交流永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)工作原理

1、溝通永磁同步電機(jī)構(gòu)造及工作原理溝通永磁同步電機(jī)構(gòu)造及工作原理22/22溝通永磁同步電機(jī)構(gòu)造及工作原理適用文案溝通永磁同步電機(jī)構(gòu)造與工作原理211溝通永磁同步電機(jī)的構(gòu)造永磁同步電機(jī)的種類眾多，依據(jù)定子繞組感覺(jué)電動(dòng)勢(shì)的波形的不一樣樣，能夠分為正弦波永磁同步電機(jī)(PMSM)和梯形波永磁同步電機(jī)(BLDC)【261。正弦波永磁同步電機(jī)定子由三相繞組以及鐵芯構(gòu)成，電樞繞組常以Y型連結(jié)，采納短距散布繞組；氣隙場(chǎng)設(shè)計(jì)為正弦波，以產(chǎn)生正弦波反電動(dòng)勢(shì)；轉(zhuǎn)子采納永磁體取代電勵(lì)磁，依據(jù)永磁體在轉(zhuǎn)子上的安裝地點(diǎn)不一樣樣，正弦波永磁同步電機(jī)又分為三類：凸裝式、嵌入式和內(nèi)埋式。本文中采納的電機(jī)為凸裝式正弦波永磁同步電機(jī)，

2、構(gòu)造如圖2一l所示，定子繞組一般制成多相，轉(zhuǎn)子由永遠(yuǎn)磁鋼按必定對(duì)數(shù)構(gòu)成，本系統(tǒng)的電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極對(duì)數(shù)為兩對(duì)，則電機(jī)轉(zhuǎn)速為n=60fp，f為電流頻次，P為極對(duì)數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)文檔適用文案圖2一l凸裝式正弦波永磁同步電機(jī)構(gòu)造圖當(dāng)前，三相同步電機(jī)此刻主要有兩種控制方式，一種是他控式(又稱為頻次開(kāi)環(huán)控制)；另一種是自控式(又稱為頻次閉環(huán)控制)27】。他控式方式主假如經(jīng)過(guò)獨(dú)立控N#l-部電源頻次的方式來(lái)調(diào)理轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不需要知道轉(zhuǎn)子的地點(diǎn)信息，常常采納恒壓頻比的開(kāi)環(huán)控制方案。自控式永磁同步電機(jī)也是經(jīng)過(guò)改變外面電源的頻次來(lái)調(diào)理轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，與他控式不一樣樣，外面電源頻次的改變是和轉(zhuǎn)子的地點(diǎn)信息是有關(guān)系的，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速越高，定

3、子通電頻次就越高，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速是經(jīng)過(guò)改變定子繞組外加電壓(或電流)標(biāo)準(zhǔn)文檔適用文案頻次的大小來(lái)調(diào)理的。因?yàn)樽钥厥酵诫姍C(jī)不存在他控式同步電機(jī)的失步和振蕩問(wèn)題，并且永磁同步電機(jī)永磁體做轉(zhuǎn)子也不存在電刷和換向器，降低了轉(zhuǎn)子的體積和質(zhì)量，提升了系統(tǒng)的響應(yīng)速度和調(diào)速范圍，且擁有直流電動(dòng)機(jī)的性能，因此本文采納了自控式溝通永磁同步電機(jī)。當(dāng)把三相對(duì)稱電源加到三相對(duì)稱繞組上后，自然會(huì)產(chǎn)生同步速的旋轉(zhuǎn)的定子磁場(chǎng)，同步電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速是與外面電源頻次保持嚴(yán)格的同步，且與負(fù)載大小沒(méi)關(guān)系。212溝通永磁同步電機(jī)的工作原理本系統(tǒng)采納的是自控式交直交電壓型電機(jī)控制方式，由整流橋、三相逆變電路、控制電路、三相溝通永磁電機(jī)和地點(diǎn)

4、傳感器構(gòu)成，其構(gòu)造原理圖如圖22所示。在圖22中，50HZ的市電經(jīng)整流后，由三相逆變器給電機(jī)的三相繞組供電，三相對(duì)稱電流合成的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子永遠(yuǎn)磁鋼所產(chǎn)生的磁場(chǎng)互相作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，拖動(dòng)轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過(guò)地點(diǎn)傳感器及時(shí)讀取轉(zhuǎn)子磁鋼地點(diǎn)，變換成電信號(hào)控制逆變器功率器件開(kāi)標(biāo)準(zhǔn)文檔適用文案關(guān)，調(diào)理電流頻次和相位，使定子和轉(zhuǎn)子磁勢(shì)保持堅(jiān)固的地點(diǎn)關(guān)系，才能產(chǎn)生恒定的轉(zhuǎn)矩，定子繞組中的電流大小是由負(fù)載決定的。定子繞組中三相電流的頻次和相位隨轉(zhuǎn)子地點(diǎn)的變化而變化的，使三相電流合成一個(gè)與轉(zhuǎn)子同步的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，經(jīng)過(guò)電力電子器件構(gòu)成的逆變電路的開(kāi)關(guān)變化實(shí)現(xiàn)三相電流的換相，取代了機(jī)械換向器。圖22自控式電機(jī)構(gòu)造原理圖正弦

5、波永磁同步電機(jī)屬于自控式電機(jī)，但是電動(dòng)機(jī)的定子反電勢(shì)和電流波形均為正弦波，并且保持同相，其能夠獲取與直流電機(jī)相同的轉(zhuǎn)矩特色，并且能實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩的調(diào)速特色。當(dāng)?shù)攸c(diǎn)伺服系統(tǒng)是經(jīng)過(guò)正弦波永磁同步電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)地點(diǎn)伺服功能的。標(biāo)準(zhǔn)文檔適用文案213旋轉(zhuǎn)式編碼器由自控式正弦波PMSM構(gòu)成的伺服系統(tǒng)，需要及時(shí)檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子的地點(diǎn)及轉(zhuǎn)速，本系統(tǒng)是經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)編碼器來(lái)獲取有關(guān)的信息。依據(jù)編碼器的工作原理不一樣樣可分為磁性編碼器和光學(xué)編碼器，而依據(jù)編碼器的輸出信號(hào)的不一樣樣又分為增量式(incremental)和絕對(duì)式(absolute)編碼器兩種。絕對(duì)式編碼器能夠直接測(cè)得轉(zhuǎn)子的絕對(duì)地點(diǎn)，每次為檢測(cè)到轉(zhuǎn)子的地點(diǎn)供給一個(gè)唯一

6、無(wú)二的編碼數(shù)字值。絕對(duì)式型編碼器(旋轉(zhuǎn)型)碼盤(pán)上有很多道光通道刻線，每道刻線挨次以2線、4線、8線、16線?編排，在編碼器的每一個(gè)地點(diǎn)，經(jīng)過(guò)讀取每道刻線的通、暗，獲取一組從2的零次方到2的n-1次方的唯一的2進(jìn)制編碼，這就稱為n位絕對(duì)編碼器。這樣的編碼器是由光電碼盤(pán)的機(jī)械地點(diǎn)決定的，它不受停電、攪亂的影響。增量式編碼器每次只好返展轉(zhuǎn)子的相對(duì)地點(diǎn)。增量型只好測(cè)角位移(間接為角速度)增量，從前一個(gè)時(shí)辰為基點(diǎn)。光電式增量式編碼器(旋轉(zhuǎn)型)由一其中心有軸的光電標(biāo)準(zhǔn)文檔適用文案碼盤(pán)，其上有環(huán)形通、暗的刻線，有光電發(fā)射和接收器件讀取，獲取四組正弦波信號(hào)組合成A、B、C、D，每個(gè)正弦波相差90度相位差(有關(guān)

7、于一個(gè)周波為360度)，將C、信號(hào)反向，疊加在A、B兩相上，可加強(qiáng)堅(jiān)固信號(hào)；另每轉(zhuǎn)輸出一個(gè)Z相脈沖以代表零位參照位。因?yàn)锳、B兩相脈沖信號(hào)相差90度，可經(jīng)過(guò)比較A相在前仍是B相在前，以鑒別編碼器的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，經(jīng)過(guò)零位脈沖，可獲取編碼器的零位參照位。編碼器以每旋轉(zhuǎn)360度供給多少的通或暗刻線稱為分辨率，也稱分析分度、或直接稱多少線，一般在每轉(zhuǎn)分度510000線。光學(xué)增量式編碼器和磁性增量式編碼器，輸出信號(hào)信息基本上相同的。光學(xué)編碼器的主要長(zhǎng)處是對(duì)濕潤(rùn)氣體和污染敏感，但靠譜性差，而磁性編碼器不易受灰塵和結(jié)露影響，同時(shí)其構(gòu)造簡(jiǎn)單緊湊，可高速運(yùn)行，響應(yīng)速度快(達(dá)500700kHz)，體積比光學(xué)式編碼器

8、小，而成本更低【28】。本系統(tǒng)采納的是旋轉(zhuǎn)式增量磁性編碼器，其適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)文檔適用文案環(huán)境能力強(qiáng)，響應(yīng)速度快，特別適用于在高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的速度和地點(diǎn)。22溝通永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型正弦波PMSM定子與一般的電勵(lì)磁的三相同步電機(jī)是基真相同的，并且反電動(dòng)勢(shì)也是正弦波，那么其數(shù)學(xué)模型和電勵(lì)磁的三相同步電機(jī)也是相同的。在定子通三相繞組剎時(shí)電流，如圖23所示。三相定子繞組流過(guò)均衡電流分別為ia，ib，ic，在空間上互差120。，剎時(shí)電流表達(dá)式以下：(21)式中Im為電流最大值。標(biāo)準(zhǔn)文檔適用文案圖23三相剎時(shí)電流圖圖2-4對(duì)稱三線繞組電機(jī)的三相對(duì)稱繞組如圖24所示，在定子靜止三相坐標(biāo)系下，成立電機(jī)的

9、定子標(biāo)準(zhǔn)文檔適用文案2-2）式2-2中，、甜。是定子三相繞組相電壓；o、是定子三相繞組相電流；鲴，(pb，鱸是三相定子繞組的磁鏈；r是定子三相繞組阻抗。磁鏈方程為29】：（2-3）標(biāo)準(zhǔn)文檔適用文案式23中乞，厶，三c分別是三相繞組的自感；厶=厶。，k=乞，k=k分別是兩相繞組間的互感；紛是永磁轉(zhuǎn)子的磁鏈，秒=rot+島是轉(zhuǎn)子與三相靜止坐標(biāo)系a軸的夾角，皖為轉(zhuǎn)子的初始地點(diǎn)。為了簡(jiǎn)化分析，現(xiàn)作以下假設(shè)：電機(jī)鐵磁部分的磁路為線性，不計(jì)飽和，剩磁，磁滯和渦流的影響；定子三相繞組對(duì)稱且為集中式繞組；忽視電樞反響對(duì)氣隙磁場(chǎng)的影響；這樣即可使各相繞組的自感和互感與轉(zhuǎn)子的地點(diǎn)角沒(méi)關(guān)，且永磁同步電機(jī)的三相繞組是

10、對(duì)稱散布，星形聯(lián)接，則厶=厶=t=三，k=k=z-aac=乞=k=k=M，三和M都為常量，乞+之=0，由此整理磁鏈方程以下：標(biāo)準(zhǔn)文檔適用文案（2-4）（2-5）標(biāo)準(zhǔn)文檔適用文案2-6）式25中國(guó)是同步角速度。依據(jù)三相繞組的感覺(jué)電動(dòng)勢(shì)方程25可得出，每相繞組的感覺(jué)電動(dòng)勢(shì)ea、巳是時(shí)變的，相同三相對(duì)稱電流都也是時(shí)變的，因此系統(tǒng)的輸出轉(zhuǎn)矩時(shí)變并且各個(gè)參數(shù)耦合親近，使整個(gè)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制復(fù)雜實(shí)現(xiàn)困難。溝通電機(jī)的矢量控制理論提出，是電機(jī)控制理論的第一次質(zhì)的飛奔，使得溝通電機(jī)的控制跟直流電機(jī)控制相同簡(jiǎn)單，并且能獲取較好的動(dòng)向性能。矢量控制基本思想是：在轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向坐標(biāo)上，將電流矢量分解成產(chǎn)生磁通的勵(lì)磁電流重

11、量和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩電流重量，并使兩個(gè)重量互相垂直和獨(dú)立，這樣就能夠分開(kāi)調(diào)理，標(biāo)準(zhǔn)文檔適用文案實(shí)現(xiàn)了溝通電機(jī)控制的解耦【30I，此旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系也稱為d-q坐標(biāo)系，d軸固定在轉(zhuǎn)子磁勢(shì)軸線上，q軸位于d軸逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)90。的電角度上，圖25是極對(duì)數(shù)為2的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。其他，定子繞組中的三相電流就能夠經(jīng)過(guò)一個(gè)空間矢量電流來(lái)表示，表達(dá)式以下：2-7）式中o、之三相電流的有效值為I、角頻次為彩的，則表達(dá)式27能夠化簡(jiǎn)成：標(biāo)準(zhǔn)文檔適用文案2-8）這樣i就能夠看作是一個(gè)以角速度緲旋轉(zhuǎn)的矢量，如圖25所示。圖25旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系標(biāo)準(zhǔn)文檔適用文案圖26靜止坐標(biāo)系一旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系假如要把定子繞組中的三相電流變換到d-q坐標(biāo)系上

12、，達(dá)成輸出轉(zhuǎn)矩控制。第一，要把三相溝通電流所在的三相靜止坐標(biāo)系變換到兩相靜止的坐標(biāo)系口一。在固定的定子上成立口一軸坐標(biāo)系，口軸與a相重合，口軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90。為軸，變換到兩相靜止坐標(biāo)系的表達(dá)式以下：標(biāo)準(zhǔn)文檔適用文案2-9）在PMSM系統(tǒng)中，定子繞組采納Y型連結(jié)，則o=0。而后，再由靜止的口一軸坐標(biāo)系變換到d-q坐標(biāo)系，如圖26所示，轉(zhuǎn)換表達(dá)式為：（2-10）式中目是兩個(gè)坐標(biāo)系的夾角。依據(jù)式210推導(dǎo)，能夠得出d-q坐標(biāo)系和三相靜止坐標(biāo)系之間的變換關(guān)系以下：標(biāo)準(zhǔn)文檔適用文案（2-11）坐標(biāo)變換關(guān)于電壓矢量仍舊適用，由三相靜止坐標(biāo)系變換到d-q軸坐標(biāo)系后，定子電壓方程表達(dá)式為：2-12）式212中

13、，為交、直軸阻抗；、乞?yàn)槎ㄗ与娏魇噶縡的直軸、交軸重量；P微分算子；、交、直軸磁鏈。標(biāo)準(zhǔn)文檔適用文案溝通永磁伺服電機(jī)定子磁鏈方程為：12-13）式2-13中，盼為轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生的磁鏈；厶、厶為電動(dòng)機(jī)的交、直軸電感；把定子磁錛方程代入定子申壓方稗得：2-14）經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換后，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩方程能夠表示為：標(biāo)準(zhǔn)文檔適用文案2-15）將磁鏈方程代入后得：2-16）式216中n是極對(duì)數(shù)5在轉(zhuǎn)子參照坐標(biāo)中，若取d軸為虛袖取q軸為實(shí)軸，則在這個(gè)復(fù)平面內(nèi)，可將定子電流空間矢量f表示為：標(biāo)準(zhǔn)文檔適用文案（2-17）與q軸的夾角為盯，則：（2-18）綜上整理轉(zhuǎn)矩方程得：標(biāo)準(zhǔn)文檔適用文案2-19）仃角實(shí)質(zhì)上是定子三相繞組合成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的軸線與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)軸線間夾角。在上式中，括號(hào)內(nèi)第一項(xiàng)就是由這兩磁場(chǎng)互相作用所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩，如圖27中曲線l所示；括號(hào)內(nèi)第二項(xiàng)稱為磁阻轉(zhuǎn)短(曲線