永磁同步電機矢量控制原理

1、永磁同步電機矢量控制原理1.永磁同步電動機簡介永磁式同步電動機結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、損耗小、效率高，和直流電機相比，它沒有直流電機的換向器和電刷等缺點。和其他類型交流電動機相比，它由于沒有勵磁電流，因而效率高，功率因數(shù)高，力矩慣量比較大，定子電流和定子電阻損耗減小，且轉(zhuǎn)子參數(shù)可測、控制性能好；但它與異步電機相比，也有成本高、起動困難等缺點。和普通同步電動機相比，它省去了勵磁裝置，簡化了結(jié)構(gòu)，提高了效率。永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高精度、高動態(tài)性能、大范圍的調(diào)速或定位控制，因此永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)引起了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。近些年，人們對它的研究也越來越感興趣，在醫(yī)療器械、化工、輕

2、紡、數(shù)控機床、工業(yè)機器人、計算機外設(shè)、儀器儀表、微型汽車和 電動自行車等領(lǐng)域中都獲得應(yīng)用。1.1 永磁同步電機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)永磁同步電機的基本組成：定子繞組、轉(zhuǎn)子、機體。定子繞組通過三相交流電，產(chǎn)生與電源頻率同步的旋轉(zhuǎn)磁場。轉(zhuǎn)子是用永磁材料做成的永磁體，它在定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，開始旋轉(zhuǎn)。2.坐標(biāo)變換2.1 坐標(biāo)變換坐標(biāo)變換，從數(shù)學(xué)角度看，就是將方程中原來的一組變量，用一組新的變量來代替。線性變換是指這種新舊變量之間存在線性關(guān)系。電動機中用到的坐標(biāo)變換都是線性變換。在永磁同步電機中存在兩種坐標(biāo)系，一種是固定在定子上的它相對我們是靜止的，即：, 坐標(biāo)系，它的方向和定子三相繞組的位置相對固定

3、，它的方向定位于定子繞組 A 相的產(chǎn)生磁勢的方向，另一種是固定在轉(zhuǎn)子上的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，我們通常稱之為 d,q坐標(biāo)，其中 d 軸跟單磁極的 N 極方向相同，即和磁力線的方向相同，q 軸超前 d 軸 90 度下圖所示。在矢量控制中，我們獲取的是定子繞組上的三相電流，所以我們還需要做的一個問題是怎么把三相電流產(chǎn)生的電流矢量等效到,坐標(biāo)系中和 d,q 坐標(biāo)系中去。先討論,坐標(biāo)系和 A，B，C 三相之間的變換（以電流為例）。對于任意矢量有：同時有：把電流在上圖進(jìn)行分解的得：分別是向量在軸軸 A 軸 B 軸和 C 軸上的投影?？紤]到電樞繞組在不同坐標(biāo)系的合成磁勢相等和功率不變等因數(shù)，需要在它前面加了個系數(shù)。

4、/dq（Park變換）和其逆變換如下：由于矢量控制能為永磁同步電機帶來像直流電機一樣的調(diào)速性能，而矢量控制又是建立在坐標(biāo)變換理論下的體系，因此我們有必要討論一下永磁同步電機在 d，q坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。其電路方程如下：轉(zhuǎn)矩方程如下：在永磁同步電機中通常采用 id = 0，所以：可見電磁轉(zhuǎn)矩和 q 軸電流成正比，只要對電流進(jìn)行控制就達(dá)到了控制轉(zhuǎn)矩的目的。同時這樣也能保證最大的輸出轉(zhuǎn)矩。其運動方程如下：其中TL,J 分別為電機的阻轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量。3 矢量控制原理介紹矢量控制亦稱磁場定向控制(FOC),其基本思路是:通過坐標(biāo)變換實現(xiàn)模擬直流電機的控制方法來對永磁同步電機進(jìn)行控制,其實現(xiàn)步驟

5、如下：一、根據(jù)磁勢和功率不變的原則通過正交變換,將三相靜止坐標(biāo)變換成二相靜止坐標(biāo)，也就是 Clarke 變換，將三相的電流先轉(zhuǎn)變到靜止坐標(biāo)系，再通過旋轉(zhuǎn)變換將二相靜止坐標(biāo)變成二相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)，也就是 Park 變換，Park 變換中定子電流矢量被分解成按轉(zhuǎn)子磁場定向的 2 個直流分量 id、iq(其中 id 為勵磁電流分量,iq 為轉(zhuǎn)矩電流分量)。二、通過控制器對其速度電流環(huán)進(jìn)行控制,控制 id 就相當(dāng)于控制磁通,而控制 iq 就相當(dāng)于控制轉(zhuǎn)矩。Iq 調(diào)節(jié)參考量是由速度控制器給出，經(jīng)過電流環(huán)調(diào)節(jié)后得出其 d，q 軸上的電壓分量即 ud 和 uq。.三、控制量 ud 和 uq 通過 Park 逆變換

6、。四、根據(jù)SVPWM 空間矢量合成方法實現(xiàn)矢量控制量輸出，達(dá)到矢量控制的目的。4 SVPWM產(chǎn)生原理SVPWM 是空間電壓矢量 PWM 波產(chǎn)生，它具有電壓利用率高、低諧波成分、開關(guān)次數(shù)少和功率管功耗小等特點。同時，SVPWM 還能很好的結(jié)合矢量控制算法，為矢量控制得實現(xiàn)提供很好的途徑，以最大限度的發(fā)揮設(shè)備的性能。因此被越來越多的變頻設(shè)備所采用。41電壓空間矢量SVPWM技術(shù)的基本原理電壓矢量與磁鏈?zhǔn)噶康年P(guān)系: 當(dāng)用三相平衡的正弦電壓向交流電機供電時，電動機的定子磁鏈空間矢量幅值恒定，并以恒速旋轉(zhuǎn)，磁鏈?zhǔn)噶康倪\動軌跡形成圓形的空間旋轉(zhuǎn)磁場(磁鏈圓)。因此如果有一種方法，使得逆變電路能向交流電動機

7、提供可變頻、并能保證電動機形成定子磁鏈圓，就可以實現(xiàn)交流電動機的變頻調(diào)速。電壓空間矢量是按照電壓所加在繞組上的空間位置來定的。電動機的三相定子繞組可以定義一個三相平面靜止坐標(biāo)系：這是一個特殊的坐標(biāo)系，它有三個軸,互相間隔120度，分別代表三個相。三相定子相電壓Ua, Ub, Uc,分別施加在三相繞組上，形成三個相電壓空間矢量Ua, Ub, Uc,它們的方向始終在各相的軸線上，大小則隨著時間按正弦規(guī)律變化。因此，三個相電壓空間矢量相加所形成的一個合成電壓空間矢量是一個以電源角頻率w速度旋轉(zhuǎn)的空間矢量。同樣的，也可以定義電流和磁鏈的空間矢量I和 。因此有：當(dāng)轉(zhuǎn)速不是很低的時候，定子電阻R的壓降相對

8、較小。該式說明，當(dāng)磁鏈幅值一定時，u的大小與成正比，或者說供電電壓與頻率f成正比。其方向是磁鏈軌跡方向的切線方向。當(dāng)磁鏈?zhǔn)噶吭诳臻g旋轉(zhuǎn)一周時，電壓矢量也連續(xù)地按磁鏈圓的切線方向運動2弧度，其運動軌跡與磁鏈圓重合。這樣，電動機旋轉(zhuǎn)磁場的形狀問題就可轉(zhuǎn)化為電壓空間矢量運動軌跡的形狀問題來討論。永磁同步電機的矢量控制原理本質(zhì)上就是圍繞著如何建立一個旋轉(zhuǎn)的空間磁場，電機轉(zhuǎn)動實質(zhì)上就是空間磁場的轉(zhuǎn)動。附錄資料：不需要的可以自行刪除透水混凝土工藝流程一、透水混凝土地坪簡介：透水混凝土地坪系統(tǒng)是一種多孔、輕質(zhì)、無細(xì)骨料混凝土，由粗骨料表面包覆一層膠結(jié)料相互粘結(jié)而形成孔穴均勻分布的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，故具有透水、透氣

9、和質(zhì)量輕的特點；透水混凝土作為環(huán)境負(fù)荷減少型混凝土，具有與普通混凝土不同的特點即容重小、水毛細(xì)現(xiàn)象不顯著、透水性大，膠結(jié)材料用量少、施工簡單、綠色環(huán)保型和生態(tài)型的道路材料；透水混凝土地坪整體美觀，透水效果良好，雨水收集充分，具有良好的經(jīng)濟效益和生態(tài)環(huán)境效益，同時透水混凝土具有吸聲降噪、抗洪澇災(zāi)害、緩解城市的“熱島效應(yīng)”等作用；對于恢復(fù)不斷遭受破壞的生態(tài)環(huán)境是一種創(chuàng)造性的材料，將對人類的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。 二、透水混凝土地坪的性能及其優(yōu)點：吸收車輛行駛時產(chǎn)生的噪音，創(chuàng)造安靜舒適的生活和交通環(huán)境；雨天防止路面積水和夜間路面反光，提高了車輛、行人的通行舒適性與安全性；增加城市可透水、透氣面積，加強

10、混凝土內(nèi)部水份與地表和空氣的熱量交換，有效調(diào)節(jié)城市氣候，降低地表溫度，有利于緩解城市“熱島現(xiàn)象”；它能夠增加滲入地表的雨水，緩解地下水位急劇下降等一些城市的生態(tài)環(huán)境問題。透水混凝土地坪整體性強，使用壽命長，近似于普通混凝土的使用年限；同時又彌補了透水磚的整體性差、高低不平、易松動、使用周期短等不足。透水混凝土地坪擁有系列經(jīng)典的色彩搭配方案，能夠配合設(shè)計師的創(chuàng)意及業(yè)主的特殊要求，實現(xiàn)不同環(huán)境、不同風(fēng)格和個性要求的裝飾創(chuàng)意，是其它地面材料無法比擬的。透水性混凝土地坪適用于市政、園林、公園、人行道、體育場館、停車場、小區(qū)、商業(yè)廣場和文化設(shè)施等地面領(lǐng)域的理想選擇。三、透水混凝土的工藝流程及基層處理：1

11、、工藝流程圖：2、基層處理：a、根據(jù)施工現(xiàn)場的條件結(jié)合圖紙及透水混凝土的結(jié)構(gòu)進(jìn)行開挖土方，放出邊線樁，對不同路段采取不同的施工方法。b、路槽達(dá)到設(shè)計標(biāo)高后，用平地機整平，刮出路拱，并預(yù)留壓實量，最后用壓路機壓實，填土壓實作業(yè)采用重型振動壓路機、按照先輕、后重的方法分層壓實，按照填土壓實密實度標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行碾壓。壓實前進(jìn)行檢查并確認(rèn)填土層厚度、平整度和含水量符合要求后，才能進(jìn)行碾壓。壓路機碾壓不到的地方采用小型壓實機械夯實，做到壓實均勻，沒有漏壓、死角，然后檢查壓實度，等待鋪筑級配砂石。四、級配砂石墊層的施工：填筑流程及方法：流程：采用“三階段、四區(qū)段、八流程”施工流程組織施工。方法：采用挖掘機裝填料

12、，自卸汽車運輸，推土機攤鋪，平地機整平，壓路機壓實，核子密度儀檢測密實度。施工：路基按平行線控制填土標(biāo)高，分層進(jìn)行攤鋪，松鋪厚度不大于300mm。（級配的厚度根據(jù)圖紙及設(shè)計要求而定）每層、每側(cè)填料鋪設(shè)寬度超過填層設(shè)計寬度200mm，確保修整路基邊后，路的邊緣必須要有足夠的壓實度。五、透水混凝工藝流程：對各種施工機具做全面檢查，經(jīng)調(diào)試證明處于性能良好狀態(tài)，機械數(shù)量足夠，施工能力配套，重要機械宜有備用設(shè)備。如：攪拌機、混凝土滾平機、運輸車、鏟車、手推車、路面切割機、平鐵锨、耙子、墩錘、手錘、鋁合金杠尺、3m直尺、水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀、鋼尺、橡皮錘、小線等。1、 施工要點：a、測量放線b、應(yīng)嚴(yán)格按照圖紙設(shè)

13、計要求布設(shè)控制線和軸線；c、開工測量：開工前測量人員首先熟悉圖紙作好交接樁工作。對甲方提供導(dǎo)線點和水準(zhǔn)點加固保護，進(jìn)行栓樁，并作好點標(biāo)記。 d、測量資料由專人負(fù)責(zé)，并及時對基線進(jìn)行復(fù)核，如有較大的變化請監(jiān)理工程師認(rèn)可后使用。2、模板支設(shè)：根據(jù)圖紙設(shè)計要求結(jié)合現(xiàn)場實際條件放線支模板。使用竹膠板及鋼模板支設(shè)直路模板時，背后要用木方做背楞，確保模板內(nèi)側(cè)及上表面成直線，支護鋼筋嵌入基層深度不得少于200mm，內(nèi)側(cè)鋼筋嚴(yán)禁高出模板上表面，支護鋼筋間距不得大于500mm，待模板全部支完后必須重新檢查一遍模板的平整度及標(biāo)高。3、透水混凝土攪拌、運輸：a. 現(xiàn)場攪拌站的建立原材料的堆放按照方便上料、最節(jié)省空間

14、為原則進(jìn)行放置。攪拌機占地約20m2，水泥、石子儲備的數(shù)量至少為每天施工數(shù)量的3倍，各種助劑需有庫房存放。攪拌站占地約300 m2。b. 現(xiàn)場攪拌工藝及運輸計量：現(xiàn)場設(shè)置地磅。配合比嚴(yán)格按設(shè)計要求執(zhí)行，每罐計量水泥按整袋進(jìn)行設(shè)計，石子用小推車稱量，各種助劑在桶類容器里進(jìn)行精確計量；為了計量快捷，可在第一次稱量后在車、桶里畫上明顯標(biāo)線，但每次仍須稱量。 攪拌：將碎石、水泥和助劑放在攪拌機里進(jìn)行攪拌1分鐘左右后視拌合物的工作性適當(dāng)加水，直到拌合物達(dá)到要求為止。運輸：拌合物由工程車或手推出運至施工地點。4、透水混凝土鋪筑：a. 基層處理：清掃基層表面，表面應(yīng)無塵土、樹枝、紙屑等雜物，并在攤鋪前潤濕基

15、層表面。b. 布料：透水混凝土攤鋪時應(yīng)考慮振實預(yù)留高度。透水混凝土采用人工布料時，應(yīng)用鐵鍬反扣，嚴(yán)禁拋擲。透水混凝土攤鋪時間長于30min或遇大風(fēng)天氣時，現(xiàn)場混凝土要及時覆蓋塑料布，防止透水混凝土水分過快散失。c. 振搗：素色層透水混凝土布料完成后，用刮杠刮平，并用平板振搗器進(jìn)行振搗，振搗完成后攤鋪面層彩色透水混凝土或彩色露骨料透水混凝土，然后刮平，對缺料的地方及時補料，并用透水混凝土專用設(shè)備進(jìn)行表面振搗及整平，直至與模板等高為止。d. 表面修整：對碾壓后的路面應(yīng)及時修飾透水混凝土的邊角，對于缺料的部位應(yīng)填料修整，對于較干部位可先均勻噴灑一層水，再加料修整。e. 透水混凝土露骨料時，在表面平整

16、、密實度達(dá)到要求后對表面均勻的噴刷一遍清洗劑，然后覆蓋塑料薄膜；在噴刷完成后68小時（根據(jù)天氣情況而定）采用高壓水槍對表面沖洗，沖洗時注意清洗劑必須要清洗干凈但不能出現(xiàn)掉子等現(xiàn)象；f.養(yǎng)護：透水混凝土表面修整完畢后，應(yīng)及時少量噴水并覆蓋塑料薄膜進(jìn)行養(yǎng)護，養(yǎng)護周期和普通混凝土相同，養(yǎng)護期間應(yīng)在路面周圍設(shè)置圍擋，嚴(yán)禁上人，上車。5、路面切縫、填縫：透水混凝土路面養(yǎng)護5天后開始切割伸縮縫，相關(guān)要求如下：縮縫面層間距6m，縫寬5-8mm，縫深貫穿至整個面層；脹縫面層間距12m或18m，縫寬20-30mm，縫深貫穿至整個面層；伸縮縫基層間距6m，縫寬20-30，縫深貫穿至整個基層；與其它工作面（基礎(chǔ)不同）、建筑立體交接處，設(shè)置沉降縫，縫寬15-20mm，縫深貫穿混凝土，達(dá)到級配砂石層；與路緣石的交接處同樣設(shè)置橫向脹縫，透水砼澆筑前采用4泡沫板對路緣石內(nèi)立面進(jìn)行粘貼。使用擠塑板對素色基層部分進(jìn)行填充，彩色面層先采用泡沫棒填充底部，表面采用聚氨酯膠粘石子填充。6、噴涂封閉劑：以上所有的工序施工完畢