交流永磁同步電機的變頻控制.ppt

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項目6 數(shù)控機床的伺服驅動系統(tǒng),任務6.7 交流永磁同步電機的變頻控制系統(tǒng),按磁場定向的矢量控制系統(tǒng)（了解）,梯形波永磁同步電動機（無刷直流電動機）的自控系統(tǒng)（掌握） 正弦波永磁同步電動機的自控系統(tǒng) （掌握）,一、交流永磁同步電機,,同步電機,永磁式同步電機,反應式同步電機,磁滯式同步電機,永磁式同步電動機的轉子由永久磁鋼制成，結構形式可以是凸極式，也可以是隱極式。 隱極式電機氣隙均勻，凸極式則不均勻，但凸極效應能產(chǎn)生平均轉矩。,思考：哪個是凸極式哪個是隱極式？,圖6-7-1,工作原理： 定子繞組與三相電源接通后可以產(chǎn)生旋轉磁場，根據(jù)異性相吸原理，定子N0極（或S0極）吸住永磁轉子的S極（或N極），使轉子隨著旋轉磁場以同一速度旋轉起來。 顯然，改變磁極對數(shù)P可以實現(xiàn)有級調速，且P較大時，成為低速電機；而改變f可以實現(xiàn)無級平滑調速。,同步電動機電磁轉矩的大小與定、 轉子磁場軸線之間的夾角α的大小有關。 如圖6-7-2所示。對于磁極對數(shù)p=1的隱極式轉子的永磁式同步電動機來說： 當α=0時，轉子只受到徑向力的作用，不會形成電磁轉矩。 當0＜α＜90時，轉子受到的作用力可以分解為一個徑向分量和一個切向分量，其中切向分量產(chǎn)生電磁轉矩。 當α=90時轉子只受到切向力的作用，電磁轉矩最大，稱為最大同步轉矩。,圖6-7-2 永磁式同步電動機的電磁轉矩 (a) α=0; (b) 0＜α＜90; (c) α=90,,(a),(b),(c),因此，當電動機的負載轉矩增加時，穩(wěn)定后的轉速n雖然不變， α卻相應增大。如果負載轉矩超過最大同步轉矩（α900) ，電動機就會帶不動負載，轉速便會下降即而出現(xiàn)所謂的失步現(xiàn)象，直到轉速下降為零。,永磁同步電機的優(yōu)缺點,優(yōu)點： （1）轉速與電壓頻率嚴格同步； （2）功率因數(shù)高到1.0； 存在的問題： （1）起動困難； （2）重載時有振蕩，甚至存在失步危險；,對于起動問題： 通過變頻電源頻率的平滑調節(jié)，使電機轉速逐漸上升，實現(xiàn)軟起動。 對于振蕩和失步問題 ： 由于采用頻率閉環(huán)控制，同步轉速可以跟著頻率改變，于是就不會振蕩和失步了。,問題解決思路,他控變頻調速系統(tǒng) 用獨立的變壓變頻裝置給同步電動機供電的系統(tǒng)。 自控變頻調速系統(tǒng) 用電動機本身軸上所帶轉子位置檢測器提供的轉子位置信號來控制變壓變頻裝置換相時刻的系統(tǒng)。,二、他控變頻調速系統(tǒng),按轉子磁場定向的矢量控制系統(tǒng) 基本原理和異步電動機矢量控制相似，也是通過坐標變換，把同步電動機等效成直流電動機，再模仿直流電動機的控制方法進行控制。,無刷直流電動機的驅動原理和直流電動機是等效的。無刷直流電動機采用電子逆變器和轉子位置檢測器，用靜止的電子換向電路代替了機械式的電刷和換向器。 在無刷直流電動機中，三相繞組通入的方波驅動電流具有雙極性、方波寬度為120。角度、三相電流相位差120。電角度的特性。三相繞組方波電流由V1～V6大功率晶體管組的逆變器生成。,三、自控變頻調速系統(tǒng),1、無刷直流電動機的方波電流驅動,每60度時,V1~V6導通狀態(tài)改變一次,定子三相繞組中電流狀態(tài)改變一次,定子磁場轉動60度，轉子也步進60度。,無刷直流電動機的轉速控制是無刷直流電動機在恒轉矩調速狀態(tài)下，根據(jù)速度給定指令的大小，經(jīng)速度和電流調節(jié)，通過PWM控制，換向邏輯控制電路輸出的基極驅動脈沖頻率發(fā)生變化，從而使逆變器輸出的方波電流頻率也隨之變化，最終實現(xiàn)調速的目的。 和直流電動機改變電樞電壓極性從而改變轉向的控制不同，無刷直流電動機的轉向控制是根據(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?，使定子磁場的轉向改變，實現(xiàn)電動機的轉向控制。,首先，交流永磁同步電動機的轉距表達式 T= KT IΦ 式中 KT是比例系數(shù) I是定子電流幅值 Φ是轉子磁鏈 由于KT是常數(shù)，Φ是轉子磁鏈，對于同一電機來說認為是常數(shù)。因此電機的輸出轉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矩，和直流電動機完全一樣。,2、正弦波永磁同步電動機的自控變頻,正弦波永磁同步電動機的自控變頻系統(tǒng),由電機轉子上的位置檢測裝置測的轉子位置角θ，經(jīng)正弦信號發(fā)生器得到三個正弦波位置信號分別為： a=sinθ b=sin(θ-1200) c=sin(θ+1200) 速度指令Un*與反饋指令Un比較后,通過速度調節(jié)器ASR輸出轉矩指令T*，T*與電流I*成正比，在乘法器中與a、b、c相乘得到三相電流信號 iU*= Isinθ iV*= Isin(θ-1200) iW*= Isin(θ-1200),三相電流指令i*U、i*V、i*W 在與電流檢測反饋信號iU、iV、iW比較后，通過電流調節(jié)器ACR得到正弦波控制信號，然后經(jīng)SPWM控制及驅動電路獲得六個大功率晶體管基極驅動電壓，控制主電路中的六個大功率晶體管的導通和截止，輸出U、V、W三相正弦波電流控制電動機運行。,