Simulink永磁同步电机控制仿真系列一：让电机动起来

本文实现了让永磁同步电机在发电机状态工作，对电机的部分信号进行了说明，观察验证了电机反电动势，根据电机的反电动势波形计算了电机的极对数，分析了电负载变化时对电机反电动势的影响，以及产生影响的原因。

文章目录

• 1、先让电机动起来
• • 1.1、导入一个永磁同步电机
  • 1.2 、接下来对模块进行配置
  • 1.3、让电机动起来
• 2、分析运行状态
• • 2.1、引出m端口信号
  • 2.2、计算电机极对数
  • 2.3、验证反电动势参数
  • 2.4、当负载发生变化

1、先让电机动起来

此处随意新建一个空白的simulink模型工程，设置以及参数暂且不管。

1.1、导入一个永磁同步电机

这里使用Permanent Magnet Synchronous Machine模块。

matlab的帮助文档信息量极大，使用新的模块，帮助文档是一定不能错过的，该模块的帮助文档里面详细介绍了输入输出接口的定义，模块的数学模型，模块参数的含义等内容。

首先关注的是模块的输入输出，模块对Te，w，m接口进行了特别的说明，其中m是电机相电流，dq轴电流，αβ轴电流，速度、位置等信号的测量接口。

1.2 、接下来对模块进行配置

1. 输入相数我选择了3相。
2. 反电动势波形我选择了正弦波
3. 转子类型我选择了圆形，这个圆形我认为是隐极的意思。
4. 机械输入端口选择速度输入，这里选择速度输入，这里指电机轴上施加的负载或外力类型。

   

1.3、让电机动起来

导入powergui，使用constant模块给定一个速度，理论上电机就能够转起来。此时电机工作在发电机模式。在电机abc端口接上负载，连接电压测量模块Voltage Measurement观察相电压。

此时运行模块，scope应该能够看到反电动势，运行之后发现观察到的反电动势失真严重，且反电动势较小，需要加大采样频率，并给较大的速度。

为了方便日后的控制，此处对仿真参数进行配置，考虑到后面的pwm模块需要较快的采样速度，这里把采样步长设为10-7，即采样频率10MHz，

solver设为定步长，全离散状态，为了使仿真时间较短，把stop time由10改为0.1，更改过仿真参数后，对powergui也做相应的修改。再次运行仿真。

运行仿真，结果如下：

2、分析运行状态

此时电机工作在发电机状态，以100rad/s的速度恒速运行。

2.1、引出m端口信号

为了进一步观察电机的工作状态，接下来把可测量向量引出到scope，参加帮助文档可知m端口包含的可测量信号列表，使用demux分离出各个向量，可以看到电机的位置转矩及速度波形，相电流波形如下。

左图为电机的速度、位置信号以及转矩，其中速度的单位为弧度每秒rad/s，位置信号的单位为弧度rad，转矩信号的单位为牛·米N·m

可以看出，因为电机在外力的作用下匀速运动，电机转矩稳定在7*10-3N·m，此时电机的转矩主要受电力负载影响，即三个电阻阻值，此时阻值均为10Kohm，电机转过的位置均匀变化，方向恒定，位置变化率恒定。

2.2、计算电机极对数

将反电动势波形与电机位置信号放在一起，可以看到电机转动10rad，大约1.6圈时，电机产生6个完整的周期多一点的正弦波，即一个机械周期对应大约4个电周期，可以得出结论，该电机极对数为4，回到电机参数页面，可以看到本次仿真使用的预设电机模型6的极对数为4，分析正确

2.3、验证反电动势参数

速度单位为rad/s，根据电机时间速度以及反电动势常数计算电机的反电动势是否和刚才的测量值一致。

如图，查看电机反电动势参数，1千转每分钟对应反电动势线电压峰值124.0639V，右图为转速100rad/s时线电压局部放大波形，可以看出此时线电压峰值约118.5V，根据电机参数，此时理论反电动势应为：

100 / (2 * pi) * 60 /1000 * 124.0639 = 118.4723V

与实验结果吻合。

2.4、当负载发生变化

增加负载，将三个10KOhm改为10Ohm，再次运行。

可以观察到因为电子电阻不为零，当外加电负载较大时，定子电阻压降不可忽略，反电动势被拉低，同时，转矩大大增加，相比较负载电阻10KOhm时，转矩增加约1000倍。