平臺：
共用直流母線的伺服驅(qū)動器一PMSM互饋對拖測試平臺各部分功能描述如下。
三相PwM整流器經(jīng)過降壓變壓器與三相電網(wǎng)連接，能夠?qū)崿F(xiàn)四象限運(yùn)行，實現(xiàn)單位功率因數(shù)，輸出穩(wěn)定的肖流電壓，提供互饋測試平臺所需的能量。三相變壓器一PwM整流器可以采用四象限升壓電壓源整流器或四象限降壓型矩陣整流
器，對于小功率互饋對拖測試平臺，呵以采用單相變壓器一PwM整流器，PwM整流器可以采用四象限升壓電壓源整流器。
由于被測電動機(jī)與負(fù)載電動機(jī)同軸連接，一個工作于電動狀態(tài)，另一個工作于發(fā)電狀態(tài)，被測變頻器一電動機(jī)系統(tǒng)工作于速度閉環(huán)狀態(tài)，用來控制整個測試平臺的轉(zhuǎn)速，負(fù)載變頻器一電動機(jī)系統(tǒng)工作于轉(zhuǎn)矩閉環(huán)狀態(tài)，通過控制負(fù)載電動機(jī)的電流來改變負(fù)載電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩大小，模擬被測電機(jī)的負(fù)載變化，這樣互饋測試平臺可以實現(xiàn)速度和轉(zhuǎn)矩的靈活調(diào)節(jié)，完成各種試驗功能測試。
上位機(jī)用于監(jiān)控整個系統(tǒng)的運(yùn)行，根據(jù)試驗要求通過Rs485總線向變頻器發(fā)出控制指令，同時接收它們的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行保存、分析與顯示。
由于兩套伺服驅(qū)動器一PMSM系統(tǒng)共用直流母線并同軸連接，能量在兩者內(nèi)部互饋，整個系統(tǒng)消耗的能量就是各個部分的總損耗，主要包括電 |
