永磁同步電動機原理與應(yīng)用-2014

1、永磁同步電機、伺服系統(tǒng)原理與應(yīng)用2014年電機原理篇電機分類(動力類電機）永磁同步電機的基本結(jié)構(gòu)永磁同步電動機的優(yōu)缺點： 功率密度高 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量小 運行效率高 功率因數(shù)高 電機響應(yīng)快 轉(zhuǎn)子勵磁無法靈活控制 永磁體存在失磁現(xiàn)象 轉(zhuǎn)子磁勢受溫度影響 成本高正弦波永磁同步電機的基本運行原理定子三相繞組采用正弦繞組;由三相逆變器提供定子繞組的三相對稱電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場,拖動永磁轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn);定子繞組的通電頻率以及由此產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速取決于轉(zhuǎn)子的實際位置和轉(zhuǎn)速;轉(zhuǎn)子的實際位置和轉(zhuǎn)速由光電式編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器獲得;正弦波永磁同步電動機的控制 磁鋼表貼式永磁同步電機永磁體粘接到轉(zhuǎn)子鐵心表面，固定困難，轉(zhuǎn)

2、速低有效氣隙較大，則同步電抗小，電樞反應(yīng)小 隱極式同步電機的特點,氣隙均勻，控制相對簡單轉(zhuǎn)矩波動相對較小表面永磁永磁同步電機基本運行在恒勵磁狀態(tài)，相應(yīng)的電動機運行在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域，其弱磁調(diào)速范圍很小磁鋼內(nèi)插式永磁同步電機永磁體鑲嵌在轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)部，適用于高速運行場合有效氣隙較小，同步電抗較大，電樞反應(yīng)磁勢較大，從而存在相當大的弱磁空間；突極式電機的特點，直軸的有效氣隙比交軸的大幾倍,控制相對較難轉(zhuǎn)矩波動相對較大無刷直流電機專用控制器的控制下運行，有方波與正弦波驅(qū)動兩類用控制器中的電子換向器代替直流電機上的換向器電機構(gòu)與表貼和內(nèi)插式永磁同步電機基本相同，磁路不同控制相對簡單，與常規(guī)的永磁同步電機相比轉(zhuǎn)

3、矩脈動大位置反饋要求低（只要求換向位置）無刷直流電機的控制1定子三相繞組采用正弦繞組控制器按一定的順序，輪流讓電機的各相線圈通電，在定子上產(chǎn)生磁場牽動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動“輪流”的變換點由霍爾IC感應(yīng)信號確定。 通過控制電流和換相來控制電機的轉(zhuǎn)速無刷直流電機的控制2 正弦波PMSM調(diào)速系統(tǒng)的組成永磁無刷直流電動機與正弦波永磁同步電動機的比較從結(jié)構(gòu)上看從結(jié)構(gòu)上看：永磁無刷直流電機，其定子三相采用集中、整矩繞組，而轉(zhuǎn)子永磁體則采用表面瓦片式結(jié)構(gòu)，永磁體厚度均勻；正弦波永磁PMSM，其定子三相則采用分布、正弦繞組，轉(zhuǎn)子永磁體主要有兩大類：一類是表面永磁結(jié)構(gòu)；另一種為內(nèi)置永磁體結(jié)構(gòu)，這兩種結(jié)構(gòu)均可確保氣隙磁密的波

4、形接近正弦。從轉(zhuǎn)子位置傳感器上看從轉(zhuǎn)子位置傳感器上看：永磁無刷直流電機，僅需提供六個（通常為三個）離散的轉(zhuǎn)子位置反饋信息即可；正弦波永磁PMSM ，需要提供連續(xù)的轉(zhuǎn)子位置反饋信息 。從所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩看從所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩看：永磁無刷直流電機存在一定的轉(zhuǎn)矩脈動 ；正弦波永磁PMSM所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩基本上是恒定的 。從體積和重量角度看從體積和重量角度看： 永磁無刷直流電動機的功率密度比永磁同步電動機更高電機應(yīng)用篇永磁同步電機的參數(shù)（電）電機極數(shù)（極對數(shù)），確定了輸入頻率與轉(zhuǎn)速的對應(yīng)關(guān)系電機額定參數(shù)（電壓、電流、溫升、輸入功率）電機“最大”參數(shù)（電壓、電流、溫升、輸入功率）電阻、電感、電氣時間常數(shù)驅(qū)

5、動器需要 轉(zhuǎn)速=輸入頻率*60/極對數(shù) 功率=電壓*電流*功率因數(shù)*1.732永磁同步電機的參數(shù)（機）電機的工作制式（s1.GB755-2008旋轉(zhuǎn)電機 定額和性能.)電機額定參數(shù)（轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、輸出功率）電機“最大”參數(shù)（轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、輸出功率）電機價格-正比于電機轉(zhuǎn)矩（機座與電壓等級確定后）電機機械時間常數(shù)、轉(zhuǎn)動慣量-驅(qū)動器需要功率=轉(zhuǎn)矩*轉(zhuǎn)速（單位：kW=Nm*弧度/秒） =轉(zhuǎn)矩*轉(zhuǎn)速/9550（單位：kW=Nm*RPM）永磁同步電機的參數(shù)（機-電）轉(zhuǎn)矩常數(shù)Kt=輸出轉(zhuǎn)矩/輸入電流感生電動勢常數(shù)Ke=感生電動勢/轉(zhuǎn)速電機的效率=電機的輸出機械功率/輸入電功率電機電壓感生電動勢+電流在線圈阻抗

6、上的壓降電機的溫升-相關(guān)于-電機的轉(zhuǎn)速（鐵損）+電機的轉(zhuǎn)矩（銅損）電機的價格與電機的溫升強相關(guān)（要求溫升越低，價格越高）永磁同步電機選型的直接參數(shù)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速電壓反饋傳感器要求冷卻方式工作制式安裝方式防護等級（特殊環(huán)境）溫升同轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的情況下，機座號（安裝有關(guān)）越小，電機的成本相對越低永磁同步電機選型的間接參數(shù)最終執(zhí)行件的受力情況最終執(zhí)行件的運動情況（速度、加速度）傳動鏈上各部件的轉(zhuǎn)動慣量傳動鏈的描述輔助定位或定速裝置的情況反饋傳感器:編碼器安裝在伺服電機軸上，用來測量磁極位置和伺服電機轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)速的一種傳感器反饋傳感器:溫度傳感器安裝在電機繞組或機殼里，對電機溫度進行保護，或開關(guān)降溫裝置的一類溫

7、度反饋元件PTC一種非線性的熱敏電阻，當電機線圈的溫度接近絕緣等級溫度時，其PTC熱敏電阻阻值顯著升高，溫動器檢測到這個變化時啟動對電機的保護。KTY基于擴散電阻原理的一種線性溫度傳感器，驅(qū)動器檢測電機的溫度，并根據(jù)設(shè)置的保護點進行“保護”。 溫度開關(guān)溫度開關(guān)一種根據(jù)溫度的變化會自動“開”或“關(guān)”的器件，常用于電機的風(fēng)扇控制或電機保護，用在保護時，驅(qū)動器檢到它斷開時對電機進行保護，單相微電機中直接將它串在電機繞組上保護電機永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)參數(shù)控制模式：速度、位置、轉(zhuǎn)矩控制精度：速度、位置、轉(zhuǎn)矩的控制精度主要內(nèi)容主要內(nèi)容伺服的定義、用途伺服的定義、用途伺服系統(tǒng)分類伺服系統(tǒng)分類電液伺服系統(tǒng)基礎(chǔ)

8、電液伺服系統(tǒng)基礎(chǔ)電電- -電伺服系統(tǒng)基礎(chǔ)電伺服系統(tǒng)基礎(chǔ)伺服系統(tǒng)的應(yīng)用伺服系統(tǒng)的應(yīng)用伺服系統(tǒng)參數(shù)伺服系統(tǒng)參數(shù)伺服的定義、用途伺服的定義、用途伺服系統(tǒng)定義伺服系統(tǒng)定義 用來精確地跟隨或復(fù)現(xiàn)某個過程的反饋控制系統(tǒng)。又稱隨動系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標（或給定值）的任意變化的自動控制系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)原理與構(gòu)成與其他的反饋控制系統(tǒng)沒有原則上的區(qū)別伺服系統(tǒng)的用途伺服系統(tǒng)的用途以小功率指令信號去控制大功率負載不通過物理連接，實現(xiàn)輸入軸與輸出軸的遠距離同步傳動使輸出機械位移精確地跟蹤電信號伺服系統(tǒng)分類伺服系統(tǒng)分類伺服系統(tǒng)分類按執(zhí)行器分：電氣伺服系統(tǒng)、液壓伺服系統(tǒng)，電氣-液壓

9、伺服系統(tǒng)，電氣-電氣伺服系統(tǒng)按控制目標分：速度，加速度，位置（姿態(tài)）、力（轉(zhuǎn)矩）按輸出信號分：有模擬式伺服系統(tǒng)和數(shù)字式伺服系統(tǒng);按所饋方式分：開環(huán)伺服系統(tǒng)、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)，閉環(huán)伺服系統(tǒng)電電- -液伺服系統(tǒng)液伺服系統(tǒng)：電氣控制，液壓執(zhí)行電電- -電伺服系統(tǒng)電伺服系統(tǒng)電氣控制，電機驅(qū)動電液伺服簡介電液伺服簡介1.基礎(chǔ) 電液伺服系統(tǒng)是以液壓為執(zhí)行器的伺服系統(tǒng)，它綜合了電氣和液壓兩方面的優(yōu)點，具有控制精度高、響應(yīng)速度快、輸出功率大、信號處理靈活、易于實現(xiàn)各種參量的反饋等優(yōu)點。特別適應(yīng)于大負載，如飛機與船舶舵機、雷達與火炮、板帶軋機的板厚、各種壓力機的壓力控制等電液伺服簡介電液伺服簡介2.閥控型系統(tǒng)電液

10、伺服簡介電液伺服簡介3.泵控型系統(tǒng)電-電伺服系統(tǒng)基礎(chǔ)（1）伺服系統(tǒng)由伺服控制器、功率放大器、信號處理器和執(zhí)行器組成，執(zhí)行器為電器的伺服系統(tǒng)就是電-電伺服系統(tǒng)。在應(yīng)用層面上所說的“伺服系統(tǒng)”是執(zhí)行器為電機的系統(tǒng)。常規(guī)的伺服系統(tǒng)包括伺服驅(qū)動器、伺服電機現(xiàn)代的伺服驅(qū)動器是一種數(shù)字控制的，集伺服控制器、功率放大器和信號調(diào)理器的一體化的電機控制與驅(qū)動裝置?，F(xiàn)在常用的伺服電機是交流永磁同步電機，它集成了電機本體、速度和位置反饋傳感器，部份伺服電機還集成了溫度傳感器、散熱裝置。伺服電機中集成的位置和速度傳感器通常有增量式光電編碼器、絕對式光電編碼器、正余弦編碼器、旋轉(zhuǎn)彎壓器等電機中集成的溫度傳感器主要的雙金

11、屬片溫度開關(guān)、PTC 溫度開關(guān)、KTY硅溫度傳感器。伺服系統(tǒng)基礎(chǔ)（2） 伺服系統(tǒng)是一種反饋控制系統(tǒng)，根據(jù)反饋信號的信號的取樣點設(shè)置，可分成開環(huán)、半閉環(huán)和全閉環(huán)控制系統(tǒng)，不同的系統(tǒng)的控制精度和響應(yīng)不同。1.開環(huán)系統(tǒng)2.半閉環(huán)系統(tǒng)3.全閉環(huán)系統(tǒng)伺服系統(tǒng)基礎(chǔ)（3） 伺服系統(tǒng)根據(jù)控制對象（給定負、反饋信號）的不同，有三種控制模式，速度控制、位置控制和力矩控制。伺服系統(tǒng)基礎(chǔ)（伺服系統(tǒng)基礎(chǔ)（4）伺服系統(tǒng)的應(yīng)用特點：1.多軸，一個設(shè)備中可能要用到多個伺服系統(tǒng)2.多種控制模式，一個設(shè)備中的多個伺服系統(tǒng)可能運行在不同的控制模下3.聯(lián)動，設(shè)備中兩個或多個軸的運動是以一種可編程的約定關(guān)系運動4.單軸的控制模式在工作過程中可轉(zhuǎn)換伺服系統(tǒng)的發(fā)展集成運動控制器的部份功能通訊總線應(yīng)用替代原用的io連線更高的速度、位置控制精度更高的響應(yīng)速度伺服驅(qū)動基礎(chǔ)（伺服驅(qū)動基礎(chǔ)（4）伺服系統(tǒng)應(yīng)用伺服系統(tǒng)應(yīng)用-機床機床應(yīng)用特點：多軸控制器：數(shù)控系統(tǒng)控制特點：多軸插補伺服系統(tǒng)應(yīng)用伺服系統(tǒng)應(yīng)用-機器人機器人應(yīng)用特點應(yīng)用特點：六軸（多）軸控制器控制器：專用控制器控制特點控制特點：多軸插補伺服系統(tǒng)應(yīng)用伺服系統(tǒng)應(yīng)用-定長切割定長切割應(yīng)用特點應(yīng)用特點：單軸控制器控制器：專用控制器控制特點控制特點：同步類