交流永磁同步電機(jī)的變頻控制

1、交流永磁同步電機(jī)的變頻控制第1頁，共19頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 一、交流永磁同步電機(jī)同步電機(jī)永磁式同步電機(jī)反應(yīng)式同步電機(jī)磁滯式同步電機(jī)永磁式同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子由永久磁鋼制成，結(jié)構(gòu)形式可以是凸極式，也可以是隱極式。隱極式電機(jī)氣隙均勻，凸極式則不均勻，但凸極效應(yīng)能產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩。第2頁，共19頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日思考：哪個(gè)是凸極式哪個(gè)是隱極式？圖6-7-1第3頁，共19頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日工作原理： 定子繞組與三相電源接通后可以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，根據(jù)異性相吸原理，定子N0極（或S0極）吸住永磁轉(zhuǎn)子的S極（或N極），使轉(zhuǎn)子隨著

2、旋轉(zhuǎn)磁場以同一速度旋轉(zhuǎn)起來。 顯然，改變磁極對(duì)數(shù)P可以實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速，且P較大時(shí)，成為低速電機(jī)；而改變f可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)平滑調(diào)速。第4頁，共19頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日 同步電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的大小與定、 轉(zhuǎn)子磁場軸線之間的夾角的大小有關(guān)。如圖6-7-2所示。對(duì)于磁極對(duì)數(shù)p=1的隱極式轉(zhuǎn)子的永磁式同步電動(dòng)機(jī)來說： 當(dāng)=0時(shí)，轉(zhuǎn)子只受到徑向力的作用，不會(huì)形成電磁轉(zhuǎn)矩。 當(dāng)090時(shí)，轉(zhuǎn)子受到的作用力可以分解為一個(gè)徑向分量和一個(gè)切向分量，其中切向分量產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。 當(dāng)=90時(shí)轉(zhuǎn)子只受到切向力的作用，電磁轉(zhuǎn)矩最大，稱為最大同步轉(zhuǎn)矩。 第5頁，共19頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分

3、，星期日 圖6-7-2 永磁式同步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩(a) =0; (b) 090; (c) =90 (a)(b)(c)第6頁，共19頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日因此，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩增加時(shí)，穩(wěn)定后的轉(zhuǎn)速n雖然不變， 卻相應(yīng)增大。如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩超過最大同步轉(zhuǎn)矩（900) ，電動(dòng)機(jī)就會(huì)帶不動(dòng)負(fù)載，轉(zhuǎn)速便會(huì)下降即而出現(xiàn)所謂的失步現(xiàn)象，直到轉(zhuǎn)速下降為零。 第7頁，共19頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日永磁同步電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：（1）轉(zhuǎn)速與電壓頻率嚴(yán)格同步；（2）功率因數(shù)高到1.0；存在的問題：（1）起動(dòng)困難；（2）重載時(shí)有振蕩，甚至存在失步危險(xiǎn)；第8頁，共19頁，2

4、022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日對(duì)于起動(dòng)問題： 通過變頻電源頻率的平滑調(diào)節(jié)，使電機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸上升，實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)。對(duì)于振蕩和失步問題 ： 由于采用頻率閉環(huán)控制，同步轉(zhuǎn)速可以跟著頻率改變，于是就不會(huì)振蕩和失步了。 問題解決思路第9頁，共19頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日他控變頻調(diào)速系統(tǒng) 用獨(dú)立的變壓變頻裝置給同步電動(dòng)機(jī)供電的系統(tǒng)。 自控變頻調(diào)速系統(tǒng) 用電動(dòng)機(jī)本身軸上所帶轉(zhuǎn)子位置檢測器提供的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)來控制變壓變頻裝置換相時(shí)刻的系統(tǒng)。 第10頁，共19頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日二、他控變頻調(diào)速系統(tǒng)按轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制系統(tǒng) 基本原理和異步電動(dòng)機(jī)矢量控

5、制相似，也是通過坐標(biāo)變換，把同步電動(dòng)機(jī)等效成直流電動(dòng)機(jī)，再模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制方法進(jìn)行控制。第11頁，共19頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日無刷直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)原理和直流電動(dòng)機(jī)是等效的。無刷直流電動(dòng)機(jī)采用電子逆變器和轉(zhuǎn)子位置檢測器，用靜止的電子換向電路代替了機(jī)械式的電刷和換向器。在無刷直流電動(dòng)機(jī)中，三相繞組通入的方波驅(qū)動(dòng)電流具有雙極性、方波寬度為120。角度、三相電流相位差120。電角度的特性。三相繞組方波電流由V1V6大功率晶體管組的逆變器生成。三、自控變頻調(diào)速系統(tǒng)1、無刷直流電動(dòng)機(jī)的方波電流驅(qū)動(dòng)第12頁，共19頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日第13頁，共19

6、頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日每60度時(shí),V1V6導(dǎo)通狀態(tài)改變一次,定子三相繞組中電流狀態(tài)改變一次,定子磁場轉(zhuǎn)動(dòng)60度，轉(zhuǎn)子也步進(jìn)60度。第14頁，共19頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日無刷直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制是無刷直流電動(dòng)機(jī)在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速狀態(tài)下，根據(jù)速度給定指令的大小，經(jīng)速度和電流調(diào)節(jié)，通過PWM控制，換向邏輯控制電路輸出的基極驅(qū)動(dòng)脈沖頻率發(fā)生變化，從而使逆變器輸出的方波電流頻率也隨之變化，最終實(shí)現(xiàn)調(diào)速的目的。和直流電動(dòng)機(jī)改變電樞電壓極性從而改變轉(zhuǎn)向的控制不同，無刷直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向控制是根據(jù)速度給定指令中的方向信號(hào)，經(jīng)邏輯換向控制，使逆變器中的大功率晶體管的通

7、斷順序發(fā)生改變，從而改變?nèi)嗤婍樞?，使定子磁場的轉(zhuǎn)向改變，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向控制。第15頁，共19頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日首先，交流永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)距表達(dá)式 T= KT I 式中 KT是比例系數(shù) I是定子電流幅值 是轉(zhuǎn)子磁鏈由于KT是常數(shù)，是轉(zhuǎn)子磁鏈，對(duì)于同一電機(jī)來說認(rèn)為是常數(shù)。因此電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與正比于定子電流幅值，控制定子電流幅值就能很好地控制轉(zhuǎn)矩，和直流電動(dòng)機(jī)完全一樣。2、正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)的自控變頻第16頁，共19頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)的自控變頻系統(tǒng)第17頁，共19頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日由電機(jī)轉(zhuǎn)子上的位置檢測裝置測的轉(zhuǎn)子位置角，經(jīng)正弦信號(hào)發(fā)生器得到三個(gè)正弦波位置信號(hào)分別為： a=sin b=sin(-1200) c=sin(+1200)速度指令Un*與反饋指令Un比較后,通過速度調(diào)節(jié)器ASR輸出轉(zhuǎn)矩指令T*，T*與電流I*成正比，在乘法器中與a、b、c相乘得到三相電流信號(hào) iU*= Isin iV*= Isin(-1200) iW*= Isin(-1200)第18頁，共19頁，2022年，5月20日，19點(diǎn)44分，星期日三相電流指令i*U、i*V、i*W 在與電流檢測反饋信號(hào)iU、iV、iW比較后，通過電