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同步电动机的变频掌管本领_126607623

2020-03-26 23:21

  同步电动机的变频支配要领_126607623_工学_上等训导_训导专区。同步电机的变频支配身手与要领

  同步电动机的变频支配要领 1、同步电动机的类型 同步电机-死板转速与给定电频率同步 常用同步电机类型 电励磁 永磁体 无励磁 按转子 布局□□□□□: 隐极同步机 凸极同步机 按励磁 回道□□□□: 有刷励磁 无刷励磁 按转子永磁 体布局□□□□: 外外式转子 内置式转子 按反电势 波形□□□□: 方波电机 正弦波电机 响应式 同步电机 同步电机特色: 1. 转速与磁场同步□□□□,当极对数pm必然时□□□□□,转速 n与频率f有厉酷的对应相干- n=60f/pm; 2. 功效高□□□,功率因数高且可调; 3. 定转子气隙大、转矩动态反响疾□□□,以是支配 本能优异,而且容易完成大容量; 隐极式同步电机特色□□□□: ? 转子外形为圆柱体□□□□,定转子死心间气隙匀称□□□, xd = xq ? 转子采用整块合金锻制而成□□□□□,死板强度高□□□□□,适合 于高速运转□□□□,但成立斗劲疾苦□□□,厉重用于大型汽 轮发电机 ? 用作电动机时□□□□,大凡需正在转子上安设启动绕组 ? 可举动同步抵偿机□□□,向电网发出感性或容性的无 功功率 隐极式同步电机 隐极式同步电机的定子、转子断面图 凸极式同步电机 凸极式同步电机的定子、转子断面图 1 凸极同步电机的磁道 响应式同步电机 响应式同步电动机转子 凸极式同步电机特色□□□□□: ?转子磁极凸出□□□□□,定转子死心间气隙不匀称□□□□, xd xq ?转子磁极孤独成立□□□□□,然后固定正在转子轭上□□□□,加工相 比较较容易□□□,但死板强度不如隐极转子□□□□□,大凡用于低 速的水轮发电机和中小功率电机 ?转子大凡装有阻尼绕组□□□□,用以减弱负载不屈均爆发 的逆序磁场□□□□□,同时抑遏死板振荡 ?可举动同步抵偿机□□□,向电网发出感性或容性的无功 功率 响应式同步电机特色□□□□: ?转子为凸极布局□□□,但没有励磁磁场□□□□,x d ≠ x q ?布局方便□□□,安稳性好□□□,本钱低; ?功效和功率因数低□□□□,启动电流大□□□,转矩质料比小□□□□□, 只可正在掉队功率因数下使命; ?没有启动转矩□□□□□,是以须要特地的启动绕组 ?可通过补充d-q轴磁道过错称抬高输出转矩 ?厉重用于几分之一瓦~数百瓦的小功率边界 永磁同步电机转子磁场由永磁体爆发 根据爆发的反电动势波形可分为两种□□□□: 一.方波永磁同步电动机(无刷直流电机 BLDCM ) 二.正弦波永磁同步电动机(永磁同步电机 PMSM ) 根据永磁体正在转子上的职位区别□□□□□,又可分为□□□□: 一.外外式永磁同步电动机 二.内埋式永磁同步电动机 Ld = Lq Ld ≠ Lq 方波永磁同步电机(无刷直流电机) 无刷直流电机定转子布局 反电势波形 2 特色□□□□: ?布局上相当于一台用半导体电子开闭线道代交换向 器和电刷影响的直流电机□□□,是以具有用率高、支配简 单、启动和调速本能好、转矩动态反响疾等古板直流 电机的益处。 ?因为息灭了转动中电刷的死板磨损□□□□□,与平淡直流电 机比拟还具有运转牢靠性高、庇护容易、行使寿命长、 噪音低等益处。 ?大凡与120度导通型逆变器配合□□□□□,完成方波驱动□□□□□, 驱动和职位反应体例布局方便□□□□□,本钱低□□□,电机单元电 流爆发的转矩大。 正弦波永磁同步电机 外外式转子 内置式转子 永磁同步电机定转子布局图 反电势波形 特色□□□: ?外外式永磁同步电机 x d = x q □□□,加工斗劲容 易□□□□,但不行安设异步启动绕组□□□,弱磁调速疾苦 ?内置式永磁同步电机 x d x q □□□,可弱磁支配□□□□, 可安设启动绕组□□□□□,动态本能好 2、同步电动机的稳态运转 1 隐极式同步电动机 电机理思□□□□□,磁途径性□□□□□,轻视定子电阻压降环境下□□□: 等值电道图 简化电压向量图 电压方程 U = E f + jX s I a 功率方程 P = 3UI a cos ? = 3UE f Xs sin δ 转矩方程 由功率推导□□□: T = 3 p UE f sin δ ω1 Xs 磁场互相影响□□□□□: T = 3 pΦ f Ia sinδT 稳态运转时的转矩-功率角特点弧线 隐极同步电机安稳极限 90 0 3 2 凸极式同步电动机 简化电压向量图 电压方程 U q = E f + X d Id U d = X qIq 功率方程 P = 3UI q cos δ + 3UI d sin δ = 3UE f sin δ + 3 U 2 ( X d ? X q ) sin 2δ Xd 2 Xd Xq 根本电磁功率 凸极电磁功率 转矩方程 由功率外达式推导□□□□: T = 3pUEf sinδ + 3pU2 ( Xd ? Xq )sin2δ ω1 Xs 2ω1 Xd Xq 根本电磁转矩 由磁场互相影响推导□□□□: 凸极电磁转矩 T = 3pΦf Ia sinδT + 3p 2ω1 Ia ( Xd ? Xq ) sin2δT 稳态运转时的转矩-功率角特点弧线 凸极同步电机安稳极限 45 0 ~ 90 0 3 响应式同步电动机 转矩方程 T = 3 pU 2 ( X d ? X q ) sin 2δ 2ω1 X d X q 最大牵出转矩□□□□□: Tmax = 3 pU 2 2ω 1 ( Xd ? Xq ) Xd Xq 电压向量图 转矩功率角特点 安稳极限为 45 0 4 4 内埋式永磁同步电动机 转矩方程 T = 3 pUE f sin δ + ω1 X d 3 pU 2 ( X d ? X q ) sin 2δ 2ω1 XdXq E f 为常数 转矩-功率角特点 安稳极限约为 90 0 ~ 135 0 3、电励磁同步电动机动态数学模子 与异步电机相似□□□□,同步电动机同样也是一个高阶、 非线性、强耦合的众变量体例。为简化题目□□□□,分 析厉重非线性和耦合性子□□□,正在确立数学模子时作 以下假设和商定□□□: ?电机定转子三相绕组齐备对称 ?定子外外平滑□□□□□,无齿槽效应□□□,转子上除励磁绕 组外另有阻尼绕组 ?磁饱和、涡流及铁芯损耗轻视不计 ?采用电机同一外面□□□□□,将电机归结为两绕组模子□□□□□: 定子绕组和阻尼绕组都分散等效地剖判为直轴绕 组和交轴绕组□□□□□,与励磁绕组一共五个绕组□□□□□,假定 五个绕组具有齐备相仿的匝数 遵循双响应外面□□□□,悉数矢量都可正在d-q坐标系下分 解为两个彼此笔直的分量。 磁链方程□□□: ψ sd = L sd i sd + L md ( i dd + i e ) ? ψ sq = L sq i sq + L mq i dq ? ? ψ e = L md i sd + L e i e + L md i dd ? ψ dd = L md i sd + L md i e + L dd i dd ψ dq = L mq i sq + L dq i dq ? ? ? 各绕组的电感系数 □□□□□: L sd = L e = L sσ + L md L sq = L sσ + L mq L dd = L d σ + L md L dq = L d σ + L mq 定子电压空间矢量方程□□□□: u sd = R s i sd + p ψ sd ? ωψ sq u sq = R s i sq + p ψ sq + ωψ sd 转子电压空间矢量方程□□□□: u e = R e i e + p ψ ed 转子阻尼绕组电压空间矢量方程□□□□: 0 = R d i dd + p ψ dd 0 = R d i dq + p ψ dq 收拾后电机电压方程为□□□□□: ?? usd ?? ?? Rs + pLsd ? usq ? ? ωLsd ? ? ue ? ? = ? ? pLmd ? 0 ? ? pLmd ???0 ??? ? ? 0 ? ωLsd Rs + pLsq 0 0 pLmq pLmd ωLmd Re + pLe pLmd 0 pLmd ωLmd pLmd Rd + pLdd 0 ? ωLmq ????isd ?? pLmq ?? isq ? 0 ?? ?? ie ? ? Rd 0 + pLdq ?? ????? idd idq ? ??? 相应转矩外达式为□□□□: Tem = pm Im(is?ψ s ) = pm (ψ sd isq ?ψ isq sd ) = pm Lmd ieisq + pm (Ld ? Lq )isd isq + pm (Lmd idd isq ? Lmqidqisd ) 4、电励磁同步电动机变频支配体例 他控式(速率开环)变频调速体例□□□□:基于电机稳态方程□□□□□,通 常行使电压型变频器□□□□,变频器输出固定频率电压时□□□□□,电动机 的转速跟踪同步转速运转□□□□□,转矩角随负载补充而补充□□□□,直至 牵出同步。 自控式变频调速体例□□□: ?交直交负载换相仿步电机支配体例□□□□:通过电机轴上的职位传 感器新闻来支配变频器触发信号□□□□□,迫使变频器频率追上电机 速率 。转矩角可支配为恒定□□□,负载转移时□□□□□,体例主动治疗电 流给定□□□□□,电机不会被牵出同步。 ?交交变频矢量支配体例□□□:行使交交变频器供应幅值频率可变 的三相正弦波电压□□□□□,支配政策采用磁场定向的失量支配□□□□□,可 组成高本能的同步电机调速体例。 5 4.1 他控式变频调速体例 支配道理□□□□□:采用变频电压源时□□□□,隐极同步电动机的最大转矩 即牵出转矩为 Tmax = 3pm ω1 UE f Xs 恒转矩支配□□□□:相似于异步电机VVVF支配□□□,U正在额定电压以内 时□□□,维系U/ω1为恒定□□□□,可完成近似恒定气隙磁通和恒定转矩 支配。 恒功率支配□□□□:电机端电压补充到额定值之后□□□□□,采用持续补充 电源频率的要领来抬高转速□□□,电源电压维系额定值。正在恒功 率支配区域内□□□□□,同步电机的输出转矩跟着频率的升高而成反 比减小 转矩支配□□□□□: T = 3pmUE f sin δ + 3pmU 2 ( X d ? X q ) sin 2δ ω1 X s 2ω1 Xd Xq 同步电机的开环拖动支配 特色□□□: 变频器输出频坦白接由速率给定信号断定□□□,属于转速开环控 制□□□□,体例布局方便。 保持U/f 恒定可保持近似恒定磁通支配。 欠缺□□□□□: 1、轻载和低速下的振荡情景□□□□,卓殊是响应式电动机。 2、存正在失步题目 用处□□□□: 只少量用于小容量众电机拖动体例□□□,如纺织死板、化工死板等 4.2 交直交负载换相仿步电机支配体例 道理□□□□: 行使变频装备对绕组换相□□□□,将同步电机等效为一台带电子换向器的直流电 机举办支配。兼具直流电动机和电子换向器的益处□□□,以是大凡常称之为直 流无换向器电动机。 (a) 根本布局 (b) 电刷电压波形 具有死板换向器的直流电动机换相道理图 无换向器电机体例组成 无换向器电机大凡用于大容量调速体例□□□,功率开闭通 常为大功率晶闸管 (a) 根本布局 (b) 端电压波形 无换向器电机换相道理图 6 转矩支配道理□□□:无换向器电机采用电流源型逆变器供电。以 隐极同步电动机为例□□□,遵循定子电流与转子磁场的互相作 用□□□,转矩方程可外达如下□□□□: T = 3 pmΦ f I a sin δT 或 T = 3 pm Lm I f I a sin δT 转子励磁电感 转子励磁电流 当转子磁通Φ f 和转矩角δT为恒量时□□□,同步电动机相似于直 流电机□□□□,转矩和电枢电流 Ia 成比例相干。 对凸极电机也有相似结论建树□□□□,只是凸极转矩项会对影响转 矩与电枢电流的线性比例相干□□□□□,采用转速外环后对转速影响 较小。 换流角支配□□□:遵循同步电机反应的转子职位触发相 应桥臂晶闸管□□□□,向电机两相绕组馈入方波电流□□□□,方 波电流每360度电角度依序举办六次换向□□□□□,以使转矩 角δT均匀值维系恒定。 速率环电流环支配□□□:遵循转矩外达式□□□□□,正在δT根本保 持恒定要求下□□□□□,支配电机定子电流巨细即可治疗电 机电磁转矩。电机速率环给出转矩指令值□□□□,转矩指 令值颠末电流环估量取得电压指令值去支配前端整 流器□□□□□,由此完成全面无换向器电机的支配。 无换向器电机换相要领 电机反电势波 形与换相点 逆变器电流 波形 反电势换流法(自然换流法)□□□:同步机负载自己能发出反电 势□□□,晶闸管能够诈骗反电势举办换流。 反电势换流示贪图 逆变桥的换流也能够采用其他强迫换流要领□□□,但须要庞大的专 门换流电道□□□,代价高贵□□□□□,体积增大。除了特别园地外很少采用。 电流断续换流法□□□□:是处置电动机启动和低速运转阶段(10% 额定转速以内)反电势较小时换流最方便、经济的要领□□□,是 无换向器电机反电势换流法的有用增补。需当心两种换流法 的腻滑切换。 无换向器电机运转特点理会 定转子磁势 断续换流示贪图 转矩角与换流 角相干 (轻视重叠角) 7 换流角γ0=0°时 转矩波形 换流角γ0=60° 时转矩波形 稳态转速公式□□□□□: n = 3 π CeΦ 6 U 2 cos α f cos( γ 0 ? ? Id R∑ μμ ) cos 2 2 调速途径□□□□□: 治疗整流测导通角α 功率因数□□□□: 治疗转子磁通Φf cos ? ≈ cos(γ 0 ? μ 2 ) 均匀电磁转矩公式 遵循直流侧输入功 率外达式□□□□□: Pd = U d I d 转矩外达式□□□: Tem = pmU d I d ω1 = 36 π pm Id Φ f cos(γ 0 ? μ ) cos 2 μ 2 ?9 π2 pm (Ld ? Lq ) I 2 d sin 2(γ 0 ? μ ) cos 2 μ 2 均匀电磁转矩由根本电磁转矩和响应转矩组成□□□,根本电磁转矩 与直流电流成正比□□□□,响应转矩与直流电流的平方成正比。响应 转矩所占比重很小。 特色□□□□: 特点相似于并励直流电动机□□□□□,可完成无级调速□□□□□,四象限运转□□□□□, 布局方便□□□□□,支配利便。采用领先的触发角完成负载自然换流□□□, 电机呈容性。也可采用强迫换向电道完成强迫换流。 欠缺□□□□: 1、低速换向疾苦□□□□,换相转矩脉动较大□□□□□,运转本能欠好。 2、定子电流为120度方波□□□□,电机损耗补充 3、负载换流时电机使命正在超前功率因数区□□□,装备容量大□□□□□,过 载才具低。 用处□□□: 厉重用于负载较安定的大容量、中高转速的传动范围□□□□□,如高速 线材的精整轧机□□□□□,风机泵类负载等□□□□□,也常用于大型同步电机的 软启动。 4.3 交交变频矢量支配体例 高本能大中容量同步电机支配体例众采用基于动态数学模子的 矢量支配政策。看待同步电机□□□,目前存正在转子磁链定向、气隙 磁链定向、定子磁链定向、阻尼磁场定向等□□□□,前两种较常用。 转子磁场定向□□□:将定向坐标系与转子磁链矢量重合□□□,这时M-T 坐标与d-q坐标系重合□□□,电机模子即为d-q轴模子 最先遵循阻尼绕组方程取拉普拉斯变换□□□□,解出阻尼电流□□□: i dd = ? L md p R d + L dd p ( i sd + ie ) i dq = ? L mq p R d + L dq p i sq 8 将上式代入转子磁链方程可得□□□: ψ e = L md Rd Rd + + L dσ s L dd s i sd + (Le ? L 2 md s R d + L dd s )ie 相应转矩外达式为□□□□: Tem = pm Lmd Le Im(ψ eis? ) = ? pm Lmd Le Im[ψ e (isd ? jisq ) = pm Lmd Le ψ eisq 转子磁场定向时□□□,可把定子电流永远支配正在q轴上□□□,则转 子磁链和转矩方程可简化为□□□: ψe = (Le ? L 2 md s R d + L dd s )ie Tem = pm Lmd Le ψ eis 特色□□□□□: 转子磁链与定子电流解耦□□□□□,互相独立□□□□□,转子磁链只由转子 励磁电流爆发。转子励磁恒守时□□□□□,转矩与定子电流成线性 比例相干。 负载补充时□□□□,定子电流增大□□□□□,因为电枢响应□□□□,形成气隙磁 链增大□□□,从而定子电压也需增大□□□,低重了变频装备的诈骗 率□□□,同时低重了功率因数。 气隙磁场定向□□□:将定向坐标系与气隙磁链矢量重合 气隙磁场定向矢量图 U s M = rs iMs + Lsσ pi s M ? ω Lsσ iTs U s T = rs iTs + Lsσ piTs + ω Lsσ i s M + ω 转矩方程 T em = ? p m ( s ? i s ) = p mψ μ i s T 特色□□□□: 1)气隙磁通可有用抵消电枢响应影响□□□□,定子电压中 除了定子阻抗压降外□□□□□,根本上维系了与空载电动势 相仿的值□□□,看待大容量同步电机□□□,可抬高变频装备 的诈骗率。 2)与转子磁场相仿□□□□□,保持气隙磁通恒守时□□□,电磁转 矩与q轴电流成正比; 3)气隙磁链不只是M轴电流分量的函数□□□,如故负载 角的函数□□□□□,将给体例解耦支配带来疾苦□□□□,与解耦的 转子磁链支配布局比拟□□□□□,耦合使基于气隙磁通支配 的转矩和磁通支配布局图更庞大。 交-交变频主回道布局 交交变频同步电机矢量支配特色□□□□□: 1、基于可逆整流□□□□,使命牢靠□□□□□,便于驾御和庇护; 2、采用电源电压换向□□□,电机可正在功率因数等于1相近运转□□□□,装备容 量小□□□□,过载才具大; 3、电机电流靠近正弦波□□□□□,损耗小□□□,转矩脉动小; 欠缺□□□□: 1、最高使命频率只可正在供电频率1/2-1/3以下; 2、变频器由36只晶闸管组成□□□,布局庞大。 3、阻尼绕组、凸极效应均对转矩有影响□□□□□,负载转移时并不行齐备 解耦支配。 用处□□□□□: 厉重用于大容量、低转速、高本能的传动范围□□□,如初轧机、矿井提 升机、水泥球磨机、船舶饱动等。 9 思索题 ?理会凸极式同步电机时□□□□,为什么要将定子电流分 成两个分量□□□? ?无换向器电机为何不会爆发失步情景□□□□□? ?无换向器电机低速运转采用何种换流要领□□□□□,同步电动机换流 角应怎么拣选□□□? 5、永磁同步电机概述 ?转子采用永磁体来爆发励磁□□□,与定子转动磁场同步□□□,是以称 为 永 磁 同 步 电 机 □□□□□: Permanent magnet synchronous motors (PMSM) 定子 转子 特色与近况□□□□: ?功率容量遮盖边界宽□□□:从数毫瓦到数十兆瓦; ?最高转速已赶过300000 r/ min ,最低转速低于0. 01 r/ min (本能最好的电机) ; ?最小尺寸□□□□:外径0.8 mm ,长1.2 mm(最小的电磁型电 机); ?功率损耗比电励磁电机一般低10~25%□□□□□,最高功效达 97 %以上(功效最高的电机)。 行使□□□□: ?High performance: 数控机床、柔性成立体例、机械人驱动、 火炮随动体例、雷达支配等 ?High power density, high efficiency: 舰船饱动、车辆驱动等 独立供电驱动体例 ?High cost performance: 印刷配置、纺织缝纫配置、家电 等 德邦212型向例动力潜艇 Siemens PERMASYN & AIP 丰田混杂动 力电动汽车 10 ?永磁资料的生长□□□□□:自然磁铁矿石 →铝镍钴永磁→铁氧体永磁→钴基稀土永磁 → 钕铁硼稀土永磁 kJ/m3 最 大 磁 能 积 ?中邦的上风□□□□:储量□□□□□,产量 ?电机安排成立身手□□□: ?磁阻永磁电机、横向磁通电机、轴向磁通电机、直线电机 等新型电机安排外面 ?瓦型、环型外外粘接布局和嵌入式内磁体布局等新的转子 布局 6、永磁同步电机支配体例 6.1无刷直流电机支配体例 无刷直流电机采用方波驱动□□□□□,只商量基波影响的双轴电机 外面并不适适用来理会直流无刷电机□□□□□,采用电机的相变量 直接正在时域确立方程是更直接有用的要领。看待理思的三 相无刷直流电机□□□□: ?ua ? ?r 0 0??ia ? ? L M M ? ?ia ? ?ea ? ?u0 ? ??u b ? ? = ??0 r 0?? ??ib ? ? + ??M L M ? ? P??ib ? ? + ??eb ? ? + ??u0 ? ? ??uc ?? ??0 0 r????ic ?? ??M M L ?? ??ic ?? ??ec ?? ??u0 ?? 中点无引线体例□□□□: ia + ib + ic = 0 电机电压方 程□□□: ??u a ? = ria + (L ? M ) dia dt + ea + u0 ??u b ? = rib + (L ? M ) dib dt + eb + u0 ? ??u c = ric + (L ? M ) dic dt + ec + u0 无刷直流电 机支配体例 等效电道图 □□□□□: 以通电导体正在磁场中的受力要领计算三相无刷直流电机 转矩外达式 □□□: n n n ∑ ∑ ∑ Tem = F ? r = ( B aj li aj + B bj li bj + B cj li cj ) ? r j=1 j=1 j=1 n n n ∑ ∑ ∑ = ( ia B aj l + ib B bj l + ic B cj l ) ? r j=1 j=1 j=1 ∑ ∑ ∑ = ( ia n j=1 B aj lv + ib n j=1 B bj lv + ic n j=1 B cj lv ) ? r ? 1 v ∑ ∑ ∑ = ( ia n e aj j=1 + ib n e bj j=1 + ic n j=1 e cj ) ? 1 ω = ( iae a + ib e b + ic e c ) ? 1 ω 无刷直流电机支配政策 T em = ( ia e a + ibe b + ic e c ) ? 1 ω 遵循转子职位随时治疗电机定子侧电流□□□,使得每相反电 势为安稳值(梯形波的上下平顶局部)时馈入方波电 流□□□,则能使电机输出转矩为安稳值。 半波支配格式 全波支配格式 11 1 三相半波无刷直流电动机 AC 电源 A i A i B B i C C 转子 N . S TR1 TR2 TR3 驱动电道 三相半波无刷直流电动机的支配框图 职位传感器 三相半波无刷直 流电动机的理思 电势、电流波形□□□: 电动机瞬时转矩 Tem = (iaea + ibeb + ic ec ) ? 1 ω 每相反电势最 大值 e = k ω max e ke --电机反电势系数 大肆时辰电动机 转矩 Tem = emax I ω = keI 特色□□□□□:没有续流回道□□□□□,电机诈骗率低□□□□,只少量操纵于小容量、 低本钱的体例 2 三相全波无刷直流电动机 三相全波无刷电动机支配体例框图 大肆时辰电动机转矩: Tem = 2 emax I ω = 2keI 三相全波无刷直流电动机的反电势、 电流波形□□□□: 特色□□□:每相每周期有两个120度导通时期□□□□□,同步电动机电机诈骗率是半波导 通格式的两倍 速率 速率估量 职位信号 速率给定 + PI Iref + 速率治疗器 - PID 电流治疗器 换流/三相 PWM支配 三相逆变器 BLDCM 电流 无刷直流电机支配框图 速率治疗器和一个电流治疗器分散完成速率和电流的闭环支配。 个中电流治疗环用于支配桥式逆变器的PWM占空比以支配电机 端电压给定。职位传感器用来爆发换向信号□□□□,速率信号可由位 置传感器颠末微分取得。 12 电流支配法 直流母线电流支配法□□□: 将速率环输出的电流给 定直接与直流母线电流 值斗劲酿成闭环支配□□□□□, 相电流支配法□□□□:分散检 测三相电流分相支配□□□□, 以便取得更好的转矩动 态支配效益 硬斩波直 流母线电 流支配模 式 硬斩波法 软斩波法 电压支配 波形 软斩波直 流母线电 流支配模 式 电压支配 波形 相电流支配形式 三种电流支配格式的斗劲□□□: ?上桥斩波调压□□□□,下桥恒通支配格式□□□□□,功率管开闭损 耗小□□□,开闭管承袭的瞬时电压电流袭击较小 □□□,电磁 作对小。但母线电流新闻不齐备□□□□,续流历程电流处于 失控状况。 ?上下桥同时斩波支配格式□□□□□,通电的两相绕组端部的 电压差将正在Ud和-Ud之间更改□□□,电流支配效益显著□□□□, 相电流都通过直流母线续流□□□,采样电阻上的电流新闻 齐备□□□□,但电流和电压的热烈转移会带来较大的电磁干 扰。 ?相电流支配形式□□□□□:支配本能请求较高的园地□□□□,如方 波伺服体例中□□□,需相电流检测□□□□,本钱较高。 DSP完成计划□□□□: 母线 方波永磁同步电动机的支配主回道 运转? 讲堂熟练 下图为无刷直流电动机的主回道和电机断面图□□□□,若t=0时辰 转子职位水准□□□,确定合闸时使转子沿顺时针宗旨转动的开闭 状况□□□,以及依序给出之后各节奏的开闭状况 霍尔职位传感器 典范电流电压波形 反电势波形□□□□: 转子瞬时职位 电流波形□□□□: 14 6.2 正弦波永磁同步电机支配体例 开环支配 闭环支配 正在高本能永磁同步电机驱动中常采 用转子磁场定向的矢量支配。 转子磁场定向的d-q坐标系 永磁同步电机正在同步转动坐标系下的数学模子 定子绕组电压 方程□□□□□: ud = Ri d + dψ d dt ? ωψ q ? ?? uq = Ri q + dψ q dt + ωψ d ? ? ?? 定子绕组磁 链方程□□□□: 电磁转矩方 程□□□□□: 电机转子的机 械运动方程□□□□□: ψ d = Ld id + ψ r ? ψ q = Lqiq ? ? T e = p m (ψ d i q ? ψ q id ) = p m [ψ r i q + ( L d ? L q )id iq ] J dω dt = pm (Te ? TL ?B ω ) pm 永磁同步电机矢量支配道理 矢量支配实践上是对电动机定子电流矢量相位 和幅值的支配。从电磁转矩公式 Te = pm (ψ d iq ?ψ qid ) = pm [ψ r + (Ld ? Lq )id ]iq 能够看出当永磁体的励磁磁链和直、交轴电感确定 后□□□□□,电动机的转矩便取决于定子电流的空间矢 量 is = id + jiq □□□□□,也便是说支配 i d 和 i q 即可控 制电动机的转矩。 ω ? r ωr id Te? id? = f1(Te?) iq? = f2 (Te?) iq θr 永磁同步电机矢量支配框图 支配政策分类□□□: ?令id =0的支配政策 ?支配id以探求最大转矩功效 ?支配id的弱磁调速 ?单元功率因数支配 ?恒定气隙磁链支配 1、令id =0的支配政策 看待外外式PMSM□□□□,由于 L d = L q , 将此式代入电 磁转矩方程式□□□,可得电磁转矩方程为□□□: Te = pm [ψ riq + (Ld ? Lq )id iq ] = pmψ riq 即电磁转矩只和q轴的电流 i q 相闭□□□□□,以是正在PMSM的矢 量支配中□□□,适时id = 0 时 □□□,通过支配 i q □□□,即可完成 最大电磁转矩支配。 15 dq ? abc Va ,Vb ,Vc Transformation Sa , Sb , Sc PWM Generator VSI Inverter Vd Vq PI PI Controller Controller ia PMSM ib +? id* = 0 id + ? iq abc ? dq Transformation θ PI n Position / speed iq* Controller + ? Estimation nref id = 0 的矢量支配政策布局图 2、支配id以探求最大转矩功效 看待内埋式PMSM□□□□□,由于 L d L q 电磁转矩方程式□□□,可得□□□□: , 将此式代入 Te = pm (ψ d iq ?ψ qid ) = pm [ψ r ? (Lq ? Ld )id ]iq 用最小的电流幅值得 到最大的输出转矩 [id ? ψr ]2 2(Lq ? Ld ) ? iq2 = ψ 2 r 4( Lq ? Ld )2 3、支配id的弱磁调速 大凡用于内埋式PMSM。轻视电机定子阻抗压降□□□□□, 电机端电压方程可写为□□□□□: ud = ?ωLqiq ? uq = ωψ r + ωLd id ? ? 正在供电电压幅值有限的环境下 u 2 d + u 2 q ≤ U s max (Lqiq )2 + (ψ r + Ld id )2 ≤ (U s max ω )2 转矩/电流最大与弱磁支配 4、单元功率因数支配 维系输入功率因数为1□□□,即输入电压与电流同相位 ud ≈ ? ωLqiq = id u q ω L d i d + ωψ r i q 5、维系恒定气隙磁通 谐和支配d-q轴电流□□□□,保持气隙磁通幅值恒定 ψ d2 + ψ 2 q = ( Ld id + ψ r )2 + ( Lqiq )2 = Const 数字化永磁同步电机伺服体例总体安排 基于DSP的永磁同步电机支配体例 16 7、无职位传感器支配身手 高本能同步电机调速体例务必获取转子职位(转子磁场位 置)□□□,常用的无职位传感器身手□□□□: ?诈骗定子端电压和电流直接估量; ?观测器要领(全阶状况观测器□□□□□,降阶状况观测器□□□,同步电动机滑模观测 器□□□□,扩展卡尔曼滤波器); ?模子参考自适合法; ?高频信号注入法; ?检测反电动势的转子职位估算法; ?诈骗磁场的饱和效应惹起的电感转移估算法; ?基于人工智能外面根柢的其它估算要领。 示例□□□□□:模子参考自适合要领 模子参考自适合辨识的厉重思思是将含有待 臆想参数的方程举动可调模子□□□,将不含未知参数的 方程举动参考模子□□□□,两个模子具有相仿物理道理的 输出量。两个模子同时使命□□□□,并诈骗其输出量的差 值遵循合意的自适合率来及时治疗可调模子的参 数□□□,以抵达支配对象的输出跟踪参考模子的方针。 遵循安稳性道理取得速率臆想自适合公式□□□□□,体例和 速率的渐进收敛性由Popov的超安稳性来保障。 uα uβ iα PMSM iβ id Coordinate Transform iq Coordinate Transform θ? ∫ ud Adjustable i?d uq Model i?q ω? ∫ ω? = t 0 k1 (id ∧ iq ?i q ∧ id )dτ ∧ ∧ + k2 (id iq ?iqid ) +ω?(0) 模子参考自适合速率估算器 速率估算值与反应值 职位估算值与反应值 职位偏差 小结 ?电励磁同步电机自控运转格式(无换向器电机、交交变频矢 量支配)有用处置了启动转矩、振荡和失步等题目□□□□□,并可完成 高本能支配。 ?无换向器电机调速体例厉重用于中高速大容量传动体例 ?交交变频矢量支配体例厉重用于低速高本能大容量传动体例 ?永磁同步电机驱动体例转矩安定□□□□,低速本能优异□□□,以此为基 础完成的高精度伺服支配平常行使于数控机床、机械人、雷达 支配、火炮支配等体例中 ?无刷直流电机驱动体例支配体例方便□□□,职位反应精度请求不 高、本钱低□□□□□,正在冰箱、空调、洗衣机等家电行业取得了平常应 用 ?目前筹议宗旨□□□□:行使今世支配外面抬高体例对扰动的自适合 性、鲁棒性。对转矩脉动抑遏以完成高本能速率职位支配。无 职位传感器支配身手。 17

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关键词: 同步电动机