同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)

同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)第1頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月兩種變頻調(diào)速方式同步電機(jī)變頻調(diào)速按控制方式可分為自控式和他控式兩種。他控式；裝置與電機(jī)是獨(dú)立的。變頻裝置的輸出頻率由轉(zhuǎn)速給定決定，由于同步關(guān)系，這時(shí)系統(tǒng)一般為開(kāi)環(huán)，所依據(jù)的原理是VVVF。控制簡(jiǎn)單，但存在轉(zhuǎn)子振蕩和失步問(wèn)題。

第2頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月自控式自控式：變頻裝置與電機(jī)非獨(dú)立，變頻裝置的輸出頻率是依據(jù)電動(dòng)機(jī)軸上所帶的轉(zhuǎn)子位置決定。組成電源頻率自動(dòng)跟蹤轉(zhuǎn)子位置的閉環(huán)系統(tǒng)。由于同步電機(jī)供電頻率受轉(zhuǎn)子位置的控制即定子磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相等，始終保持同步，因此不會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)子振蕩和失步的隱患。第3頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月自控式系統(tǒng)構(gòu)成：自控式同步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)主要由同步電動(dòng)機(jī)、逆變單元、轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器和控制單元構(gòu)成。第4頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月自控式同步電機(jī)的起動(dòng)電機(jī)起動(dòng)之前，同步電機(jī)靜止，轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器檢測(cè)出轉(zhuǎn)子的初始位置，d軸與A軸的初始夾角為。第5頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月起動(dòng)分析：在三相繞組中通入如下電流：(6.1)定子合成磁勢(shì)為：(6.2)第6頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月起動(dòng)分析（2）：此時(shí)，同步電機(jī)的靜止起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為：(6.3)如果電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，則電機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)起動(dòng)后，角速度為，必須有：(6.4)第7頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月起動(dòng)分析（3）:起動(dòng)過(guò)程為：檢測(cè)轉(zhuǎn)子初始位置；根據(jù)負(fù)載大小確定初始電流的大小和相位；在起動(dòng)過(guò)程中根據(jù)轉(zhuǎn)子速度來(lái)給出定子電流頻率，從而保證正常起動(dòng)。第8頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月調(diào)速原理：式（6.3）第9頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.2轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)準(zhǔn)確可靠的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)是自控式同步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行的必要條件。轉(zhuǎn)子檢測(cè)一般采用無(wú)接觸式，常用的轉(zhuǎn)子檢測(cè)型式：電磁式、磁敏式、光電式和間接式等。電磁式子位置檢測(cè)方法通過(guò)與轉(zhuǎn)子同軸旋轉(zhuǎn)的凸凹圓盤(pán)來(lái)改變檢測(cè)元件的電磁關(guān)系，從而達(dá)到檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置的目的。電磁檢測(cè)方法又可分為差動(dòng)變壓器式和接近開(kāi)關(guān)式兩種。第10頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月差動(dòng)變壓器式位置檢測(cè)方法（1）第11頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月差動(dòng)變壓器式位置檢測(cè)方法（2）該方法裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作較為可靠，所以應(yīng)用較廣。但這種位置檢測(cè)是粗精度的。第12頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光電式轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)方法就是利用光電元件進(jìn)行位置檢測(cè)。1、簡(jiǎn)單式位置檢測(cè)：用光電元件代替電磁元件進(jìn)行位置檢測(cè)。第13頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、絕對(duì)式光電位置檢測(cè)采用絕對(duì)式光電碼盤(pán)。較適合于負(fù)載換相同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。第14頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、增量式光電碼盤(pán)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)方法第15頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月增量式光電碼盤(pán)位置檢測(cè)增量式光電碼盤(pán)檢測(cè)位置精度高，信號(hào)質(zhì)量好，在高性能同步電機(jī)調(diào)速中廣泛應(yīng)用。但采用增量式光電碼盤(pán)時(shí)初始位置的確定比較關(guān)鍵。目前廣泛采用的是：簡(jiǎn)單式＋增量式的方法。增量式光電碼盤(pán)還可用于電機(jī)速度的檢測(cè)。常用的速度檢測(cè)方法有M法和T法。M法：通過(guò)測(cè)量一定周期內(nèi)脈沖的個(gè)數(shù)來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)速，適用于高速測(cè)量。T法：通過(guò)測(cè)量脈沖的周期來(lái)計(jì)算電機(jī)的轉(zhuǎn)速，適用于低速測(cè)量。第16頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月間接式轉(zhuǎn)子位置測(cè)量方法通過(guò)利用電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)間接檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置。一般分兩種：端電壓檢測(cè)法和電壓模型法。端電壓法：用于負(fù)載換相系統(tǒng)，每相端電壓在一個(gè)周期內(nèi)兩次過(guò)零點(diǎn)，以此來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置。電壓模型法：根據(jù)模型計(jì)算出磁場(chǎng)的大小和方位，間接獲得轉(zhuǎn)子位置。第17頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.3同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)舉例一、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)第18頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、PMSM變頻調(diào)速系統(tǒng)第19頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月直流調(diào)節(jié)的PMSM調(diào)速系統(tǒng)第20頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、負(fù)載換相的同步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)采用晶閘管作為功率器件。采用電流源型逆變器。大容量。第21頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.4無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)（BLDCM）控制系統(tǒng)一、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)BLDCM的數(shù)學(xué)模型1、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)BLDCM的基本特點(diǎn)BLDCM的構(gòu)成：定子三相繞組、轉(zhuǎn)子、變頻器和位置sensor。轉(zhuǎn)子采用永磁體（一般采用稀土永磁材料），經(jīng)特殊磁路設(shè)計(jì)，可獲得梯形的氣隙磁場(chǎng)，定子采用整距集中繞組，由變頻器供方波電流。第22頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月BLDCM的基本特點(diǎn)氣隙磁場(chǎng)感應(yīng)的反電動(dòng)勢(shì)和供電電流關(guān)系：氣隙磁場(chǎng)感應(yīng)的反電動(dòng)勢(shì)波形為梯形波，包含較多的高次諧波。第23頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、BLDCM的數(shù)學(xué)模型由于稀土永磁材料的導(dǎo)磁率很低，轉(zhuǎn)子的磁阻很高，可忽略轉(zhuǎn)子的影響，可得BLDCM的定子電壓平衡方程式為：(6.5)第24頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月BLDCM的數(shù)學(xué)模型（2）BLDCM的轉(zhuǎn)子磁阻不隨轉(zhuǎn)子位置變化，假定電機(jī)三相對(duì)稱(chēng)，則有：(6.5)式可重寫(xiě)為：(6.6)第25頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月BLDCM的數(shù)學(xué)模型（3）由于電機(jī)三相對(duì)稱(chēng)，即：(6.6)式可簡(jiǎn)化為：(6.7)第26頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月BLDCM的數(shù)學(xué)模型（4）電磁轉(zhuǎn)矩方程為：(6.8)BLDCM的等效電路圖為：第27頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、BLDCM控制系統(tǒng)1、三相BLDCM的控制方式第28頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月A:電機(jī)三相Y連接的兩兩導(dǎo)通方式兩兩導(dǎo)通方式是指每一瞬間最多只有兩只開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，每隔60度電角度換相一次，每次換相一個(gè)開(kāi)關(guān)，每個(gè)開(kāi)關(guān)最多導(dǎo)通120度電角度。正向時(shí)的導(dǎo)通順序?yàn)椋?/p>

K1K2,K2K3,K3K4,K4K5,K5K6,K6K1,K1K2反向時(shí)的導(dǎo)通順序?yàn)椋?/p>

K1K2,K6K1,K5K6,K4K5,K3K4,K2K3,K1K2第29頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月合成轉(zhuǎn)矩分析：K1K2導(dǎo)通時(shí)，電流從A相流入，C相流出，且ia

＝-ic,則產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩如下圖a。同樣的分析，可得其它導(dǎo)通狀況時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩矢量，如上圖b和上圖c。第30頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月B:電機(jī)三相Y連接的三三導(dǎo)通方式三三導(dǎo)通方式是指每一瞬間最多有三只開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，每隔60度電角度換相一次，每次換相一個(gè)開(kāi)關(guān)，每個(gè)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通180度電角度。正向時(shí)的導(dǎo)通順序?yàn)椋?/p>

K1K2K3,K2K3K4,K3K4K5,K4K5K6,K5K6K1,K6K1K2反向時(shí)的導(dǎo)通順序?yàn)椋?/p>

K1K2K3,K6K1K2,K5K6K1,K4K5K6,K3K4K5,K2K3K4第31頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月合成轉(zhuǎn)矩分析：K6K1K2導(dǎo)通時(shí)，電流從A相流入，B相C相流出，且ib

＝ic=-0.5ia,則產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩如下圖a。同樣的分析，可得其它導(dǎo)通狀況時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩矢量，如上圖b和上圖c。第32頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月C:電機(jī)三相連接的兩兩導(dǎo)通方式K1K2導(dǎo)通時(shí)，電流從A相流入，C相流出，且ib

＝ic=-0.5ia,則產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩如下圖a。同樣的分析，可得其它導(dǎo)通狀況時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩矢量，如上圖b和上圖c。第33頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月D:電機(jī)三相連接的三三導(dǎo)通方式K6K1K2導(dǎo)通時(shí)，電流從A相流入，B相C相流出，且ib

＝-ia,則產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩如下圖a。同樣的分析，可得其它導(dǎo)通狀況時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩矢量，如上圖b和上圖c。第34頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、BLDCM伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)第35頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月本章內(nèi)容同步電機(jī)變頻調(diào)速的原理轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)幾種同步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)第36頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第七章開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)（SR）調(diào)速系統(tǒng)7.1SR的原理和特點(diǎn)SR是一種新型可調(diào)速電機(jī)，由磁阻電機(jī)、功率變換器、轉(zhuǎn)子位置Sensor和控制器四部分組成。SR的定子和轉(zhuǎn)子都是凸極的，由普通硅鋼片疊壓而成。SR的定子和轉(zhuǎn)子的極數(shù)不相等，一般情況下定子極數(shù)比轉(zhuǎn)子多2極。圖7.1第37頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月SR的原理和特點(diǎn)轉(zhuǎn)子既無(wú)繞組也無(wú)永磁體。定子上有集中繞組，徑向相對(duì)的兩個(gè)繞組串聯(lián)構(gòu)成一個(gè)兩極磁極，稱(chēng)為一相。研究表明，低于三相的SR電動(dòng)機(jī)沒(méi)有起動(dòng)能力。原理上，SR與步進(jìn)電機(jī)相似，遵循“磁阻最小原理”——磁通總是要沿著磁阻最小的路徑閉合。DABCD順序通電時(shí)，轉(zhuǎn)子逆時(shí)鐘旋轉(zhuǎn)。SR是一種大步距角的步進(jìn)電機(jī)。相數(shù)多，步距角小，利于減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，但復(fù)雜度和成本都會(huì)增加。第38頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月基本構(gòu)成SRD的基本構(gòu)成為：圖7.2第39頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月SR功率變換器主電路圖圖7.3第40頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7.2SR電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行方式采用圖7.3電路供電，其電壓方程為：（7.1）（7.2）第41頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電壓方程可改寫(xiě)為：（7.3）相繞組的電感隨轉(zhuǎn)子位置變化的規(guī)律為：圖7.4第42頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月角度位置控制方式：角度位置控制是開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)常用運(yùn)行方式。圖7.5第43頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月角度位置控制方式（2）角度相位控制分5個(gè)階段：第一階段：0<t<t1:相電流基本線性上升。第二階段：t1<t<t2，

L不斷增大，存在旋轉(zhuǎn)電勢(shì)，電流變化規(guī)律受導(dǎo)通角影響較大。圖7.6第44頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月角度位置控制方式（3）第三階段：t2<t<t3，關(guān)斷開(kāi)關(guān)管。一方面在－Us的作用下磁鏈和電流減小，另一方面L在繼續(xù)增大，存在旋轉(zhuǎn)電勢(shì)，電流下降更快。第四階段：t3<t<t4，L基本不變，無(wú)旋轉(zhuǎn)電勢(shì)，電流不產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。在－Us的作用下磁鏈和電流減小。第五階段：t>t4，在這一階段若電流沒(méi)有衰減到零，電流產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，電機(jī)進(jìn)入制動(dòng)狀態(tài)。第45頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電流斬波控制方式在電機(jī)低速運(yùn)行時(shí)，往往采用電流斬波控制方式來(lái)避免過(guò)大的電流沖擊。第46頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7.3PWM控制的SR調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)位置檢測(cè)對(duì)系統(tǒng)性能十分重要。第47頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月系統(tǒng)框圖第48頁(yè)，課件共50頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月課程內(nèi)容回顧第一章：變頻調(diào)速的一些概念第二章：坐標(biāo)變換和異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型第三章：PWM方法第四章：矢量控制和DTC控制第五章：同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型第六章：同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)第七章：SR簡(jiǎn)介第49頁(yè)，課件共50頁(yè)