第六章-稀土永磁交流伺服系統(tǒng)

第六章稀土永磁交流伺服系統(tǒng)稀土永磁交流伺服系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)稀土永磁無(wú)刷直流伺服系統(tǒng)構(gòu)成方波電流驅(qū)動(dòng)與正弦波電流驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)稀土永磁交流伺服系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)與直流電機(jī)比與異步電機(jī)比與普通交流電機(jī)比稀土永磁無(wú)刷直流伺服系統(tǒng)構(gòu)成方波電流驅(qū)動(dòng)與正弦波電流驅(qū)動(dòng)方波電動(dòng)機(jī)正弦波電動(dòng)機(jī)方波電流驅(qū)動(dòng)與正弦波電流驅(qū)動(dòng)稀土永磁電機(jī)的兩大體系

正弦波驅(qū)動(dòng)和方波驅(qū)動(dòng)已形成稀土永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)的兩大思想體系。二者在理論基礎(chǔ)、電機(jī)設(shè)計(jì)、控制及驅(qū)動(dòng)電路上各有特點(diǎn)，在應(yīng)用上都各自取得了相應(yīng)的進(jìn)展。方波電流驅(qū)動(dòng)與正弦波電流驅(qū)動(dòng)方波電流驅(qū)動(dòng)電機(jī)的特點(diǎn)

方波電流驅(qū)動(dòng)的方波電機(jī)其電磁轉(zhuǎn)矩不僅由電流基波產(chǎn)生，同時(shí)也由諧波產(chǎn)生，因而出力較大。控制方法和控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，起動(dòng)和調(diào)速方便，但超低速運(yùn)行存在轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，超高速運(yùn)行由于弱磁調(diào)速控制難以應(yīng)用而很難實(shí)現(xiàn)。方波電流驅(qū)動(dòng)與正弦波電流驅(qū)動(dòng)正弦波電流驅(qū)動(dòng)電機(jī)的特點(diǎn)

正弦波電流驅(qū)動(dòng)的正弦波電機(jī)超高速和超低速運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速平穩(wěn)，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小。超高速可采用矢量控制等方法進(jìn)行弱磁調(diào)速，但起動(dòng)和調(diào)速實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，系統(tǒng)的穩(wěn)定性、起動(dòng)及低速時(shí)的轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)響應(yīng)有待于提高。方波電流驅(qū)動(dòng)與正弦波電流驅(qū)動(dòng)方波電機(jī)和正弦波電機(jī)的控制特點(diǎn)二者的電機(jī)本體，從電機(jī)結(jié)構(gòu)上看，方波電動(dòng)機(jī)和正弦波電動(dòng)機(jī)沒有多大差別的，而且驅(qū)動(dòng)電路基本一致，但控制思想不同。所以對(duì)于正弦波驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)和方波驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)二者是硬件相同，軟件（控制思想）不同。方波電機(jī)的控制方波驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制系統(tǒng)，由方波電動(dòng)機(jī)，逆變器、位置傳感器和控制器四部分組成?？刂扑枷雱t可采用變結(jié)構(gòu)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家控制等。正弦波電機(jī)的控制多年來(lái)電動(dòng)機(jī)矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等控制技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)的迅速發(fā)展，使得電動(dòng)機(jī)的控制理論和實(shí)際控制技術(shù)上升到了一個(gè)新的高度。而正弦波驅(qū)動(dòng)電機(jī)調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)目前較為常用的多是矢量控制。

方波電流驅(qū)動(dòng)與正弦波電流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)從系統(tǒng)角度來(lái)看，對(duì)于正弦波驅(qū)動(dòng)電機(jī)還是方波驅(qū)動(dòng)電機(jī)，都是由電機(jī)本體（可含傳感器），驅(qū)動(dòng)電路及控制電路三大部分組成。方波電流驅(qū)動(dòng)與正弦波電流驅(qū)動(dòng)實(shí)踐應(yīng)用

從實(shí)踐應(yīng)用的角度考慮，稀土電機(jī)激磁磁場(chǎng)本身既不是嚴(yán)格的正弦波，也不是方波（介于二者之間的梯形波），驅(qū)動(dòng)電路采用PWM控制方式，既不能提供正弦波驅(qū)動(dòng)電流，又不能提供方波驅(qū)動(dòng)電流，既兩種控制思想的數(shù)學(xué)模型與實(shí)際應(yīng)用都有一定的偏差。

方波電流驅(qū)動(dòng)與正弦波電流驅(qū)動(dòng)稀土電機(jī)正弦波與方波的復(fù)合驅(qū)動(dòng)發(fā)揮稀土電機(jī)正弦波驅(qū)動(dòng)與方波驅(qū)動(dòng)各自的優(yōu)勢(shì)，在同一系統(tǒng)中采用不同的數(shù)學(xué)模型和控制策略，集二者優(yōu)勢(shì)于一體，通過(guò)一套專用的稀土電機(jī)正弦波/方波驅(qū)動(dòng)軟件實(shí)現(xiàn)稀土電機(jī)的寬范圍、超高速、高精度、平穩(wěn)（力矩脈動(dòng)小）控制。

方波電機(jī)和正弦波電機(jī)的內(nèi)在聯(lián)系方波電機(jī)和正弦波電機(jī)的控制驅(qū)動(dòng)電路：方波電機(jī)和正弦波電機(jī)的內(nèi)在聯(lián)系二者都是通過(guò)位置傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)子的信號(hào)，由控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)方波驅(qū)動(dòng)電機(jī)和正弦波驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制。對(duì)方波驅(qū)動(dòng)電機(jī)使其驅(qū)動(dòng)電流為方波，正弦波驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流為正弦波。在硬件電路上二者是一樣的，主要是從軟件上來(lái)實(shí)現(xiàn)二者不同的控制思想和方式。方波電機(jī)和正弦波電機(jī)的內(nèi)在聯(lián)系從電機(jī)結(jié)構(gòu)上看，方波電動(dòng)機(jī)和正弦波電動(dòng)機(jī)沒有多大差別，但由于二者的運(yùn)行原理不同，使得它們?cè)谵D(zhuǎn)矩產(chǎn)生的方式、控制方法、出力方面都有很大的區(qū)別，作比較如下幾點(diǎn)：

①?gòu)姆讲妱?dòng)機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性可以看出，通過(guò)改變逆變器輸出的電壓大小，可以實(shí)現(xiàn)方波電動(dòng)機(jī)的電壓無(wú)級(jí)調(diào)速；對(duì)正弦波電動(dòng)機(jī)用矢量控制時(shí)，e0與f成正比，因此在基頻以下恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，可以進(jìn)行調(diào)壓調(diào)頻來(lái)實(shí)現(xiàn)正弦波電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。因此，二者都可通過(guò)調(diào)壓來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。

方波電機(jī)和正弦波電機(jī)的內(nèi)在聯(lián)系②對(duì)于方波電動(dòng)機(jī)和正弦波電動(dòng)機(jī)，由于轉(zhuǎn)子上安裝的是永磁體，因而磁通不能改變，所以二者都不能通過(guò)減小磁通來(lái)實(shí)現(xiàn)弱磁調(diào)速。但對(duì)于正弦波電動(dòng)機(jī)采用矢量控制時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)定子電流，即增加定子直軸去磁分量來(lái)維持高速運(yùn)行時(shí)的電壓平衡，達(dá)到弱磁調(diào)速的目的。方波電機(jī)和正弦波電機(jī)的內(nèi)在聯(lián)系③方波電動(dòng)機(jī)在超低速運(yùn)行時(shí)，由于電磁因素、逆變器電流的換向，齒槽效應(yīng)、電樞反應(yīng)等因素的影響，使得方波電動(dòng)機(jī)在超低速運(yùn)行時(shí)有著較大的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；而對(duì)于正弦波電動(dòng)機(jī)，由于輸入的是三相對(duì)稱電流，所以在超低速運(yùn)行時(shí)運(yùn)行平穩(wěn)，脈動(dòng)較小。④在超高速運(yùn)行時(shí)，由于方波電動(dòng)機(jī)不能進(jìn)行弱磁調(diào)速，因而難以實(shí)現(xiàn)超速運(yùn)行，而對(duì)于正弦波電動(dòng)機(jī)，可在矢量控制方法下進(jìn)行弱磁調(diào)速，因而可實(shí)現(xiàn)超高速運(yùn)行。方波電機(jī)和正弦波電機(jī)的內(nèi)在聯(lián)系⑤方波氣隙磁場(chǎng)可分解為基波和一系列諧波，可見方波電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩不僅由基波產(chǎn)生，同時(shí)也由諧波產(chǎn)生。因此方波電動(dòng)機(jī)與