永磁同步電機(jī)工作原理_第1頁(yè)
永磁同步電機(jī)工作原理_第2頁(yè)
永磁同步電機(jī)工作原理_第3頁(yè)
永磁同步電機(jī)工作原理_第4頁(yè)
永磁同步電機(jī)工作原理_第5頁(yè)
已閱讀5頁(yè),還剩46頁(yè)未讀, 繼續(xù)免費(fèi)閱讀

下載本文檔

版權(quán)說(shuō)明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)

文檔簡(jiǎn)介

永磁同步電機(jī)工作原理第一頁(yè),共51頁(yè)。PMSM和BLDC電機(jī)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)

(1)功率密度大;(2)功率因數(shù)高(氣隙磁場(chǎng)主要或全部由轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)提供);(3)效率高(不需要?jiǎng)?lì)磁,繞組損耗?。?;(4)結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕,維護(hù)簡(jiǎn)單;(5)內(nèi)埋式交直軸電抗不同,產(chǎn)生結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)矩,弱磁性能好,表面貼裝式弱磁性能較差。第二頁(yè),共51頁(yè)。缺點(diǎn)

(1)價(jià)格較高;(2)弱磁能力低;(3)起動(dòng)困難,高速制動(dòng)時(shí)電勢(shì)高,給逆變器帶來(lái)一定的風(fēng)險(xiǎn);(4)他控式同步電機(jī)有失步和震蕩的可能性。

PMSM和BLDC電機(jī)的特點(diǎn)第三頁(yè),共51頁(yè)。PMSM和BLDC電機(jī)的應(yīng)用范圍軟、硬磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、錄像機(jī)磁鼓(視頻磁頭)和磁帶伺服系統(tǒng)

體積小、容量小、控制精度高機(jī)床、機(jī)器人等數(shù)控系統(tǒng)

快速性好、定位(速度和位置)精度高、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、過(guò)載能力強(qiáng)第四頁(yè),共51頁(yè)。交通運(yùn)輸

電動(dòng)自行車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)、混合動(dòng)力車(chē)、城軌車(chē)輛、機(jī)車(chē)牽引家用電器

冰箱、空調(diào)等(單位體積功率密度高、體積小)PMSM和BLDC電機(jī)的應(yīng)用范圍第五頁(yè),共51頁(yè)。rrggbbNS⊙⊙⊙⊕⊕ACBZYX⊕模擬結(jié)構(gòu)圖PMSM和BLDC電機(jī)的結(jié)構(gòu)第六頁(yè),共51頁(yè)。

霍爾傳感器定子繞組轉(zhuǎn)子磁鐵實(shí)物結(jié)構(gòu)圖PMSM和BLDC電機(jī)的結(jié)構(gòu)第七頁(yè),共51頁(yè)。定子

定子繞組一般制成多相(三、四、五相不等),通常為三相繞組。三相繞組沿定子鐵心對(duì)稱(chēng)分布,在空間互差120度電角度,通入三相交流電時(shí),產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。PMSM和BLDC電機(jī)的結(jié)構(gòu)第八頁(yè),共51頁(yè)。轉(zhuǎn)子

轉(zhuǎn)子采用永磁體,目前主要以釹鐵硼作為永磁材料。采用永磁體簡(jiǎn)化了電機(jī)的結(jié)構(gòu),提高了可靠性,又沒(méi)有轉(zhuǎn)子銅耗,提高電機(jī)的效率。

PMSM和BLDC電機(jī)的結(jié)構(gòu)第九頁(yè),共51頁(yè)。PMSM按轉(zhuǎn)子永磁體的結(jié)構(gòu)可分為兩種(1)表面貼裝式(SM-PMSM)直交軸電感Ld和Lq相同氣隙較大,弱磁能力小,擴(kuò)速能力受到限制PMSM和BLDC電機(jī)的結(jié)構(gòu)第十頁(yè),共51頁(yè)。(2)內(nèi)埋式(IPMSM)交直軸電感:Lq>Ld氣隙較小,有較好的弱磁能力PMSM和BLDC電機(jī)的結(jié)構(gòu)第十一頁(yè),共51頁(yè)。無(wú)刷直流電機(jī)永磁體的弧極為180度,永磁體產(chǎn)生的氣隙磁場(chǎng)呈梯形波分布,線圈內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)亦是交流梯形波定子繞組為Y或聯(lián)結(jié)三相整距繞組由于氣隙較大,故電樞反應(yīng)很小

PMSM和BLDC電機(jī)的結(jié)構(gòu)第十二頁(yè),共51頁(yè)。正弦波永磁同步電機(jī)永磁體表面設(shè)計(jì)成拋物線,極弧大體為

120度定子繞組為短距、分布繞組定子由正弦波脈寬調(diào)制(SVPWM)的電壓型逆變其供電,三相電流為正弦或準(zhǔn)正弦波PMSM和BLDC電機(jī)的結(jié)構(gòu)第十三頁(yè),共51頁(yè)。PMSM的數(shù)學(xué)模型:定子三相靜止坐標(biāo)系:定子兩相靜止坐標(biāo)系:轉(zhuǎn)子兩相坐標(biāo)系

為了簡(jiǎn)化和求解數(shù)學(xué)模型方程,運(yùn)用坐標(biāo)變換理論,通過(guò)對(duì)同步電動(dòng)機(jī)定子三相靜止坐標(biāo)軸系的基本方程進(jìn)行線性變換,實(shí)現(xiàn)電機(jī)數(shù)學(xué)模型的解耦。PMSM和BLDC電機(jī)的工作原理:定子電壓:定子電流:定子磁鏈?zhǔn)噶浚恨D(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶浚恨D(zhuǎn)子角位置:電機(jī)轉(zhuǎn)矩角第十四頁(yè),共51頁(yè)。假設(shè):1)忽略電動(dòng)機(jī)鐵心的飽和;

2)不計(jì)電動(dòng)機(jī)中的渦流和磁滯損耗;

3)轉(zhuǎn)子無(wú)阻尼繞組。永磁同步電動(dòng)機(jī)在三相定子參考坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型可以表達(dá)如下:定子電壓:定子磁鏈:電磁轉(zhuǎn)矩:PMSM和BLDC電機(jī)的工作原理第十五頁(yè),共51頁(yè)。永磁同步電動(dòng)機(jī)在標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型可以表達(dá)如下:定子電流:定子磁鏈:電磁轉(zhuǎn)矩:PMSM和BLDC電機(jī)的工作原理第十六頁(yè),共51頁(yè)。永磁同步電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d-q中的數(shù)學(xué)模型可以表達(dá)如下:定子電壓:定子磁鏈:電磁轉(zhuǎn)矩:PMSM和BLDC電機(jī)的工作原理第十七頁(yè),共51頁(yè)。每一瞬間有兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)導(dǎo)通,每隔60度換相一次,每次換相一個(gè)功率開(kāi)關(guān),每個(gè)功率開(kāi)關(guān)導(dǎo)通120度電角度。導(dǎo)通順序?yàn)椋?)兩兩通電方式PMSM和BLDC電機(jī)的工作原理BLDC電機(jī)控制方式全控橋兩兩通電電路原理圖第十八頁(yè),共51頁(yè)。將三只霍爾集成電路按相位差120度安裝,產(chǎn)生波形如圖所示。PMSM和BLDC電機(jī)的工作原理

導(dǎo)通時(shí)合成轉(zhuǎn)矩導(dǎo)通是合成轉(zhuǎn)矩c)兩兩通電時(shí)合成轉(zhuǎn)矩Y聯(lián)結(jié)繞組兩兩通電時(shí)的合成轉(zhuǎn)矩矢量圖第十九頁(yè),共51頁(yè)。每一瞬間有三個(gè)功率開(kāi)關(guān)導(dǎo)通,每隔60度換相一次,每個(gè)功率開(kāi)關(guān)導(dǎo)通180度電角度。導(dǎo)通順序?yàn)椋?)三三通電方式PMSM和BLDC電機(jī)的工作原理Y聯(lián)結(jié)三三通電方式的控制原理圖第二十頁(yè),共51頁(yè)。Y聯(lián)結(jié)三三通電方式相電壓和線電壓波形PMSM和BLDC電機(jī)的工作原理三三通電時(shí)的合成轉(zhuǎn)矩矢量圖

導(dǎo)通時(shí)合成轉(zhuǎn)矩導(dǎo)通是合成轉(zhuǎn)矩c)三三通電時(shí)合成轉(zhuǎn)矩

第二十一頁(yè),共51頁(yè)。BLDC電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行機(jī)械特性方程(3)BLDC電機(jī)運(yùn)行性能和傳遞函數(shù):電機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min);:電源電壓(V);:功率開(kāi)關(guān)壓降(V);:電動(dòng)勢(shì)系數(shù);:電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)轉(zhuǎn)矩平均(N.m);:轉(zhuǎn)矩系數(shù);:電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻()。PMSM和BLDC電機(jī)的工作原理第二十二頁(yè),共51頁(yè)。BLDC電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性方程:電動(dòng)機(jī)負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩;:電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子飛輪力矩(),(為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量)PMSM和BLDC電機(jī)的工作原理第二十三頁(yè),共51頁(yè)。BLDC電機(jī)傳遞函數(shù):電動(dòng)勢(shì)傳遞系數(shù),:轉(zhuǎn)矩傳遞系數(shù),:電磁時(shí)間常數(shù),BLDC電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖PMSM和BLDC電機(jī)的工作原理第二十四頁(yè),共51頁(yè)。

(1)開(kāi)環(huán)控制:u/f恒定(2)閉環(huán)控制:矢量控制(70年代)直接轉(zhuǎn)矩控制(80年代)永磁同步電機(jī)控制方式PMSM和BLDC電機(jī)的工作原理第二十五頁(yè),共51頁(yè)。定子電流經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換后轉(zhuǎn)化為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的電流和,從而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩和實(shí)現(xiàn)弱磁控制。FOC中需要測(cè)量的量為:定子電流、轉(zhuǎn)子位置角

PMSM電機(jī)的FOC控制策略1、工作原理第二十六頁(yè),共51頁(yè)。以轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能好,控制精度高控制簡(jiǎn)單、具有直流電機(jī)的調(diào)速性能運(yùn)行平穩(wěn)、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)很小2、FOC特點(diǎn)PMSM電機(jī)的FOC控制策略第二十七頁(yè),共51頁(yè)。

控制定子電流中只有交軸分量,且定子磁動(dòng)勢(shì)空間矢量與永磁體磁場(chǎng)空間矢量正交,電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與定子電流成正比。其性能類(lèi)似于直流電機(jī),控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單,轉(zhuǎn)矩性能好,可以獲得很寬的調(diào)速范圍,適用于高性能的數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人等場(chǎng)合。電機(jī)運(yùn)行功率因數(shù)低,電機(jī)和逆變器容量不能充分利用。3、FOC控制方式PMSM電機(jī)的FOC控制策略第二十八頁(yè),共51頁(yè)。

控制控制交、直軸電流分量,保持PMSM的功率因數(shù)為1,在條件下,電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩隨電流的增加呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)??梢猿浞掷媚孀兤鞯娜萘?。不足之處在于能夠輸出的最大轉(zhuǎn)矩較小。最大轉(zhuǎn)矩/電流比控制

也稱(chēng)為單位電流輸出最大轉(zhuǎn)矩的控制(最優(yōu)轉(zhuǎn)矩控制)。它是凸極PMSM用的較多的一種電流控制策略。當(dāng)輸出轉(zhuǎn)矩一定時(shí),逆變器輸出電流最小,可以減小電機(jī)的銅耗。PMSM電機(jī)的FOC控制策略第二十九頁(yè),共51頁(yè)。4、坐標(biāo)變換(1)Clarke(3s/2s)變換:三相繞組每相繞組匝數(shù):兩相繞組每相繞組匝數(shù)各相磁動(dòng)勢(shì)為有效匝數(shù)與電流的乘積,其相關(guān)空間矢量均位于有關(guān)相的坐標(biāo)軸上。PMSM電機(jī)的FOC控制策略第三十頁(yè),共51頁(yè)。設(shè)磁動(dòng)勢(shì)波形是正弦分布的,當(dāng)三相總磁動(dòng)勢(shì)與相總磁動(dòng)勢(shì)與二相總磁動(dòng)勢(shì)相等時(shí),兩套繞組瞬時(shí)磁動(dòng)勢(shì)在軸上的投影都應(yīng)相等,因此PMSM電機(jī)的FOC控制策略第三十一頁(yè),共51頁(yè)??紤]變換前后總功率不變,可得匝數(shù)比應(yīng)為坐標(biāo)系變換矩陣:可得PMSM電機(jī)的FOC控制策略第三十二頁(yè),共51頁(yè)。如果三相繞組是Y形聯(lián)結(jié)不帶零線,則有于是PMSM電機(jī)的FOC控制策略第三十三頁(yè),共51頁(yè)。兩個(gè)交流電流和兩個(gè)直流電流,產(chǎn)生同樣的以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的合成磁動(dòng)勢(shì)

軸和矢量都以轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn),分量的長(zhǎng)短不變。軸與軸的夾角隨時(shí)間變化(2)Park(2s/2r)變換PMSM電機(jī)的FOC控制策略第三十四頁(yè),共51頁(yè)。由圖可見(jiàn),和之間存在下列關(guān)系坐標(biāo)系變換矩陣:寫(xiě)成矩陣的形式,得PMSM電機(jī)的FOC控制策略第三十五頁(yè),共51頁(yè)。由三組六個(gè)開(kāi)關(guān)()組成。由于與、與、與之間互為反向,即一個(gè)接通,另一個(gè)斷開(kāi),所以三組開(kāi)關(guān)有種可能的開(kāi)關(guān)組合PWM逆變器模型(3)電壓空間矢量

PMSM電機(jī)的FOC控制策略第三十六頁(yè),共51頁(yè)。若規(guī)定三相負(fù)載的某一相與“+”極接通時(shí),該相的開(kāi)關(guān)狀態(tài)為“1”態(tài);反之,與“-”極接通時(shí),為“0”態(tài)。則8種可能的開(kāi)關(guān)組合逆變器7種不同的電壓狀態(tài):電壓狀態(tài)“1”至“6”零電壓關(guān)狀態(tài)“0”和“7”

PMSM電機(jī)的FOC控制策略第三十七頁(yè),共51頁(yè)。逆變器的輸出電壓用空間電壓矢量來(lái)表示,依次表示為

逆變器非零電壓矢量輸出時(shí)的相電壓波形、幅值和電壓狀態(tài)的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖電壓狀態(tài)和開(kāi)關(guān)狀態(tài)均以6個(gè)狀態(tài)為一個(gè)周期,相電壓幅值為兩種:和PMSM電機(jī)的FOC控制策略第三十八頁(yè),共51頁(yè)。把逆變器的7個(gè)輸出電壓狀態(tài)放入空間平面內(nèi),形成7個(gè)離散的電壓空間矢量。每?jī)蓚€(gè)工作電壓空間矢量在空間的位置相隔60o角度,6個(gè)工作電壓空間矢量的頂點(diǎn)構(gòu)成正六邊形

PMSM電機(jī)的FOC控制策略第三十九頁(yè),共51頁(yè)。選定定子坐標(biāo)系中的軸與矢量復(fù)平面的實(shí)軸重合,則其三相物理量的矢量為:

式中——復(fù)系數(shù),旋轉(zhuǎn)因子,旋轉(zhuǎn)空間矢量的某個(gè)時(shí)刻在某軸線軸上的投影就是該時(shí)刻該相物理量的瞬時(shí)值。PMSM電機(jī)的FOC控制策略第四十頁(yè),共51頁(yè)。若三相負(fù)載的定子繞組接成星形,其輸出電壓的空間矢量的矢量變換表達(dá)式為

對(duì)于狀態(tài)“1”時(shí);可知?jiǎng)tPMSM電機(jī)的FOC控制策略第四十一頁(yè),共51頁(yè)。電壓空間矢量的結(jié)論:

逆變器六個(gè)工作電壓狀態(tài)給出了六個(gè)不同方向的電壓空間矢量。它們周期性地順序出現(xiàn),相鄰兩個(gè)矢量之間相差60度;電壓空間矢量的幅值不變,都等于,因此六個(gè)電壓空間矢量的頂點(diǎn)構(gòu)成了正六邊形的六個(gè)頂點(diǎn);六個(gè)電壓空間矢量的順序如下,它們依次沿逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn);零電壓狀態(tài)7位于六邊形中心。PMSM電機(jī)的FOC控制策略第四十二頁(yè),共51頁(yè)。5、FOC基本方程SM-PMSM的電壓和磁鏈方程:定子相繞組:定子相繞組電感:定子相繞組互感:轉(zhuǎn)子電角度:轉(zhuǎn)子永磁磁鏈其中PMSM電機(jī)的FOC控制策略第四十三頁(yè),共51頁(yè)。說(shuō)明:交軸電流和轉(zhuǎn)矩是線性關(guān)系,而直軸電流對(duì)轉(zhuǎn)矩沒(méi)有影響。如果為電機(jī)額定電流,當(dāng)時(shí)產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩()。磁鏈轉(zhuǎn)矩方程PMSM電機(jī)的FOC控制策略第四十四頁(yè),共51頁(yè)。6、FOC的組成(1)SVPWM模塊。采用先進(jìn)的調(diào)制算法以減少電流諧波、提高直流母線電壓利用率;(2)電流讀取模塊。通過(guò)精密電阻或電流傳感器測(cè)量定子電流;PMSM電機(jī)的FOC控制策略第四十五頁(yè),共51頁(yè)。(3)轉(zhuǎn)子速度/位置反饋模塊。采用霍爾傳感器或增量式光電編碼器來(lái)準(zhǔn)確獲取轉(zhuǎn)子位置和角速度信息,也可采用無(wú)傳感器檢測(cè)算法進(jìn)行測(cè)量;(4)PID控制模塊;(5)Clark、Park及ReversePark變換模塊。PMSM電機(jī)的FOC控制策略第四十六頁(yè),共51頁(yè)。7、FOC原理圖PMSM電機(jī)的FOC控制策略第四十七頁(yè),共51頁(yè)。(1)將電流讀取模塊測(cè)量的相電流和,經(jīng)過(guò)Clark變換將其從三相靜止坐標(biāo)系變換到兩相靜止坐標(biāo)系和;(2)和與轉(zhuǎn)子位置結(jié)合,經(jīng)過(guò)Park變換從兩相靜

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無(wú)特殊說(shuō)明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒(méi)有圖紙預(yù)覽就沒(méi)有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫(kù)網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評(píng)論

0/150

提交評(píng)論