永磁同步电机PMSM启动Simulink建模与仿真

学习完PMSM的基本原理之后，再根据具体的连接原则设计simulink仿真模型：主要包括一个产生三相正弦波的产生源，再两两相加减，再经过两个受控电压源保证产生一个正弦的三相电流，相位相差两两相差120。

设置sine wave的波形参数：
幅值：220sqrt(2),
频率：100pi
相位分别是-2pi/3,0,2pi/3
一个三相电的模型得以建立，相位差120度，相电流380V。

PMSM电机模块以及阶跃信号测试模块

PMSM具体的参数设计：
输入电压 220V
额定转速 3000r/min
额定输出转矩 3N·m
定子绕组电阻R1 2.875Ω
直轴电感Ld 8.5mH
交轴电感Lq 8.5mH
磁链 0.175Wb
机组转动惯量J 0.01kg·m2
转轴处摩擦系数μf 0N·m·s
极对数np 5

PMSM参数设置Simulink：

完整的PMSM电机驱动与仿真模块如下

设置的仿真时间为3S

PMSM初始条件J=0.01，产生的波形如下：

可见，当我们用转子惯性较大的PMSM电机时，会发现，启动的初始扭矩会相当的大，而且启动到稳定运转的的时间也相对较长，大概1.5秒，而且q轴的启动电流也相当大，对定子绕组的冲击较小，当转子稳定下来之后的转速也很难稳定下来。整体来说启动不稳定。

当J=0.008时的动态特性：

将图纸局部放大后:

可见，当我们用转子惯性较小的PMSM电机时，会发现，启动的初始扭矩会相当的较小，约为惯量为0.01的1/4，而且启动到稳定运转的很短，大概0.15秒，是J=0.01十分之一，而且q轴的启动电流很小，对定子绕组的冲击较小，安全性高，当转子稳定下来之后的转速也很容易稳定下来。整体来说启动稳定。

总结

控制原理是：

当转动惯量减少之后，系统到达稳定状态所需的时间变少了,也就是说系统的反应速度变快了。这是因为转动惯量较小的转子比较容易跟上磁场的转速。

变频的方法，使用变频器：
普通的永磁同步电机因为没有启动鼠笼，所以不能够自启动，需呀变频器启动。而异步启动永磁同步电机因为有鼠笼，可以自启动。
PMSM电动机启动时要从静止迅速升速至每分钟数万转乃至数十万转，启动转矩大，启动电流要超出普通电机额定电流的几倍。
从硬启动转化为软启动方式，启动时供给频率从小到大，一段时间后最终到达额定频率，低频时候通过调整绕组电压补偿，保证恒转矩，启动才能顺利进行而不至于烧坏电机。
串接于电源与被控电机之间，通过微电脑控制其内部的晶闸管触发导通角实现交流调压，使电机输入电压从零以预设函数关系逐渐上升，直至起动结束，赋予电机全电压，即为软起动，在软起动过程中，电机起动转矩逐渐增加，转速也逐渐增加，直到晶闸管全导通，电动机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑启动，降低启动电流。避免启动过流跳闸。待电机达到额定转数时启动过程结束，为电机正常运行提供额定电压。
在这次仿真中，由于J取0.01的时候，所需要的启动转矩太大，当启动时，励磁电流不能使定子转动，产生很大的滞磁电流，使绕组发热严重，若是采用变频器驱动的话，在低频端保持低频，能产生较大的启动转矩驱动J，进而能很好地改善仿真中的启动问题。