交流永磁同步電機(jī)的變頻控制ppt課件

1、1項(xiàng)目項(xiàng)目5 5 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)按磁場(chǎng)定向的矢量控制系統(tǒng)了解按磁場(chǎng)定向的矢量控制系統(tǒng)了解永磁同步電動(dòng)機(jī)的他控變頻調(diào)速系統(tǒng) 梯形波永磁同步電動(dòng)機(jī)無刷直流電動(dòng)機(jī)的自控系統(tǒng)掌握 正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)的自控系統(tǒng)掌握永磁同步電動(dòng)機(jī)的自控變頻調(diào)速系統(tǒng)2項(xiàng)目項(xiàng)目5 5 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)磁滯式同步電機(jī)永磁式同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子由永久磁鋼制成，構(gòu)造方式可以是凸極式，也可以是隱極式。隱極式電機(jī)氣隙均勻，凸極式那么不均勻，但凸極效應(yīng)能產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩。3項(xiàng)目項(xiàng)目5 5 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)思索：哪個(gè)是凸極式哪個(gè)是隱極式？圖6-7-14項(xiàng)目項(xiàng)目

2、5 5 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)l義務(wù)原理：l 定子繞組與三相電源接通后可以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，根據(jù)異性相吸原理，定子N0極或S0極吸住永磁轉(zhuǎn)子的S極或N極，使轉(zhuǎn)子隨著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以同一速度旋轉(zhuǎn)起來。l l l顯然，改動(dòng)磁極對(duì)數(shù)P可以實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速，且P較大時(shí)，成為低速電機(jī)；而改動(dòng)f可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)平滑調(diào)速。pfn605項(xiàng)目項(xiàng)目5 5 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng) 同步電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的大小與定、 轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)軸線之間的夾角的大小有關(guān)。 如圖6-7-2所示。對(duì)于磁極對(duì)數(shù)p=1的隱極式轉(zhuǎn)子的永磁式同步電動(dòng)機(jī)來說： 當(dāng)=0時(shí)，轉(zhuǎn)子只遭到徑向力的作用，不會(huì)構(gòu)成電磁轉(zhuǎn)矩。 當(dāng)090時(shí)，轉(zhuǎn)

3、子遭到的作用力可以分解為一個(gè)徑向分量和一個(gè)切向分量，其中切向分量產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。 當(dāng)=90時(shí)轉(zhuǎn)子只遭到切向力的作用，電磁轉(zhuǎn)矩最大，稱為最大同步轉(zhuǎn)矩。 6項(xiàng)目項(xiàng)目5 5 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng) 圖6-7-2 永磁式同步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩(a) =0; (b) 090; (c) =90 (a)(b)(c)7項(xiàng)目項(xiàng)目5 5 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng) 因此，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩添加時(shí)，穩(wěn)定后的轉(zhuǎn)速n雖然不變， 卻相應(yīng)增大。假設(shè)負(fù)載轉(zhuǎn)矩超越最大同步轉(zhuǎn)矩900) ，電動(dòng)機(jī)就會(huì)帶不動(dòng)負(fù)載，轉(zhuǎn)速便會(huì)下降即而出現(xiàn)所謂的失步景象，直到轉(zhuǎn)速下降為零。 8項(xiàng)目項(xiàng)目5 5 數(shù)控機(jī)床的

4、進(jìn)給伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)永磁同步電機(jī)的優(yōu)缺陷永磁同步電機(jī)的優(yōu)缺陷l 優(yōu)點(diǎn)：l 1轉(zhuǎn)速與電壓頻率嚴(yán)峻同步；l 2功率因數(shù)高到1.0；l 存在的問題：l 1起動(dòng)困難；l 2重載時(shí)有振蕩，甚至存在失步危險(xiǎn)；9項(xiàng)目項(xiàng)目5 5 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)p對(duì)于起動(dòng)問題：p 經(jīng)過變頻電源頻率的平滑調(diào)理，使電機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸上升，實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)。p對(duì)于振蕩和失步問題 ：p 由于采用頻率閉環(huán)控制，同步轉(zhuǎn)速可以跟著頻率改動(dòng)，于是就不會(huì)振蕩和失步了。 問題處置思緒問題處置思緒10項(xiàng)目項(xiàng)目5 5 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng) 他控變頻調(diào)速系統(tǒng)他控變頻調(diào)速系統(tǒng) 用獨(dú)立的變壓變頻安裝給

5、同步電動(dòng)機(jī)用獨(dú)立的變壓變頻安裝給同步電動(dòng)機(jī)供電的系統(tǒng)。供電的系統(tǒng)。 自控變頻調(diào)速系統(tǒng)自控變頻調(diào)速系統(tǒng) 用電動(dòng)機(jī)本身軸上所帶轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)用電動(dòng)機(jī)本身軸上所帶轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器提供的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)來控制變壓變頻安器提供的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)來控制變壓變頻安裝換相時(shí)辰的系統(tǒng)。裝換相時(shí)辰的系統(tǒng)。 11項(xiàng)目項(xiàng)目5 5 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)二、他控變頻調(diào)速系統(tǒng)二、他控變頻調(diào)速系統(tǒng)按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的矢量控制系統(tǒng)按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的矢量控制系統(tǒng) 根本原理和異步電動(dòng)機(jī)矢量控制類似，也是經(jīng)根本原理和異步電動(dòng)機(jī)矢量控制類似，也是經(jīng)過坐標(biāo)變換，把同步電動(dòng)機(jī)等效成直流電動(dòng)機(jī)，過坐標(biāo)變換，把同步電動(dòng)機(jī)等效成直流電動(dòng)機(jī)

6、，再模擬直流電動(dòng)機(jī)的控制方法進(jìn)展控制。再模擬直流電動(dòng)機(jī)的控制方法進(jìn)展控制。12項(xiàng)目項(xiàng)目5 5 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)無刷直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)原理和直流電動(dòng)機(jī)是等效的。無刷直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)原理和直流電動(dòng)機(jī)是等效的。無刷直流電動(dòng)機(jī)采用電子逆變器和轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)無刷直流電動(dòng)機(jī)采用電子逆變器和轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器，用靜止的電子換向電路替代了機(jī)械式的電刷器，用靜止的電子換向電路替代了機(jī)械式的電刷和換向器。和換向器。在無刷直流電動(dòng)機(jī)中，三相繞組通入的方波驅(qū)動(dòng)電在無刷直流電動(dòng)機(jī)中，三相繞組通入的方波驅(qū)動(dòng)電流具有雙極性、方波寬度為流具有雙極性、方波寬度為120120。角度、三相電。角度、三相電流相位

7、差流相位差120120。電角度的特性。三相繞組方波電。電角度的特性。三相繞組方波電流由流由V1V1V6V6大功率晶體管組的逆變器生成。大功率晶體管組的逆變器生成。三、自控變頻調(diào)速系統(tǒng)三、自控變頻調(diào)速系統(tǒng)1 1、無刷直流電動(dòng)機(jī)的方波電流驅(qū)動(dòng)、無刷直流電動(dòng)機(jī)的方波電流驅(qū)動(dòng)13項(xiàng)目項(xiàng)目5 5 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)14項(xiàng)目項(xiàng)目5 5 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng) 每每6060度時(shí)度時(shí),V1V6,V1V6導(dǎo)通外形改動(dòng)一導(dǎo)通外形改動(dòng)一次次, ,定子三相繞定子三相繞組中電流外形改組中電流外形改動(dòng)一次動(dòng)一次, ,定子磁定子磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)6060度，轉(zhuǎn)度，轉(zhuǎn)子也步進(jìn)子也步

8、進(jìn)6060度。度。15項(xiàng)目項(xiàng)目5 5 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng) 無刷直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制是無刷直流電動(dòng)機(jī)在無刷直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制是無刷直流電動(dòng)機(jī)在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速外形下，根據(jù)速度給定指令的大小，恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速外形下，根據(jù)速度給定指令的大小，經(jīng)速度和電流調(diào)理，經(jīng)過經(jīng)速度和電流調(diào)理，經(jīng)過PWMPWM控制，換向邏輯控制控制，換向邏輯控制電路輸出的基極驅(qū)動(dòng)脈沖頻率發(fā)生變化，從而使電路輸出的基極驅(qū)動(dòng)脈沖頻率發(fā)生變化，從而使逆變器輸出的方波電流頻率也隨之變化，最終實(shí)逆變器輸出的方波電流頻率也隨之變化，最終實(shí)現(xiàn)調(diào)速的目的。現(xiàn)調(diào)速的目的。 和直流電動(dòng)機(jī)改動(dòng)電樞電壓極性從而改動(dòng)轉(zhuǎn)向的和直流電動(dòng)機(jī)改動(dòng)

9、電樞電壓極性從而改動(dòng)轉(zhuǎn)向的控制不同，無刷直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向控制是根據(jù)速控制不同，無刷直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向控制是根據(jù)速度給定指令中的方向信號(hào)，經(jīng)邏輯換向控制，使度給定指令中的方向信號(hào)，經(jīng)邏輯換向控制，使逆變器中的大功率晶體管的通斷順序發(fā)生改動(dòng)，逆變器中的大功率晶體管的通斷順序發(fā)生改動(dòng)，從而改動(dòng)三相通電順序，使定子磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向改動(dòng)，從而改動(dòng)三相通電順序，使定子磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向改動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向控制。實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向控制。16項(xiàng)目項(xiàng)目5 5 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng) 首先，交流永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)距表達(dá)式首先，交流永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)距表達(dá)式 T= KT I T= KT I 式中式中 KT K

10、T是比例系數(shù)是比例系數(shù) I I是定子電流幅值是定子電流幅值 是轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)寝D(zhuǎn)子磁鏈 由于由于KTKT是常數(shù)，是常數(shù)，是轉(zhuǎn)子磁鏈，對(duì)于同一電機(jī)來是轉(zhuǎn)子磁鏈，對(duì)于同一電機(jī)來說以為是常數(shù)。因此電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與正比于定說以為是常數(shù)。因此電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與正比于定子電流幅值，控制定子電流幅值就能很好地控制子電流幅值，控制定子電流幅值就能很好地控制轉(zhuǎn)矩，和直流電動(dòng)機(jī)完全一樣。轉(zhuǎn)矩，和直流電動(dòng)機(jī)完全一樣。2 2、正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)的自控變頻、正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)的自控變頻17項(xiàng)目項(xiàng)目5 5 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)的自控變頻系統(tǒng)正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)的自控變頻系統(tǒng)18項(xiàng)目

11、項(xiàng)目5 5 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng) 由電機(jī)轉(zhuǎn)子上的位置檢測(cè)安裝測(cè)的轉(zhuǎn)子位置角由電機(jī)轉(zhuǎn)子上的位置檢測(cè)安裝測(cè)的轉(zhuǎn)子位置角，經(jīng)正弦信號(hào)發(fā)生器得到三個(gè)正弦波位置信號(hào)分別為：經(jīng)正弦信號(hào)發(fā)生器得到三個(gè)正弦波位置信號(hào)分別為： a=sin a=sin b=sin(-1200) b=sin(-1200) c=sin(+1200) c=sin(+1200) 速度指令速度指令UnUn* *與反響指令與反響指令UnUn比較后比較后, ,經(jīng)過速度調(diào)理器經(jīng)過速度調(diào)理器ASRASR輸出轉(zhuǎn)矩指令輸出轉(zhuǎn)矩指令T T* *，T T* *與電流與電流I I* *成正比，在乘法成正比，在乘法器中與器中與a a、b b、c c相乘得到三相電流信號(hào)相乘得到三相電流信號(hào) iU iU* *= Isin= Isin iV iV* *= Isin(-1200)= Isin(-1200) iW iW* *= Isin(-1200)= Isin(-1200)19項(xiàng)目項(xiàng)目5 5 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)三相電流指令三相電流指令i i* *U U、i i* *V V、i i* *W W 在與電流檢測(cè)反在與電流檢測(cè)反響信號(hào)響信號(hào)iUiU、iViV、iWiW比較后，經(jīng)過電流調(diào)理器比較