永磁同步电机恒压频比（V/F）控制Simulink仿真

1 V/F介绍

V/F控制作为一种简单的开环控制方式，常常用于异步电机的变频起动，同样也可以用于同步电机的起动，但是用在永磁同步电机中存在失步，效率低，转速不稳定等问题。

先说说为什么永磁同步电机会失步，在矢量控制中，由于位置传感器有位置反馈，这使得电流矢量始终定位在电机的q轴，会一直产生让电机旋转的力。

在开环控制中，不知道电机转子的位置，只能通过给定旋转电压产生的电流矢量产生的力带动定子旋转，当给定的电流矢量方向刚好处在q轴上时，可以近似的认为是在当前产生的电流大小下的力矩最大(根据电机结构)，即图中θ角为90°，当θ角为0或者180°时，力矩为0。

电机失步就是因为当给定频率过大时时，此时电机旋转的速度跟不上电流矢量的旋转速度，角度一旦超过180°，则会产生相反的力，直到电流矢量再次与转子d轴重合。如此反复，一圈下来正向的力与反向的力相互抵消，实际中表现的状态就是给定三相电压后定子不动（频率过大）或者电机原地抖动（频率稍大）。

举个例子来说明旋转电流是怎得带动转子的，假如你是一个傻乎乎的定子，定子旋转好比你围着一个圆形操场跑步，有个领跑员（旋转电流）需要你追着他跑，当领跑员距离你很近时，你觉得快追上了于是放松减速了，当领跑员在距离你很远（快1/4圈之1/2圈时），你感觉追不上了，于是消极罢工减速。当被甩半圈后，你又回头去追他（反转），于是当领跑员已经跑了很多圈，你来来回回一圈都没跑完，这便是失步。只有当领跑员距离你的距离保持一个合适的大小时，才能有效的跑圈。

2 V/F仿真

V/F起动可以使电机能够从较小的频率正常起动，并且在电压/频率=常数时可以产生恒定的（平均）力矩。

在Simulink中进行验证，给定V/F=常数，稳态时V=110，转速=1000转/分，负载=2。

电机参数

 

 可以看出虽然电机能够达到稳定转速，但不稳定！！！

这是由于电机转动惯量不足以抗衡转矩波动导致的转速发散。

改变电机参数加大电机的转矩惯量

 可以看出电机速度虽然有波动，却能够稳定，但是实际情况中很难通过加惯量的方式来改变电机结构，那么就没有办法在永磁同步电机中使用V/F了吗？

3.改进V/F的方法

V/F有两个缺点，一个是转矩波动会导致发散，二是运行效率不高，效率不高可以说是电流矢量和电机d轴没有处于一个合适的位置（即电流矢量在定子q轴附近）。

另外一个问题就是转速波动，可以通过增加阻尼环来解决。

解决办法就是引入反馈，有论文采用的方法是根据三相电流，通过设计无功功率观测器，通过反馈来调控电流频率和给定电压。

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