直流電機(jī)原理與控制方法

1、GJ電機(jī)簡要學(xué)習(xí)手冊2022-2-32022-2-3頁腳、直流電機(jī)原理與限制方法1直流電機(jī)簡介直流電機(jī)DMDM是指能將直流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能直流電動機(jī)或?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)換成直流電能直流發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)電機(jī).它是能實(shí)現(xiàn)直流電能和機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換的電機(jī).當(dāng)它作電動機(jī)運(yùn)行時是直流電動機(jī),將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；作發(fā)電機(jī)運(yùn)行時是直流發(fā)電機(jī),將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能.直流電機(jī)由轉(zhuǎn)子電樞、定子勵磁繞組或者永磁體、換向器、電刷等局部構(gòu)成,以其良好的調(diào)速性能以至于在矢量限制出現(xiàn)以前基本占據(jù)了電機(jī)限制領(lǐng)域的整座江山.但隨著交流電機(jī)限制技術(shù)的發(fā)展,直流電機(jī)的弊端也逐漸顯現(xiàn),在很多領(lǐng)域都逐漸被交流電機(jī)所取代.但如今直流電機(jī)仍然占據(jù)著不可無

2、視的地位,廣泛用于對調(diào)速要求較高的生產(chǎn)機(jī)械上,如軋鋼機(jī)、電力牽引、挖掘機(jī)械、紡織機(jī)械,龍門刨床等等,所以對直流電機(jī)的了解和研究仍然意義重大.克赤爺邙座磁院俎2直流電動機(jī)根本結(jié)構(gòu)與工作原理2.1直流電機(jī)結(jié)構(gòu)2.2直流電機(jī)工作原理th導(dǎo)體汕處于5根如下列圖,是直流電機(jī)結(jié)構(gòu)圖,電樞繞組通過換向器流過直流電流與定子繞組磁場發(fā)生作用,產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩.定子根據(jù)勵磁可分為直勵,他勵,復(fù)勵.電樞產(chǎn)生的磁場會疊加在定子磁場上使得氣隙主磁通產(chǎn)生一個偏角,稱為電樞反響,通常加補(bǔ)償繞組使磁通畸變得以修正如下圖給兩個電刷加上直流電源,如上圖a a所示,那么有直流電流從電刷 A A 流入,經(jīng)過線圈 abcd,abcd,從電刷

3、B B 流出,根據(jù)電磁力定律,載流導(dǎo)體 abab 和cdcd 收到電磁力的作用,其方向可由左手定那么定,兩段導(dǎo)體受到的力形成了一個轉(zhuǎn)矩,使得轉(zhuǎn)子逆時針轉(zhuǎn)動.如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到如上圖b b換向黨電解裝bU0導(dǎo)體修卜處于飛極斯能:假設(shè)1 怦國畫電據(jù)鐵國I 新修源修忤網(wǎng)站Ipengky所示的位置,電刷 A A 和換向片 2 2 接觸,電刷 B B 和換向片 1 1 接觸,直流電流從電刷A A 流入,在線圈中的流動方向是 dcba,dcba,從電刷 B B 流出.此時載流導(dǎo)體 abab 和 cdcd 受到電磁力的作用方向同樣可由左手定那么判定,它們產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩仍然使得轉(zhuǎn)子逆時針轉(zhuǎn)動.這就是直流電動機(jī)的工作原理

4、.外加的電源是直流的,但由于電刷和換向片的作用,在線圈中流過的電流是交流的,其產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的方向卻是不變的.發(fā)電機(jī)的原理那么是電機(jī)的逆過程： 原動機(jī)提供轉(zhuǎn)矩,利用法拉第電磁感應(yīng)產(chǎn)生直流電流.如下列圖,比擬清楚的說明了直流電動機(jī)的原理.3直流電機(jī)重要特性如下列圖,更加清楚的揭示了直流電機(jī)電流電壓與轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系.我們可以得到直流電機(jī)的四個根本方程:直流電功率直流電動機(jī)直流發(fā)電機(jī) DCMDCM 的反電勢與磁通和電機(jī)轉(zhuǎn)速的乘積成正比,電開工作時電開工作時, ,反電勢的方向與電框反電勢的方向與電框電潦方向相反電潦方向相反 對他勵,磁通不變時一F=Bli,條支路em心各支路電流之和7 關(guān)系？Ea、c-

5、Blv條支路U=E+I*R(1)電樞繞組端電壓等于反電動勢+阻電流壓降E=Ce*n(2)反電動勢=與電機(jī)相關(guān)的常數(shù)*轉(zhuǎn)速T=Ct*I(3)轉(zhuǎn)矩=與電機(jī)相關(guān)的常數(shù)*電流Tm-TL-T0=J*dw/dt動力學(xué)方程3.13.1 直流電機(jī)反電動勢推導(dǎo)重要結(jié)論重要結(jié)論: :特點(diǎn)一Ea-K*nrKe=.電磁轉(zhuǎn)矩1.電樞電動勢-電動勢平衡方程功率平衡方程.機(jī)械特性(4)6060 日日電勢系數(shù)、電勢常數(shù)電勢系數(shù)、電勢常數(shù)13P1-41-5i i 由量綱由量綱: :pVbapVba /riiiiiiI/riiiiiiI 3.2轉(zhuǎn)矩方程推導(dǎo)一個主極下導(dǎo)體產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩：,=刈,=舞區(qū)%出=奪由T1,因la2aia,p

6、為磁極對數(shù),那么電樞全部導(dǎo)體產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為:cN2aiapN,2pT2paHlaKTIa22a2aa特點(diǎn):直流電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩與每極磁通和電樞電流的乘積成正比.對他勵DCM,不考慮電樞反響影響時、勵磁電流恒定時,有TemCT1a,CT=KT=常數(shù)有量綱:WbWb3 3優(yōu)點(diǎn)：直流電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩直接受電樞電流限制【線重要結(jié)論：TemKT1a其中轉(zhuǎn)矩系數(shù)、轉(zhuǎn)矩常數(shù)KTpN2a性、能觀能控】KT與Ke的關(guān)系pNKT_271a_竺955KpN-C2兀.ee60a方程代表電動機(jī)機(jī)電能量的轉(zhuǎn)換關(guān)系;271Ea=K=KTn爪了.60兩邊同乘電樞電流：電能/&二=Tem機(jī).公式 T*Q=Pm=Ea*I

7、a 正好驗(yàn)證了反電動勢產(chǎn)生的電磁能全部轉(zhuǎn)化成總的機(jī)械能.其中,T*Q=Pm=T*2Pi*f=T*2Pi*n/60=T*n/9.55單位：W3.3月匕單天系并勵時P1UIU1fU1aPcufUI電源輸入的電能減去電阻中能量損耗磁場中能量的增加力口上鐵芯中損耗的能量輸出的機(jī)械能力口上通風(fēng),摩擦損耗的創(chuàng)忽略勵磁電路銅耗：PIUIaPcuaPemPcuaPfePP2PcuaP0P2電動機(jī)的功率流圖其中 P0 就是空載轉(zhuǎn)矩,根本可認(rèn)為變化不大,常當(dāng)做恒定值.現(xiàn)在看第四個方程 Tm-TL-T0=J*dw/dt,兩邊同乘于.,用電機(jī)常用參數(shù)表示,那么可得公式Tm-TL-T0=GDA2/375*dn/dt.3

8、.4直流電機(jī)特性曲線在勵磁磁通恒定的情況下,電機(jī)特性曲線如下列圖,由于良好的線性特性,所4.直流電機(jī)調(diào)速/科史心口出.書*殺續(xù)r發(fā)電機(jī)業(yè)動機(jī)轉(zhuǎn)網(wǎng)速系統(tǒng)3k蛻邑J戊壹七根由出網(wǎng)速痂先赭劃泮*mi4;皖折一器調(diào)一一一%,、r力漁由源變陰器調(diào)速整絕改變嵯酒調(diào)速笈統(tǒng)?總硼港變而踹調(diào)母系撫、僦放人事凋魂祭境由于傳統(tǒng)調(diào)速原理已被大家廣為熟知,所以不再贅述,這里主要介紹直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng).近年來,隨著電力電子技術(shù)的迅速開展,由晶閘管變流器供電的直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)已取代了發(fā)電機(jī)-電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng),它的調(diào)速性能也遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超過了發(fā)電機(jī)-電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng).特別是大規(guī)模集成電路技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速開展,使直流電動機(jī)調(diào)速

9、系統(tǒng)的精度、動態(tài)性能、可靠性有了更大的提升.電力電子技術(shù)中 IGBTIGBT 等大功率器件的開展正在取代晶閘管,出現(xiàn)了性能更好的直流調(diào)速系統(tǒng).以下是基于直流電機(jī)的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)：靜蓄結(jié)構(gòu)圖該調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)是:C11兩個調(diào)節(jié)器.-環(huán)樓套一環(huán)*速度環(huán)是外訐,電流環(huán)是內(nèi)環(huán),力兩個團(tuán)調(diào)節(jié)器均設(shè)宣置限唱；一旦P槌吊罵限幅即郵n,其輸出量為恒值,輸入量的變化 k 再弱響輸出,除三由反械性的相認(rèn)信號使調(diào)節(jié)器退出飽和;即飽和的調(diào)節(jié)器暫時隔斷j洞八也輸出間的關(guān)系,相當(dāng)于使該調(diào)節(jié)器處于斷?%而輸出未達(dá)限幅時,調(diào)節(jié)器才起茶帶作用,使輸入褊差電后在調(diào)節(jié)過程中趨于事,而硅志E寸為零C3J電搐檢測采用三相交還電流互感器;

10、N電諒、轉(zhuǎn)速均實(shí)現(xiàn)無靛差,由于轉(zhuǎn)速與電謊調(diào)節(jié)器第一用Pi調(diào)節(jié)器,所以系統(tǒng)處于檢志力轉(zhuǎn)速和電律法1為無靜基.轉(zhuǎn)邇調(diào)節(jié)器QSR輸入無存差,實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速天辭差.動態(tài)特性如下圖：啟動時,能保證電機(jī)以最大允許啟動電流快速啟動,保證了電機(jī)啟動轉(zhuǎn)矩,提升了快速性能,一旦達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩,電機(jī)電流下降,轉(zhuǎn)速快速進(jìn)入穩(wěn)定圍.該調(diào)速系統(tǒng)能抗負(fù)載擾動和電網(wǎng)電壓波動,是一種高性能的調(diào)速系統(tǒng).1.異步電機(jī)簡介:.交流異步電機(jī)1.1物理結(jié)構(gòu)定子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)1.2物理模型2.異步電機(jī)矢量限制根本理論2.1異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型在研究異步電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型時,還需做如下假設(shè)：1 忽略其在空間諧波,設(shè)三相繞組對稱,且在空間互差 120電角度

11、,所產(chǎn)生的磁動勢沿氣隙按正弦規(guī)律分布；2.1.1路飽和,各繞組的自感和互感都是恒定的；2.1.2心損耗；2.1.3頻率變化和溫度變化對繞組電阻的影響.三相異步電動機(jī)的物理模型如圖 2.1 所示,轉(zhuǎn)子繞組軸線a、b、c以角速度隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),定子三相繞組軸線 A、B、C在空間上是固定的.以定子軸線A軸為參考坐標(biāo)軸,轉(zhuǎn)子a軸和定子A軸之間的電角度為空間角位移變量.規(guī)定各繞組電壓、電流、磁鏈的向符合電動機(jī)慣例和右手螺旋定那么.bB圖 2.1 三相異步電動機(jī)的物理模型2.1.4異步電機(jī)三相動態(tài)模型數(shù)學(xué)表達(dá)式異步電動機(jī)的動態(tài)模型由磁鏈方程、電壓方程、轉(zhuǎn)矩方程和運(yùn)動方程組成,其中磁鏈仿真和轉(zhuǎn)矩方程為代數(shù)方程,

12、電壓方程和運(yùn)動方程為微分方程.1磁鏈方程a,b,c為各項(xiàng)繞組的全磁鏈.2電壓方程三相定子繞組的電壓方程為與此相對應(yīng),三相轉(zhuǎn)子繞組折算到定子側(cè)后的電壓方程為Rr為定子和轉(zhuǎn)子繞組電阻值.ALAALABLACLAaLAbLACiABLBALBBLBCLBaLBbLBciBC._LCALCBLccLcaLcbLccic(2.1)aLaALaBLaCLaaLabLaciabLbALbBLbCLbaLbbLbcibcLCALcBLcCLcaLcbLcc%ABC?式中鼠,3L,ia,ib,ic為定子和轉(zhuǎn)子相電流的瞬時值;UBUciARiBRicRddtddtddt(2.2)UaiaRrUbibRrUcicR

13、rddtddtddt(2.3)式中 UA,UB,Uc,Ua,UbUc為定子和轉(zhuǎn)子相電壓的瞬時值;3轉(zhuǎn)矩方程根據(jù)機(jī)電水平轉(zhuǎn)換原理,在線性電感的條件下,可得到轉(zhuǎn)矩方程為:(iAiciBiaiCib)sin(120)TenpLms(iAiaiBicic)sin(iAibiBiciCia)sin(120)(2.4)4運(yùn)動方程運(yùn)動限制系統(tǒng)的運(yùn)動方程為2.1.5坐標(biāo)變換由于異步電動機(jī)三相原始動態(tài)模型相當(dāng)復(fù)雜,假設(shè)在三相坐標(biāo)系下分析和求解異步電動機(jī)的方程那么顯得十分困難.因而必須予以簡化,才能在實(shí)際中得到運(yùn)用,使用坐標(biāo)變換是化簡電動機(jī)方程的根本原理.由于異步電動機(jī)中有一個復(fù)雜的電感矩陣和轉(zhuǎn)矩方程使得異步電動

14、機(jī)數(shù)學(xué)模型變的復(fù)雜,這個復(fù)雜的電感矩陣和轉(zhuǎn)矩方程表達(dá)了異步電動機(jī)的能量轉(zhuǎn)換和電磁耦合的相互關(guān)系.為此,需要從電磁耦合關(guān)系出發(fā)簡化數(shù)學(xué)模型.1三相-兩相變換三相異步電動機(jī)的定子三相繞組和與之等效的兩相異步電動機(jī)定子繞組,各相磁勢矢量的空間位置如圖 2.2 所示 C圖 2.2 三相坐標(biāo)系和兩相正交坐標(biāo)系中的磁動勢矢量根據(jù)變換前后總磁動勢不變和變換前后總功率相等的原那么,3s/2s 變換用矩陣式中：J為機(jī)組的轉(zhuǎn)動慣量,JdwT丁TTTeTLnpdt(2.5)TL包括摩擦阻轉(zhuǎn)矩的負(fù)載轉(zhuǎn)矩.可表小為iqisinicosq寫成矩陣形式,得idcossiniN2iN2i-1.1.、N3(iA-iB2iC)-

15、2-N3(iBiC)(2.6)(2.7)112N322N233022根據(jù)前后變換的總功率不變,可求得匝數(shù)比為:C3/2122-321232(2.8)(2.9)(2.10)2靜止兩相-旋轉(zhuǎn)正交變換N2iN2iqON：N2i圖 2.3 靜止兩相正交坐標(biāo)系和旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系中的磁動勢矢量從靜止兩相正交坐標(biāo)系到旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系的變換,稱作靜止兩相-旋轉(zhuǎn)正交變換,簡稱為 2s/2r 變換其中 s 表示靜止,r 表示旋轉(zhuǎn),變換同樣是磁動勢相等原那么.由圖 2.3 可知idicosisin(2.11)iqsincosicossinC2s/2r(2.14)sincos2.1.6靜止兩相正交坐標(biāo)系中的動態(tài)數(shù)學(xué)模型從

16、異步電動機(jī)的物理模型可知,異步電動機(jī)定子繞組是靜止的,因此只要進(jìn)行 3/2 變換就行了,而對于轉(zhuǎn)子繞組而言,在實(shí)際過程中轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)的,因此必須先通過三相到兩相變換,再通過旋轉(zhuǎn)到靜止的變換,才能變換到靜止兩相正交坐標(biāo)系.1)電壓方程UsRs000iss0UsUr0-0Rs00Rr0is0irdsdtr0rr(2.15)Ur000Rirrrr2)磁鏈方程為sLs0Lm0issr0=LmLs00LrLmis0ir(2.16)r0Lm0Lrir3)轉(zhuǎn)矩方程T Ten npL Lm(i(isi iri isi ir) )(2.17)通過旋轉(zhuǎn)變換,改變了定、轉(zhuǎn)子繞組間的耦合關(guān)系,使用相對靜止等效繞組代替相

17、對運(yùn)動的定、轉(zhuǎn)子繞組,使得磁鏈和轉(zhuǎn)矩不受定、轉(zhuǎn)子繞組間夾角對的影響.旋轉(zhuǎn)變換將非線性變參數(shù)的異步電機(jī)磁鏈方程轉(zhuǎn)化為了線性定常的方程,但是加劇了電壓方程中的非線性耦合程度,將矛盾從磁鏈方程轉(zhuǎn)移到電壓方程中來了,并沒有改變對象的非線性耦合性質(zhì).(2.12)(2.13)2.1.7旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系中的動態(tài)數(shù)學(xué)模型1電壓方程川Usd000isdsd1sqUsq0R00isqdsq1sd(2.18)Urd00Rr0irddtrd(1)rqUrq000Rirqrq(1)rd2磁鏈方程為1sdLs0Lm0isdsq0Ls0LmisqrdLm0Lr0ird(2.19)rq0Lm0Lrirq3轉(zhuǎn)矩方程1T Ten

18、npL Lmi isqi irdi isdi irq2.20旋轉(zhuǎn)變換將原來靜止的定子繞組使用旋轉(zhuǎn)的繞組代替,并使等效的轉(zhuǎn)子繞組與等效的定子繞組重合,保持嚴(yán)格同步,等效的后定、轉(zhuǎn)子繞組間不存在相對運(yùn)動.從異步電機(jī)的模型來看,旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系dq 坐標(biāo)系中的動態(tài)數(shù)學(xué)模型還不如靜態(tài)靜止兩相正交坐標(biāo)系,中的簡單,但是,從方程中可以看出,旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系較靜止兩相正交坐標(biāo)系的優(yōu)點(diǎn)在于增加了一個輸入量i,提升了系統(tǒng)限制的自由度,磁場定向限制就是通過選擇i而實(shí)現(xiàn)的.旋轉(zhuǎn)速度任意的正交坐標(biāo)系無實(shí)際使用意義,常用的是同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系,將繞組中的交流量變?yōu)橹绷髁?以便模擬直流電動機(jī)進(jìn)行限制.2.2轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量限制按

19、轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量限制的根本思想是通過坐標(biāo)變換,在按轉(zhuǎn)子磁鏈定向同步旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系中,得到等效的直流電動機(jī)模型,然后根據(jù)直流電動機(jī)的調(diào)速方法來限制電磁轉(zhuǎn)矩與磁鏈,然后將轉(zhuǎn)子磁鏈定向坐標(biāo)系中的限制量反變換得到三相坐標(biāo)系的對應(yīng)量,以實(shí)施限制.由于變換的變量是矢量,因此這樣的坐標(biāo)變換也稱作矢量變換,對應(yīng)的限制系統(tǒng)稱為按轉(zhuǎn)子磁鏈定向限制系統(tǒng)令d軸與轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶恐睾?稱作按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的同步旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系,簡稱mt坐標(biāo)系；由于m軸與轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶恐睾?因此rmrdr為了保證m軸與轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶渴冀K重合,還必須使drtdrq.dtdt從而得到mt坐標(biāo)系中的狀態(tài)方程.2dnpLm.np_=1strT.dtJLrJ

20、dr1Lm.出TrrTrlsmdismLmRsL2RrLm；：Usm上ii-rr21sm11stdtLsLrTrLsLrLsci22distLmRsLrRrLmust.一；1r；22ist11sm一dtLsLrLsLrLs導(dǎo)出mt坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角速度(2.21)rtrq(2.22)(2.23)(2.24)Lm.istTrr(2.26)(2.25)mt坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)角速度與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差定義為轉(zhuǎn)差角頻率可以求得mt坐標(biāo)系中的電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式(2.27)由上面的公式可以看出,通過按轉(zhuǎn)子磁鏈定向,可以將定子電流分解為勵磁分量 ism和轉(zhuǎn)矩分量 ist,轉(zhuǎn)子磁鏈r僅由定子電流勵磁分量 ism產(chǎn)生,而電磁轉(zhuǎn)矩 T

21、e正比于轉(zhuǎn)子磁鏈和定子電流轉(zhuǎn)矩分量的乘積 istr,實(shí)現(xiàn)了定子電流兩個分量的解耦,而且降低了微分方程組的階次.2.3轉(zhuǎn)子磁鏈計(jì)算由于轉(zhuǎn)子磁鏈的直接檢測比擬困難,在異步電機(jī)交流調(diào)速系統(tǒng)中采用按模型計(jì)算的方法,即利用容易測得的電壓、電流或轉(zhuǎn)速等信號,借助于轉(zhuǎn)子磁鏈模型,實(shí)時計(jì)算磁鏈的幅值和空間位置.轉(zhuǎn)子磁鏈模型可以更具電動機(jī)數(shù)學(xué)模型的公式推導(dǎo)出來,也可以利用狀態(tài)觀測器或狀態(tài)估計(jì)理論得到閉環(huán)的觀測模型.在實(shí)際中,多用比擬簡單的計(jì)算模型.在磁鏈計(jì)算的模型中,由于主要測量的信號不同,又分為電流模型和電壓模型兩種.2.3.1電流模型1在坐標(biāo)系上計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型由實(shí)測的三相定子電流通過 3/2 變換得

22、到靜止兩相正交坐標(biāo)系上的電流,在利用坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈在軸上的分量:dr1LmidtTrrrrTrsdr1Lmirrris出TrTr也可表述為:Lrist(2.28)在坐標(biāo)系中計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈時,即使系統(tǒng)到達(dá)穩(wěn)定,由于電壓、電流和磁鏈均為正弦量,計(jì)算量大,程序復(fù)雜,對計(jì)算步長敏感.圖 2.4 為坐標(biāo)系上計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型2在mt坐標(biāo)系上計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型drdt1三相定子電流 iabc經(jīng)過坐標(biāo)變換,再根據(jù)轉(zhuǎn)子磁鏈定向,得到mt坐標(biāo)軸上的電流 1st,ism,從而求得r和s信號,由s與實(shí)測轉(zhuǎn)速相加得到定子頻率信號1,再經(jīng)過積分即為轉(zhuǎn)子磁鏈的相位角.和第一種模型相比,這種模型更容易

23、收斂,計(jì)算量更小,而且也比擬準(zhǔn)確彳 JrTrr)rTrr)(2.29)(2.30)TrSr1(LmlS圖 2.4 坐標(biāo)系上計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型mrTrTr上述討論的兩種計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型都是需要實(shí)際測量的電流和轉(zhuǎn)速信號,不管電機(jī)運(yùn)行在高速還是低速時都能夠適用,但從其方程中可以看出,轉(zhuǎn)子磁鏈的計(jì)算受到電動機(jī)參數(shù)變化的影響.如電動機(jī)溫度的升高、頻率的變化影響轉(zhuǎn)子電阻 Rr,磁鏈的飽和程度會影響電感Lm和Lr.由于這些影響的存在,會使得計(jì)算的磁鏈幅值與位置信號產(chǎn)生失真,轉(zhuǎn)子磁鏈信號的失真必然使磁鏈閉環(huán)限制系統(tǒng)的性能降低,這是電流模型的缺乏之處.2.3.2電壓模型根據(jù)電壓方程中感應(yīng)電動勢等于磁鏈

24、變化率的關(guān)系,取電動勢的積分就可以圖2.5在mt坐標(biāo)系上計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型得到磁鏈,這樣的模型叫做電壓模型.1-4LsLr圖 2.6 計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電壓模型電壓模型通過實(shí)測的電流和電壓信號來計(jì)算定子磁鏈.從電壓模型的表達(dá)式中可以看出,計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)遣恍枰D(zhuǎn)速信號的,并且與轉(zhuǎn)子電阻 Rr 無關(guān).相對于電流模型而言,電壓模型受電動機(jī)參數(shù)變化的影響比擬小,而且算法簡單,適合在實(shí)際中運(yùn)用.電壓模型的缺點(diǎn)是其計(jì)算表達(dá)式中包含純積分項(xiàng),積分的初始值和累積誤差都會影響計(jì)算結(jié)果,在低速時,定子電阻壓降變化的影響也比擬大.比擬電壓模型和電流模型,電壓模型更適合于中、高速圍,而電流模型能適應(yīng)低速.實(shí)際中可以將

25、兩者模型結(jié)合起來,在低速時采用電流模型,在中、 高速時采用電壓模LLmLLLm(UsRsis)dtLsis(UsRsis)dtLsi(2.31)Rr型,解決好兩者的過渡問題,便可以提升整個運(yùn)行圍中計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的準(zhǔn)確度3.具體限制方案3.1限制框圖3.2基于瑞薩RX62T系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案系統(tǒng)總體硬件框圖AC逆變器ME/過壓保護(hù)過流保護(hù)電流采樣EEPROMMAX485通訊MTU3PWM系統(tǒng)總體軟件框圖/主程序Eeprom#數(shù)更新、.A/D偏移電壓讀取外設(shè)初始化；變量初始化一,：系統(tǒng)主程序框圖廠中斷效勞程序現(xiàn)場保護(hù)電機(jī)運(yùn)行是定時中斷入口禁制PW畸出A/D電流泉樣開始A/D電流采癢轉(zhuǎn)換完畢-SVPWM出

26、進(jìn)入A/D中斷.速度環(huán)和電濡環(huán)PI調(diào)節(jié)系統(tǒng)中斷框圖三.交流同步電機(jī)1 1 同步電動機(jī)結(jié)構(gòu)同步電機(jī)即轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速包等于定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速的電機(jī).同步電機(jī)的主要運(yùn)行方式有三種,即作為發(fā)電機(jī)、電動機(jī)和補(bǔ)償機(jī)運(yùn)行.作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行是同步電機(jī)最主要的運(yùn)行方式,作為電動機(jī)運(yùn)行是同步電機(jī)的另一種重要的運(yùn)行方式.同步電動機(jī)的功率因數(shù)可以調(diào)節(jié),在不要求調(diào)速的場合,應(yīng)用大型同步電動機(jī)可以提升運(yùn)行效率.近年來,小型同步電動機(jī)在變頻調(diào)速系統(tǒng)中開始得到較多地應(yīng)用.同步電機(jī)還可以接于電網(wǎng)作為同步補(bǔ)償機(jī).這時電機(jī)不帶任何機(jī)械負(fù)載,靠調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子中的勵磁電流向電網(wǎng)發(fā)出所需的感性或者容性無功功率,以到達(dá)改善電網(wǎng)功率因數(shù)或者調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓

27、的目的.2 2 同步電動機(jī)矢量限制原理2.12.1 工作原理定子三相繞組通入三相交流電后會形成旋轉(zhuǎn)的磁勢,其速度 n1=60f/p即同步轉(zhuǎn)速.其中 p 為極對數(shù),f 為通入三相交流電的頻率.異步電機(jī)中,轉(zhuǎn)子是三相閉合回路,旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子回路,產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,在感應(yīng)電動勢的作用下,轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中將產(chǎn)生與感應(yīng)電動勢方向根本一致的感生電流.轉(zhuǎn)子的載流導(dǎo)體在定子磁場中受到電磁力的作用,產(chǎn)生電磁力矩,使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn).所以轉(zhuǎn)子速度和同步速度之間定子磁鏈速度有個轉(zhuǎn)差,故稱為異步電機(jī).在同步電機(jī)中,轉(zhuǎn)子為永磁體或是通過直流勵磁建立起轉(zhuǎn)子磁場,如下圖:困15.1同步電機(jī)結(jié)構(gòu)震型同步電機(jī)轉(zhuǎn)速可以到達(dá)定子磁鏈轉(zhuǎn)速即同步轉(zhuǎn)

28、速,轉(zhuǎn)子速度 n2=n1=60f/p.即電樞繞組的磁場旋轉(zhuǎn)速度與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向一致,轉(zhuǎn)速相同.很重要的一點(diǎn)是同步電機(jī)定、轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)必須相同,否那么電機(jī)是不能運(yùn)轉(zhuǎn)的.而對于異步或感應(yīng)電機(jī)來講,其轉(zhuǎn)子的極數(shù)是自動感應(yīng)定子極數(shù)的.也可以講,轉(zhuǎn)子是沒有極數(shù)的.2.22.2 結(jié)構(gòu)形式同步電機(jī)根據(jù)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)可分為凸極式和隱極式同步電機(jī).凸極式同步電機(jī)轉(zhuǎn)子上有明顯凸出的成對磁極和勵磁線圈,如下圖.當(dāng)勵磁線圈過直流勵磁電流后,每個磁極就出現(xiàn)一定的極性,相鄰磁極交替為 N 極和 S 極.對水輪發(fā)電機(jī)來說,由于水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速較低,要發(fā)出工頻電能,發(fā)電機(jī)的極數(shù)就比擬多,根據(jù)同步轉(zhuǎn)速公式做成凸極式結(jié)構(gòu)工藝上較為簡單.另外,中小型同步電機(jī)多半也做成凸極