講稿-高性能調速2課件

同步機矢量控制系統(tǒng)概述

A.同步機類型：勵磁同步機；永磁同步機；開關磁阻電機。

B.同步機的它控與自控它控頻率由外部給定，存在失步危險，動態(tài)性能非常差。自控由轉子位置控制頻率，無失步危險，動態(tài)性能好。矢量控制屬自控。同步機矢量控制系統(tǒng)

C.勵磁同步機與異步機比較異步結構簡單，沒有電刷、滑環(huán)和勵磁繞組異步機氣隙小，不適合低速大容量場合弱磁后異步機最大轉矩平方減小，不適合2倍以上恒功率調速場合大型異步機轉子時間常數(shù)大，調磁過程慢，不適合用于快速調磁場合同步機效率高，功率因數(shù)高，逆變器容量小，但多一套勵磁裝置同步機矢量控制系統(tǒng)比異步機麻煩同步機矢量控制系統(tǒng)2.永磁同步機的矢量控制系統(tǒng)兩種永磁同步機：正弦波磁場永磁機，正弦波定子電流；梯形波磁場永磁機(直流無刷電機)，方波定子電流，也可正弦波定子電流。

矢量控制的特點---通常按轉子位置定向，也可按合成磁鏈位置定向。同步機矢量控制系統(tǒng)永磁同步機按轉子位置定向矢量控制

用轉子位置信號l控制定子電流向量旋轉，使其保持與轉子位置軸(d軸)垂直。

轉矩與定子電流幅值及其q軸分量()成比例。同步機矢量控制系統(tǒng)控制框圖同步機矢量控制系統(tǒng)問題1隨負載增加，磁鏈和定子電壓加大，功率因數(shù)降低。由于永磁體磁勢很強

實際上功率因數(shù)下降不多。問題2弱磁控制，令表面式永磁機弱不了磁，內置式同步機可以弱磁。同步機矢量控制系統(tǒng)3.勵磁同步機的矢量控制系統(tǒng)特點：與永磁機不同，不存在，若仍按轉子位置定向，加載后磁鏈和定子電壓加大、功率因數(shù)下降嚴重，需改用按合成磁鏈Y定向，加載時適當增大勵磁電流矢量的幅值和它與定子電流矢量間的夾角，維持Y值恒定，功率因數(shù)=1。同步機矢量控制系統(tǒng)B.與異步機矢量控制的相同和不同：異步機按轉子磁鏈定向可以實現(xiàn)磁鏈和轉矩解耦，同步機不存在這關系，所以按氣隙磁鏈定向。異步機磁路對稱，可以定義轉子任何方向為d軸，不需要轉子位置d軸定位，同步機d軸固定為勵磁繞組軸線，需要d軸定位。同步機功率因數(shù)可以通過勵磁控制(在矢量控制系統(tǒng)中增加動率因數(shù)控制環(huán)節(jié))，維持其在任何負載下都等于1，變頻器容量最小，異步機功率因數(shù)不可控，變頻器容量增加10-20％。兩種電機矢量控制系統(tǒng)中的定子電流控制部分相同，電壓模型也相同，只是計算公式中的漏感值不同，同步機用定子漏感，異步機用定轉子全漏感。兩種系統(tǒng)的轉速控制部分完全相同。同步機矢量控制系統(tǒng)轉矩、磁鏈公式式中：--主電感，--阻尼繞組引入的時間常數(shù)，

和--勵磁電流和定子電流磁化分量，控制磁鏈，

--定子電流力矩分量，控制轉矩。其中由期望的電機功率因數(shù)角和定子電流轉矩分量決定。同步機矢量控制系統(tǒng)控制原理：輸入量：--來自速度調節(jié)器--來自磁鏈設定環(huán)節(jié)

--期望的功率因數(shù)角步驟：第1步第2步

(最小限制)第3步同步機矢量控制系統(tǒng)第4步把和送至定子電流調節(jié)環(huán)節(jié)

矢量迴轉所需之磁鏈位置角信號來自電機模型，前饋中的漏感值用。第5步把送至勵磁電流調節(jié)環(huán)節(jié)(晶閘管整流裝置)同步機矢量控制系統(tǒng)同步機的電機模型同步機電壓模型同異步和電壓模型，漏感值用。同步機電流模型先算負載角，再算磁鏈位置角

(l--轉子位置角，可測量)

實際的電流模型需考慮：d-q軸磁路不對稱：

；阻尼繞阻影響；磁化曲線非線性。輸入量：計算：A定子、勵磁、磁化及阻尼電流矢量磁路不對稱，需要在d-q坐標系計算隱極同步電動機矢量圖凸極同步電動機矢量圖考慮阻尼影響

B.電流模型原理框圖同步電動機電流模型第一部分同步電動機電流模型第二部分完整的同步電動機電流模型電流模型復雜，參數(shù)多，精度受影響，用于低速<5%，電壓模型簡單，參數(shù)少，通常精度高于電流模型，但低速精度差，用于高速>5％，兩個模型的過渡電路(4-8％)同異步機系統(tǒng)。同步機矢量控制系統(tǒng)同步機d軸定位：第1步d軸初始定位在定子投入工作前先建立勵磁，在定子三相繞組中感應出3個脈沖電壓，電壓模型根據(jù)此算出轉子d軸初始位置角，設到轉子位置計數(shù)器中，作為計數(shù)的初始值。第2步編碼器同步脈沖定位在初始定位后僅靠電流環(huán)工作慢慢空轉電機，記錄編碼器同步脈沖來時轉子位置計數(shù)器中的數(shù)(同步脈沖位置角)，以后編碼器每轉一周，在同步脈沖來時都把計數(shù)器中原有的數(shù)清掉，重新設上該位置角，以防誤差積累。

磁鏈調節(jié)及弱磁控制

A.開環(huán)磁鏈設定B.閉環(huán)磁鏈控制(|n|>8%)基速以下--磁鏈閉環(huán)，基速以上--電動狀態(tài)時電壓閉環(huán)，制動狀態(tài)時電勢閉環(huán)調節(jié)器：

調節(jié)--P調節(jié)器，輸出加到定子電流調節(jié)環(huán)節(jié)輸入端

調節(jié)--PI調節(jié)器，輸出送至電流模型