無刷直流電機(jī)與永磁同步電機(jī)的運(yùn)行控制比較課件

主要內(nèi)容一、幾個術(shù)語解釋（極對數(shù)、電角度、電角頻率、相電壓、線電壓、反電動勢）二、無刷直流電機(jī)的運(yùn)行原理和基本控制方法（運(yùn)行原理、數(shù)學(xué)模型、換流模式、控制方法）三、永磁同步電機(jī)的運(yùn)行原理和基本控制方法（矢量控制基礎(chǔ)、數(shù)學(xué)模型、控制方法、旋轉(zhuǎn)變壓器）四、兩種電機(jī)及其控制系統(tǒng)的對比（轉(zhuǎn)子位置、三相電流、轉(zhuǎn)矩脈動、調(diào)速范圍）1幾個術(shù)語解釋極對數(shù)（）：電機(jī)轉(zhuǎn)子中N-S極的對數(shù)，2，3，4，……相數(shù)（）：電機(jī)繞組個數(shù)，3，6，12，……電角度（）/機(jī)械角度（）：電角頻率（）/機(jī)械角頻率（）：電角頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)速（）：極（2p）槽（Z）配合：Z/2p相電壓：電機(jī)相繞組對電機(jī)中性點(diǎn)電壓線電壓：電機(jī)兩相繞組之間電壓反電動勢：電機(jī)到拖時某一轉(zhuǎn)速下對應(yīng)電機(jī)線電壓峰值2主要內(nèi)容一、幾個術(shù)語解釋（極對數(shù)、電角度、電角頻率、相電壓、線電壓、反電動勢）二、無刷直流電機(jī)的運(yùn)行原理和基本控制方法（運(yùn)行原理、數(shù)學(xué)模型、換流模式、控制方法）三、永磁同步電機(jī)的運(yùn)行原理和基本控制方法（矢量控制基礎(chǔ)、數(shù)學(xué)模型、控制方法、旋轉(zhuǎn)變壓器）四、兩種電機(jī)及其控制系統(tǒng)的對比（轉(zhuǎn)子位置、三相電流、轉(zhuǎn)矩脈動、調(diào)速范圍）3120度導(dǎo)通時轉(zhuǎn)子位置與電流換相關(guān)系a)0度（換相前） b)0度（換相后）c)60度（換相前） d)60度（換相后）e)120度（換相前）f)120度（換相后）5無刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型采用理想化的直流無刷電機(jī)用狀態(tài)方程表示的數(shù)學(xué)模型，電流為理想的方波，反電勢為理想的梯形波，并作如下假設(shè)：（1）不計磁路飽和；（2）電機(jī)渦流損耗和磁滯損耗；（3）忽略定子電流的電樞反應(yīng)；（4）定子繞組采用Y形接法。無刷直流電機(jī)的等效電路6無刷直流電機(jī)的電路模型逆變器—永磁無刷電機(jī)系統(tǒng)示意圖為直流電源（V）；為中間直流回路支撐（濾波）電容（F）；為6個功率開關(guān)管；為6個續(xù)流二極管；采用120o的兩兩導(dǎo)通方式，對分別在各自120o導(dǎo)通時間內(nèi)根據(jù)不同的調(diào)制方式進(jìn)行PWM調(diào)制。7無刷直流電機(jī)的電流和感應(yīng)電動勢具有以下特點(diǎn)：（1）感應(yīng)電動勢為三相對稱的梯形波，其波頂寬為（2）電流為三相對稱的方波；（3）梯形波反電勢與方波電流在相位上嚴(yán)格同步。HALL狀態(tài)與PWM、三相反電勢和三相電流的對應(yīng)關(guān)系無刷直流電機(jī)換流關(guān)系9無刷直流電機(jī)的相電流分析10無刷直流電機(jī)的換流模式（1）pwm-on型調(diào)制方式（2）on-pwm型調(diào)制方式（3）H_on-L_pwm型調(diào)制方式（4）H_pwm-L_on型調(diào)制方式（5）L_pwm-H_pwm型調(diào)制方式（6）on-on型調(diào)制方式11無刷直流電機(jī)的基本控制系統(tǒng)電流閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)13無刷直流電機(jī)的基本控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)依據(jù)轉(zhuǎn)速控制弱磁角度轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)依據(jù)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩控制弱磁角度14主要內(nèi)容一、幾個術(shù)語解釋（極對數(shù)、電角度、電角頻率、相電壓、線電壓、反電動勢）二、無刷直流電機(jī)的運(yùn)行原理和基本控制方法（運(yùn)行原理、數(shù)學(xué)模型、換流模式、控制方法）三、永磁同步電機(jī)的運(yùn)行原理和基本控制方法（矢量控制基礎(chǔ)、數(shù)學(xué)模型、控制方法、旋轉(zhuǎn)變壓器）四、兩種電機(jī)及其控制系統(tǒng)的對比（轉(zhuǎn)子位置、三相電流、轉(zhuǎn)矩脈動、調(diào)速范圍）15三相/2相變換：根據(jù)變換前后功率不變的約束條件，以定子電流為例：矢量控制基礎(chǔ)——坐標(biāo)變換17旋轉(zhuǎn)變換：根據(jù)變換前后功率不變的約束條件，以定子電流為例：矢量控制基礎(chǔ)——坐標(biāo)變換18矢量控制基礎(chǔ)——圖解各變量之間關(guān)系19永磁電機(jī)數(shù)學(xué)模型與基本控制方法以三相兩極永磁無刷電機(jī)為例，分析永磁無刷電機(jī)的一般化數(shù)學(xué)模型，并作如下假設(shè)：（1）定子繞組Y形接法，三相繞組對稱分布，各繞組軸線在空間互差120o；（2）忽略定子鐵心和轉(zhuǎn)子鐵心的渦流損耗和磁滯損耗；（3）采用飽和參數(shù)近似計算磁路飽和效應(yīng)的影響；（4）定子繞組參數(shù)不隨溫度和頻率變化。21電壓方程：轉(zhuǎn)矩方程：永磁電機(jī)數(shù)學(xué)模型與基本控制方法直軸電感：交軸電感：22Ld=Lq：Ld<Lq：電流極限圓電壓極限橢圓恒轉(zhuǎn)矩曲線永磁同步電機(jī)的基本特性23

1、Id=0控制：永磁同步電機(jī)的基本控制方法252、最大轉(zhuǎn)矩/電流比控制：永磁同步電機(jī)的基本控制方法263、恒功率弱磁控制：永磁同步電機(jī)的基本控制方法27經(jīng)典永磁電機(jī)矢量控制系統(tǒng)（SPM電機(jī)）永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)29經(jīng)典永磁電機(jī)矢量控制系統(tǒng)（IPM電機(jī)）永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)30電壓補(bǔ)償式永磁電機(jī)矢量控制系統(tǒng)（IPM電機(jī)）永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)31旋轉(zhuǎn)變壓器32主要內(nèi)容一、幾個術(shù)語解釋（極對數(shù)、電角度、電角頻率、相電壓、線電壓、反電動勢）二、無刷直流電機(jī)的運(yùn)行原理和基本控制方法（運(yùn)行原理、數(shù)學(xué)模型、換流模式、控制方法）三、永磁同步電機(jī)的運(yùn)行原理和基本控制方法（矢量控制基礎(chǔ)、數(shù)學(xué)模型、控制方法、旋轉(zhuǎn)變壓器）四、兩種電機(jī)及其控制系統(tǒng)的對比（轉(zhuǎn)子位置、三相電流、轉(zhuǎn)矩脈動、調(diào)速范圍）33兩種電機(jī)及其控制系統(tǒng)的對比永磁無刷電機(jī)位置信號永磁同步電機(jī)位置信號34永磁無刷電機(jī)三相反電動勢與三相電流永磁同步電機(jī)三相反電動勢與三相電流兩種電機(jī)及其控制系統(tǒng)的對比35兩種電機(jī)及其控制系統(tǒng)的對比永磁無刷電機(jī)三相電流永磁同步電機(jī)三相電流Id=0控制最大轉(zhuǎn)矩電流比控制36兩種電機(jī)及其控制系統(tǒng)的對比(a)定子電流相平面圖(b)三相定子電流(c)直軸電流分量

(d)交軸電流分量

(e)磁阻轉(zhuǎn)矩分量

(f)永磁轉(zhuǎn)矩分量(g)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩(h)實(shí)際轉(zhuǎn)速與計算轉(zhuǎn)速37兩種電機(jī)及其控制系統(tǒng)的對比(a)轉(zhuǎn)矩—轉(zhuǎn)速特性曲線

(b)功率—轉(zhuǎn)速特性曲線(c)電機(jī)效率—轉(zhuǎn)速特性曲線電機(jī)輸出特性需求38兩種電機(jī)及其控制系統(tǒng)的對比1、低速出力（轉(zhuǎn)矩/電流比，功率模塊利用率）以車用驅(qū)動電機(jī)為例：無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩/電流有效值比為0.456，轉(zhuǎn)矩/電流峰值比為0.297；永磁同步電機(jī)相對應(yīng)的分別為0.563和0.375，同比增加20%以上；無刷直流電機(jī)低速電流/轉(zhuǎn)矩脈動大，換相噪聲大，低速電機(jī)抖動明顯；永磁同步電機(jī)可實(shí)現(xiàn)零轉(zhuǎn)速控制，轉(zhuǎn)矩可達(dá)到最大轉(zhuǎn)矩值；驅(qū)動電機(jī)采用矢量控制技術(shù)，功率模塊電流裕量提高。2、高速恒功率（恒功率調(diào)速范圍，弱磁率）以某額定轉(zhuǎn)速6000rpm的車用驅(qū)動電機(jī)為例，無刷直流電機(jī)采用提前換相控制的最高轉(zhuǎn)速為8000rpm，弱磁率為1:1.3；永磁同步電機(jī)可控制的恒功率最高轉(zhuǎn)速為12000rpm，弱磁率為1:2；以混合動力客車ISG電機(jī)為例，無刷直流電機(jī)的弱磁率為1:1.2，永磁同步電機(jī)的弱磁控制率為1:1.5；無刷直流電機(jī)恒功率運(yùn)行時，電流脈動和轉(zhuǎn)矩脈動大，電機(jī)運(yùn)行噪聲大；而永磁同步電機(jī)可實(shí)現(xiàn)電流和轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)，噪聲較小。39兩種電機(jī)及其控制系統(tǒng)的對比永磁電機(jī)類型無刷直流電機(jī)永磁同步電機(jī)控制方法