大功率永磁同步电机的驱动技术研究

大功率永磁同步电机是大型舰船电力推进、高速机车牵引和磁悬浮列车的主要执行元件，随着稀土永磁材料、微电子技术、电力电子技术以及现代控制理论的发展与进步，基于大功率永磁同步电机的驱动技术成为了交流电机控制技术发展的一个新方向，由于其优越性，大功率永磁同步电机的驱动技术获得了广泛的研究与应用。 本文首先分析了永磁同步电机（permanent magnet synchronous，简称PMSM）的结构及其特点，建立了同步旋转坐标系下的永磁同步电机数学模型。在此基础上介绍了永磁同步电机矢量控制的原理，并最终选择了id=0的控制方法，同时设计出了实际交流驱动系统的控制原理框图，然后对空间矢量脉宽调制（SVPWM）的原理计算法进行了详细研究。 硬件实现部分，搭建了以瑞萨公司的H8/3687单片机为控制核心的，驱动电路采用以Agilent光耦HCPL-316J驱动三菱IGBT模块CM150DY-24A的矢量控制系统硬件平台。文中详细介绍了控制系统的驱动电路和控制电路的设计，包括整流电路、滤波电路、逆变电路、电流/电压和速度/位置检测电路、隔离电路等；其中的电流检测采用了可拆卸且精度高的霍尔电流传感器，使得系统的控制精度、响应速度和稳定性得到了提升，实现了高性能的闭环控制。而电压检测采用了经典的电阻分压法来检测；并对电路中各主要元器件的参数选择做出了详细的分析计算。 软件部分，本设计采用软件中断调用作为控制功能的实现方式，矢量控制的算法在PWM中断模块中实现，给出了系统主程序、中断、AD采样算法等主要功能程序流程图。 最后，在Simulink环境下对永磁同步电机矢量控制系统进行了仿真研究，对仿真结果进行了分析，验证了理想状态下大功率永磁同步电机矢量控制策略的可实施性。