交流永磁同步電機(jī)變頻控制

1、交流永磁同步電機(jī)變頻控制交流永磁同步電機(jī)變頻控制磁滯式永磁式同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子由永久磁鋼制成，結(jié)構(gòu)形式可以是凸極式，也可以是隱極式。隱極式電機(jī)氣隙均勻，凸極式則不均勻，但凸極效應(yīng)能產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩。思考：哪個(gè)是凸極式哪個(gè)是隱極式？圖6-7-1l工作原理： 定子繞組與三相電源接通后可以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，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)磁場以同一速度旋轉(zhuǎn)起來。 l顯然，改變磁極對數(shù)P可以實(shí)現(xiàn)有級調(diào)速，且P較大時(shí)，成為低速電機(jī)；而改變f可以實(shí)現(xiàn)無級平滑調(diào)速。pfn60 同步電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的大小與定、 轉(zhuǎn)子磁場軸線之間的夾角的大小有關(guān)。 如圖6-7-2所示。對

2、于磁極對數(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)子只受到徑向力的作用，不會(huì)形成電磁轉(zhuǎn)矩。 當(dāng)090時(shí)，轉(zhuǎn)子受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)子只受到切向力的作用，電磁轉(zhuǎn)矩最大，稱為最大同步轉(zhuǎn)矩。 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) 因此，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩增加時(shí)，穩(wěn)定后的轉(zhuǎn)速n雖然不變， 卻相應(yīng)增大。如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩超過最大同步轉(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)所謂的失步現(xiàn)象，直到轉(zhuǎn)速下降為零。 永磁同步電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)永磁同步電

3、機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)l 優(yōu)點(diǎn)：（1）轉(zhuǎn)速與電壓頻率嚴(yán)格同步；（2）功率因數(shù)高到1.0；l 存在的問題：（1）起動(dòng)困難；（2）重載時(shí)有振蕩，甚至存在失步危險(xiǎn)；p對于起動(dòng)問題： 通過變頻電源頻率的平滑調(diào)節(jié)，使電機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸上升，實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)。p對于振蕩和失步問題 ： 由于采用頻率閉環(huán)控制，同步轉(zhuǎn)速可以跟著頻率改變，于是就不會(huì)振蕩和失步了。 問題解決思路問題解決思路 他控變頻調(diào)速系統(tǒng)他控變頻調(diào)速系統(tǒng) 用獨(dú)立的變壓變頻裝置給同步電動(dòng)機(jī)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)子位置檢測器提供的轉(zhuǎn)子位置信號來控制變壓變頻裝置換相時(shí)刻的系統(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

4、場定向的矢量控制系統(tǒng)按轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制系統(tǒng) 基本原理和異步電動(dòng)機(jī)矢量控制相似，也是通過坐標(biāo)變換，把同步電動(dòng)機(jī)等效成直流電動(dòng)機(jī)，再模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制方法進(jìn)行控制。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)子位置檢測無刷直流電動(dòng)機(jī)采用電子逆變器和轉(zhuǎn)子位置檢測器，用靜止的電子換向電路代替了機(jī)械式的電刷器，用靜止的電子換向電路代替了機(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)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、方波寬度為電流具有雙極性、方波寬度為120120。

5、角度、三相電角度、三相電流相位差流相位差120120。電角度的特性。三相繞組方波電流電角度的特性。三相繞組方波電流由由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) 每每6060度時(shí)度時(shí),V1V6,V1V6導(dǎo)通狀態(tài)改變一導(dǎo)通狀態(tài)改變一次次, ,定子三相繞定子三相繞組中電流狀態(tài)改組中電流狀態(tài)改變一次變一次, ,定子磁定子磁場轉(zhuǎn)動(dòng)場轉(zhuǎn)動(dòng)6060度，轉(zhuǎn)度，轉(zhuǎn)子也步進(jìn)子也步進(jìn)6060度。度。 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)

6、機(jī)在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速狀態(tài)下，根據(jù)速度給定指令的大小，恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速狀態(tài)下，根據(jù)速度給定指令的大小，經(jīng)速度和電流調(diào)節(jié)，通過經(jīng)速度和電流調(diào)節(jié)，通過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)改變電樞電壓極性從而改變轉(zhuǎn)向的和直流電動(dòng)機(jī)改變電樞電壓極性從而改變轉(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，經(jīng)邏輯換向控制，使度給定指令中

7、的方向信號，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)生改變，逆變器中的大功率晶體管的通斷順序發(fā)生改變，從而改變?nèi)嗤婍樞?，使定子磁場的轉(zhuǎn)向改變，從而改變?nèi)嗤婍樞?，使定子磁場的轉(zhuǎn)向改變，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。 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= K T= KT T I I 式中式中 K KT 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K KT T是常數(shù)，是常數(shù)，是轉(zhuǎn)子磁鏈，對于同一電機(jī)來說是轉(zhuǎn)子磁鏈，對于同一電機(jī)來說認(rèn)為是常數(shù)。因此電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與正比于定子認(rèn)為是常

8、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轉(zhuǎn)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。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 由電機(jī)轉(zhuǎn)子上的位置檢測裝置測的轉(zhuǎn)子位置角由電機(jī)轉(zhuǎn)子上的位置檢測裝置測的轉(zhuǎn)子位置角，經(jīng)正弦信號發(fā)生器得到三個(gè)正弦波位置信號分別為：經(jīng)正弦信號發(fā)生器得到三個(gè)正弦波位置信號分別為： a=sin a=sin b=sin(-120 b=sin(-1200 0) ) c=sin(+120 c=sin(+1200 0) ) 速度指令速度指令UnUn* *與反饋指令與反饋

9、指令UnUn比較后比較后, ,通過速度調(diào)節(jié)器通過速度調(diào)節(jié)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相乘得到三相電流信號 i iU U* *= Isin= Isin i iV V* *= Isin(-120= Isin(-1200 0) ) i iW W* *= Isin(-120= Isin(-1200 0) )三相電流指令三相電流指令i i* *U U、i i* *V V、i i* *W W 在與電流檢測反饋在與電流檢測反饋信號信號i iU U、i iV V、i iW W比較后，通過電流調(diào)節(jié)器比較后，通過電流調(diào)節(jié)器ACRACR得得到正弦波控制信號，然后經(jīng)到正弦波控制信號，然后經(jīng)