現(xiàn)代交流伺服系統(tǒng) 課件 第7章 永磁同步電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)的特殊問(wèn)題

第7章永磁同步電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)的特殊問(wèn)題

內(nèi)容提要7.1

PMSM的d-q軸基本數(shù)學(xué)模型7.2磁阻轉(zhuǎn)矩的利用7.3永磁伺服電動(dòng)機(jī)的弱磁調(diào)速控制問(wèn)題7.4交流永磁伺服電動(dòng)機(jī)初始定向問(wèn)題的討論永磁同步電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)的特殊問(wèn)題1

為了分析與控制簡(jiǎn)單起見，采用了不計(jì)鐵損、渦流損失的d、q軸基本數(shù)學(xué)模型。主要出于對(duì)電流控制方法的考慮，而不計(jì)運(yùn)動(dòng)方程與負(fù)載特性的研究。

各狀態(tài)變量之間的關(guān)系的矢量圖如圖7-1

所示。7.1PMSM的d-q軸基本數(shù)學(xué)模型圖7-1

PMSM基本矢量圖2

7.1PMSM的d-q軸基本數(shù)學(xué)模型3

7.1PMSM的d-q軸基本數(shù)學(xué)模型4

7.1PMSM的d-q軸基本數(shù)學(xué)模型5

7.2磁阻轉(zhuǎn)矩的利用6

7.2磁阻轉(zhuǎn)矩的利用7

7.2磁阻轉(zhuǎn)矩的利用

87.3永磁伺服電動(dòng)機(jī)的弱磁調(diào)速控制問(wèn)題

圖7-2

圓筒形外裝轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖97.3永磁伺服電動(dòng)機(jī)的弱磁調(diào)速控制問(wèn)題

107.3永磁伺服電動(dòng)機(jī)的弱磁調(diào)速控制問(wèn)題

117.3永磁伺服電動(dòng)機(jī)的弱磁調(diào)速控制問(wèn)題

圖7-3

穩(wěn)態(tài)時(shí)的電壓矢量圖127.3永磁伺服電動(dòng)機(jī)的弱磁調(diào)速控制問(wèn)題圖7-4

輸出最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的電動(dòng)機(jī)定子電流矢量軌跡圖7-5

交流永磁同步電動(dòng)機(jī)的弱磁控制特性137.3永磁伺服電動(dòng)機(jī)的弱磁調(diào)速控制問(wèn)題

147.3永磁伺服電動(dòng)機(jī)的弱磁調(diào)速控制問(wèn)題

157.3永磁伺服電動(dòng)機(jī)的弱磁調(diào)速控制問(wèn)題

167.3永磁伺服電動(dòng)機(jī)的弱磁調(diào)速控制問(wèn)題

177.3永磁伺服電動(dòng)機(jī)的弱磁調(diào)速控制問(wèn)題

187.3永磁伺服電動(dòng)機(jī)的弱磁調(diào)速控制問(wèn)題

由上述電壓限制方程得出，電動(dòng)機(jī)的端電壓被限制在橢圓的內(nèi)側(cè)，并且這個(gè)橢圓隨著電動(dòng)機(jī)速度上升移向內(nèi)側(cè)，這就使得同時(shí)滿足電流限制和電壓限制的范圍越來(lái)越窄，如圖7-6所示。圖7-6

在電壓電流受限情況下的電流矢量197.4交流永磁伺服電動(dòng)機(jī)初始定向問(wèn)題的討論

初始定向：對(duì)于PMSM、BDCM而言，在初始啟動(dòng)時(shí)就希望以額定電流的合成磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)永磁體磁場(chǎng)正交的矢量控制，以完成啟動(dòng)過(guò)程的一種定位方法。如能正確初始定向，PMSM、BDCM系統(tǒng)將會(huì)得到安全、快速起動(dòng)并進(jìn)入平穩(wěn)運(yùn)行狀態(tài)。 初始定位的方法有多種，各有特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合，下面討論其中的幾種。

(1)采用絕對(duì)式光電編碼器

(2)采用混合式光電編碼器 (3)永磁場(chǎng)與電樞反應(yīng)合成磁場(chǎng)正交207.4交流永磁伺服電動(dòng)機(jī)初始定向問(wèn)題的討論(1)采用絕對(duì)式光電編碼器圖7-7

絕對(duì)式光電編碼器構(gòu)造a)碼盤構(gòu)造b)編碼器結(jié)構(gòu)示意1-縫隙2-固定縫隙板3-旋轉(zhuǎn)圓盤217.4交流永磁伺服電動(dòng)機(jī)初始定向問(wèn)題的討論(1)采用絕對(duì)式光電編碼器

在旋轉(zhuǎn)碼盤上制成8-12個(gè)碼道，圖7-7a)中僅用4個(gè)碼道的情況來(lái)說(shuō)明其原理；編碼器整體結(jié)構(gòu)示意如同圖7-7b）所示。

絕對(duì)式光電編碼器的特點(diǎn)是：輸出的二進(jìn)制數(shù)與軸角位置具有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系；在需要更多碼道時(shí)，雖然提高了位置的分辨率，但增加制造的復(fù)雜性，需要更多的光電元件。若用計(jì)算機(jī)采樣處理位置時(shí)，由于延遲時(shí)間的存在，限制了在高速控制的工作需要。假若實(shí)現(xiàn)位置信號(hào)的并行處理，雖然可以提高傳輸工作速度，但引線增多，給使用造成不便。而且編碼器的造價(jià)較高，因此在一般工業(yè)上采用較少。227.4交流永磁伺服電動(dòng)機(jī)初始定向問(wèn)題的討論

圖7-8a)

交流伺服電動(dòng)機(jī)光電編碼器的組成237.4交流永磁伺服電動(dòng)機(jī)初始定向問(wèn)題的討論(2)采用混合式光電編碼器(以二極電機(jī)為例)

混合式光電編碼器的的輸出信號(hào)波形如圖7-8b)所示。

這種混合式光電編碼器常用在方波型交流永磁電機(jī)中，也稱為BDCM，這種結(jié)構(gòu)把旋轉(zhuǎn)電機(jī)氣隙中的空間位置轉(zhuǎn)換成輸出電信號(hào)的時(shí)間相位，通過(guò)處理輸出信號(hào)就可以取得定轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)間相應(yīng)的位置范圍。圖7-8b)

交流伺服電動(dòng)機(jī)用光電編碼器的輸出信號(hào)波形247.4交流永磁伺服電動(dòng)機(jī)初始定向問(wèn)題的討論

257.4交流永磁伺服電動(dòng)機(jī)初始定向問(wèn)題的討論

26(1)