無刷直流電動機調(diào)速PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1 無刷直流電動機調(diào)速無刷直流電動機調(diào)速 2 無刷直流電動機調(diào)速系統(tǒng)是一種自控變頻的同步電動機調(diào)速系統(tǒng)。無刷直流電動機調(diào)速系統(tǒng)是一種自控變頻的同步電動機調(diào)速系統(tǒng)。 了解同步電動機是理解無刷直流電動機調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)。同步電動了解同步電動機是理解無刷直流電動機調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)。同步電動 機在結(jié)構(gòu)上與異步電動機有以下區(qū)別：機在結(jié)構(gòu)上與異步電動機有以下區(qū)別： n轉(zhuǎn)子采用永久磁鐵勵磁；轉(zhuǎn)子采用永久磁鐵勵磁； n電動機軸上帶有轉(zhuǎn)子位置檢測器來控制逆變器換流；電動機軸上帶有轉(zhuǎn)子位置檢測器來控制逆變器換流； n無機械換向器；無機械換向器； n輸入定子的電流為方波電流。輸入定子的電流為方波電流。 首先介紹同

2、步電動機及其調(diào)速的基本概念、特點和基本類型。首先介紹同步電動機及其調(diào)速的基本概念、特點和基本類型。 第1頁/共22頁 3 第2頁/共22頁 4 p s s n f n 60 0 1 s 第3頁/共22頁 5 l同步電動機有勵磁回路，在較低的頻率下也能運行，因此同步電動機同步電動機有勵磁回路，在較低的頻率下也能運行，因此同步電動機 的調(diào)速范圍較寬；而異步電動機的轉(zhuǎn)子電流靠電磁感應(yīng)產(chǎn)生，在較低的調(diào)速范圍較寬；而異步電動機的轉(zhuǎn)子電流靠電磁感應(yīng)產(chǎn)生，在較低 頻率下轉(zhuǎn)子難以產(chǎn)生必須的電流而無法工作，因此調(diào)速范圍較窄。頻率下轉(zhuǎn)子難以產(chǎn)生必須的電流而無法工作，因此調(diào)速范圍較窄。 l異步電動機的電流在相位上總

3、是滯后于電壓，因而對晶閘管逆變器而異步電動機的電流在相位上總是滯后于電壓，因而對晶閘管逆變器而 言必須設(shè)置強制換流電路；同步電動機能運行在超前功率因數(shù)下，可言必須設(shè)置強制換流電路；同步電動機能運行在超前功率因數(shù)下，可 利用反電動勢實現(xiàn)逆變器的自然換流，不需設(shè)置附加換流電路。利用反電動勢實現(xiàn)逆變器的自然換流，不需設(shè)置附加換流電路。 l同步電動機可通過改變（轉(zhuǎn)子）勵磁電流，改變定子相電壓同步電動機可通過改變（轉(zhuǎn)子）勵磁電流，改變定子相電壓U和相電和相電 流流I之間的相位差之間的相位差 ，即改變功率因數(shù)，即改變功率因數(shù) ，進而使其工作在感性、，進而使其工作在感性、 電阻性或容性三種狀態(tài)下（同步補償機

4、就工作在容性狀態(tài)下）?？烧{(diào)電阻性或容性三種狀態(tài)下（同步補償機就工作在容性狀態(tài)下）?？烧{(diào) 節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁電流改變輸入功率因數(shù)，使其在節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁電流改變輸入功率因數(shù)，使其在 下運行。下運行。 l異步電動機靠加大異步電動機靠加大轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率提高轉(zhuǎn)矩，同步電動機靠加大提高轉(zhuǎn)矩，同步電動機靠加大功率角功率角來提高來提高 轉(zhuǎn)矩。（功率角為定子相電流與感應(yīng)電動勢的夾角）。轉(zhuǎn)矩。（功率角為定子相電流與感應(yīng)電動勢的夾角）。 cos 1cos 第4頁/共22頁 6 例如，同步電動機的變頻啟動，轉(zhuǎn)子先加勵磁電流，定子繞組輸入頻率很例如，同步電動機的變頻啟動，轉(zhuǎn)子先加勵磁電流，定子繞組輸入頻率很 低的三相交流電，由于定子

5、（電樞）旋轉(zhuǎn)磁通勢的轉(zhuǎn)速很低，可帶動轉(zhuǎn)子低的三相交流電，由于定子（電樞）旋轉(zhuǎn)磁通勢的轉(zhuǎn)速很低，可帶動轉(zhuǎn)子 開始旋轉(zhuǎn)。將定子頻率逐步增加，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速隨之逐步升高，到達額定轉(zhuǎn)速開始旋轉(zhuǎn)。將定子頻率逐步增加，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速隨之逐步升高，到達額定轉(zhuǎn)速 時，啟動過程結(jié)束。時，啟動過程結(jié)束。 二、同步電動機變壓變頻系統(tǒng)的分類二、同步電動機變壓變頻系統(tǒng)的分類 1、根據(jù)頻率控制方法可分為：、根據(jù)頻率控制方法可分為：他控變頻他控變頻和和自控變頻自控變頻兩大類。兩大類。 他控變頻調(diào)速他控變頻調(diào)速就是用獨立的變壓變頻裝置給同步電動機供電。變頻裝置中就是用獨立的變壓變頻裝置給同步電動機供電。變頻裝置中 逆變器的輸出頻率獨立設(shè)

6、定，不取決于轉(zhuǎn)子的位置。顯然，這是一種頻率逆變器的輸出頻率獨立設(shè)定，不取決于轉(zhuǎn)子的位置。顯然，這是一種頻率 開環(huán)的控制方式，重載時仍存在振動和失步現(xiàn)象。開環(huán)的控制方式，重載時仍存在振動和失步現(xiàn)象。 自控變頻調(diào)速自控變頻調(diào)速是根據(jù)檢測到的轉(zhuǎn)子的位置來控制逆變器開關(guān)器件的通斷，是根據(jù)檢測到的轉(zhuǎn)子的位置來控制逆變器開關(guān)器件的通斷， 從而使逆變器的輸出頻率追隨電動機的轉(zhuǎn)速。這是一種頻率閉環(huán)的控制方從而使逆變器的輸出頻率追隨電動機的轉(zhuǎn)速。這是一種頻率閉環(huán)的控制方 式，能保證轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場同步旋轉(zhuǎn)，從根本上避免振動和失步的產(chǎn)生式，能保證轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場同步旋轉(zhuǎn)，從根本上避免振動和失步的產(chǎn)生 。 第5頁/共2

7、2頁 7 第6頁/共22頁 8 無刷直流電動機由三相永磁方波電動機、位置檢測器、逆變器、控制無刷直流電動機由三相永磁方波電動機、位置檢測器、逆變器、控制 器組成，如下圖所示。器組成，如下圖所示。 9.2 無刷直流電動機的工作原理無刷直流電動機的工作原理 這一節(jié)，主要任務(wù)有兩個：討論工作原理和控制方式。這一節(jié)，主要任務(wù)有兩個：討論工作原理和控制方式。 工作原理工作原理 控制方式控制方式 第7頁/共22頁 9 第8頁/共22頁 10 l控制電路控制切換功率晶體管，使控制電路控制切換功率晶體管，使V6截止、截止、V2導(dǎo)通，定子繞組流過電導(dǎo)通，定子繞組流過電 流流iAC， 定子磁勢定子磁勢Fa相應(yīng)地轉(zhuǎn)

8、過相應(yīng)地轉(zhuǎn)過600 。此時，。此時，F(xiàn)0和和Fa相位差又變?yōu)橄辔徊钣肿優(yōu)?200 。 第9頁/共22頁 11 第10頁/共22頁 12 1、兩兩導(dǎo)通方式、兩兩導(dǎo)通方式 逆變器中功率管導(dǎo)通的順序一般安排為：逆變器中功率管導(dǎo)通的順序一般安排為： 二、控制方式二、控制方式 按照三相星型橋式接法為例說明其工作方法：按照三相星型橋式接法為例說明其工作方法： . 1654321 VVVVVVV 各觸發(fā)脈沖相互間隔各觸發(fā)脈沖相互間隔600，任意時刻有，任意時刻有2只功率管導(dǎo)通，每只管子導(dǎo)只功率管導(dǎo)通，每只管子導(dǎo) 通時間為通時間為1200，各管子之間換流是在相鄰橋臂中進行的。，各管子之間換流是在相鄰橋臂中進行

9、的。 第11頁/共22頁 13 間隔：間隔：600 時間：時間：1200 順序：順序：1 2 3 4 5 6 1 換流：換流：在相鄰橋臂進行在相鄰橋臂進行 順序順序0060012001800240030003600 導(dǎo)導(dǎo) 通通 電電 壓壓 矢矢 量量 V1 V6V2 V3 V4 V5 V6 V1 U1 U2 U3 U4 U5 U6 電壓矢量就是電壓的組合狀態(tài)電壓矢量就是電壓的組合狀態(tài) U1U2U3U4U5U6U1 （相鄰）（相鄰） （相鄰）（相鄰） 第12頁/共22頁 14 2、三三通電方式、三三通電方式 逆變器中功率管導(dǎo)通的順序為：逆變器中功率管導(dǎo)通的順序為： . 1654321 VVVVV

10、VV 各觸發(fā)脈沖相互間隔各觸發(fā)脈沖相互間隔600，任意時刻有，任意時刻有3只功率管導(dǎo)通，每只管子導(dǎo)只功率管導(dǎo)通，每只管子導(dǎo) 通時間為通時間為1800，各管子之間換流是在同一橋臂內(nèi)進行的。，各管子之間換流是在同一橋臂內(nèi)進行的。 U1U6U1U2U3U4U5 V1 V6V3 V4 V6 V1 V5V2V5V2 U1 U2 U3 U4 U5 U6 順序順序001200240036001200 導(dǎo)導(dǎo) 通通 電壓電壓 矢量矢量 （同一）（同一） （同一）（同一） （同一）（同一） 第13頁/共22頁 15 兩兩通電兩兩通電三三通電三三通電二三通電二三通電 導(dǎo)電順序?qū)щ婍樞騐1-V2-V3-V4-V5-V

11、6-V1- 觸發(fā)脈沖間隔觸發(fā)脈沖間隔600 0600 0300 0 任意時刻導(dǎo)電管數(shù)任意時刻導(dǎo)電管數(shù)232 / 3 每管導(dǎo)通時間每管導(dǎo)通時間1200 01800 01500 0 換流方式換流方式 相鄰橋相鄰橋 臂換流臂換流 同橋臂同橋臂 內(nèi)換流內(nèi)換流 同橋換流同橋換流 但有間隔但有間隔 電壓矢量數(shù)電壓矢量數(shù)6612 第14頁/共22頁 16 三、位置檢測器三、位置檢測器 位置檢測器是用來檢測無刷直流電動機的位置檢測器是用來檢測無刷直流電動機的轉(zhuǎn)子磁極和定子旋轉(zhuǎn)磁極轉(zhuǎn)子磁極和定子旋轉(zhuǎn)磁極 的相對位置的、的相對位置的、能夠發(fā)出信號控制逆變器換向的一種裝置。能夠發(fā)出信號控制逆變器換向的一種裝置。 1

12、、電磁感應(yīng)式位置檢測器電磁感應(yīng)式位置檢測器 電磁感應(yīng)式位置檢測器由兩部分組成：定子和轉(zhuǎn)子。電磁感應(yīng)式位置檢測器由兩部分組成：定子和轉(zhuǎn)子。 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子為一塊導(dǎo)磁的扇形圓盤。為一塊導(dǎo)磁的扇形圓盤。 扇形的電角度為扇形的電角度為1800，機械角為，機械角為 ， 例如，例如，np=1時，機械角為時，機械角為1800； np=2時，機械角為時，機械角為900 。 定子定子裝有裝有3只檢測元件（只檢測元件（E形變壓器）在空間形變壓器）在空間 上互差上互差1200電角度，分別對應(yīng)電角度，分別對應(yīng)ABC三相繞組三相繞組 ，機械角度為，機械角度為 。 例如，例如， np=1時，機械角為時，機械角為1200； np

13、=2時，機械角為時，機械角為600 。 p n2 3600 p n 0 120 第15頁/共22頁 17 E形變壓器的工作原理：形變壓器的工作原理： 兩外側(cè)鐵芯柱上有初級兩外側(cè)鐵芯柱上有初級 線圈，通有高頻電源；線圈，通有高頻電源； 中心柱上有次級線圈。中心柱上有次級線圈。 n當(dāng)轉(zhuǎn)子圓盤的缺口處于變壓器鐵芯下面時，由于磁路對稱，中心柱的當(dāng)轉(zhuǎn)子圓盤的缺口處于變壓器鐵芯下面時，由于磁路對稱，中心柱的 合成磁通為零，次級線圈無感應(yīng)電流（圖合成磁通為零，次級線圈無感應(yīng)電流（圖a）。）。 n當(dāng)轉(zhuǎn)子圓盤扇形部分轉(zhuǎn)到變壓器鐵芯兩芯柱下時，磁路不對稱，對應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)子圓盤扇形部分轉(zhuǎn)到變壓器鐵芯兩芯柱下時，磁路不對稱

14、，對應(yīng) 磁路的磁導(dǎo)增大，另一側(cè)芯柱下的磁導(dǎo)不變，次級線圈有感應(yīng)信號輸磁路的磁導(dǎo)增大，另一側(cè)芯柱下的磁導(dǎo)不變，次級線圈有感應(yīng)信號輸 出。出。 n轉(zhuǎn)子的扇形部分依次掃過變壓器的轉(zhuǎn)子的扇形部分依次掃過變壓器的A、B、C，3個檢測元件分別輸出個檢測元件分別輸出3 個相差個相差1200電角度的高頻感應(yīng)信號。經(jīng)濾波整形后成為矩形信號，用電角度的高頻感應(yīng)信號。經(jīng)濾波整形后成為矩形信號，用 來驅(qū)動逆變器。來驅(qū)動逆變器。 電磁感應(yīng)式位置檢測器結(jié)構(gòu)比較簡單，工作比較可靠，國內(nèi)應(yīng)用較多。電磁感應(yīng)式位置檢測器結(jié)構(gòu)比較簡單，工作比較可靠，國內(nèi)應(yīng)用較多。 第16頁/共22頁 18 2、光電式位置檢測器、光電式位置檢測器

15、光電式位置檢測器由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。光電式位置檢測器由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子為一塊非導(dǎo)磁的帶有缺口的圓盤，缺口數(shù)等于電動機的級對數(shù)為一塊非導(dǎo)磁的帶有缺口的圓盤，缺口數(shù)等于電動機的級對數(shù)np ，每個缺口寬為，每個缺口寬為1800電角度，機械角為電角度，機械角為 。 例如，例如，np=1時，機械角時，機械角=1800；np=2時，機械角時，機械角=900。 定子定子部分有部分有3個光耦合器，在空間上相差個光耦合器，在空間上相差1200電角度。機械角為電角度。機械角為 。 例如，例如，np=1時，機械角時，機械角=1200；np=2時，機械角時，機械角=600。 p n2 3600 p

16、 n 0 120 np=2時的光電式位置檢測器時的光電式位置檢測器 第17頁/共22頁 19 第18頁/共22頁 20 下面給下面給出一種無刷直流電動機調(diào)速系統(tǒng)，其原理圖為：出一種無刷直流電動機調(diào)速系統(tǒng)，其原理圖為： 9.3 無刷直流電動機調(diào)速系統(tǒng)無刷直流電動機調(diào)速系統(tǒng) 第19頁/共22頁 21 l系統(tǒng)構(gòu)成系統(tǒng)構(gòu)成 n變頻裝置：不可控整流器把交流電變成直流電，逆變器為變頻裝置：不可控整流器把交流電變成直流電，逆變器為PWM 脈寬調(diào)制型。脈寬調(diào)制型。 n控制回路：轉(zhuǎn)速外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)。與直流雙閉環(huán)不控制回路：轉(zhuǎn)速外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)。與直流雙閉環(huán)不 同點在于：無刷直流電動機用電子開關(guān)代替了機械換向裝置。所同點在于：無刷直流電動機用電子開關(guān)代替了機械換向裝置。所 以，控制回路由多路乘法器、三通道電流調(diào)節(jié)器、比較器和基極以，控制回路由多路乘法器、三通道電流調(diào)節(jié)器、比較器和基極 驅(qū)動電路構(gòu)成。驅(qū)動電路構(gòu)成。 n多路乘法器：把轉(zhuǎn)子磁極位置信號轉(zhuǎn)換成電流調(diào)節(jié)器多路乘法器：把轉(zhuǎn)子磁極位置信號轉(zhuǎn)換成電流調(diào)節(jié)器ACR的相位的相位 給定信號，通過邏輯判斷分配給相應(yīng)通道的電流調(diào)節(jié)器；并綜合給定信號，通過邏輯判斷分配給相應(yīng)通道的電流調(diào)節(jié)器；并綜合 速度調(diào)節(jié)器的輸出信號，確定各通道切換的速度快慢。速度調(diào)節(jié)器的輸出信號，確定各通道切換的速度快慢。 l工作過程工作過程 n電流調(diào)節(jié)器的輸出信號作