交流永磁同步电机变频控制.ppt

交流永磁同步交流永磁同步电电机机变频变频控制控制 一、一、交流永磁同步交流永磁同步电电机机同步同步电电机机永磁式同步永磁式同步电电机机反反应应式同步式同步电电机机磁滞式同步同步电电机机永磁式同步电动机的转子由永久磁钢制成，结构形式可以是凸极式，也可以是隐极式隐极式电机气隙均匀，凸极式则不均匀，但凸极效应能产生平均转矩思考：哪个是凸极式哪个是隐极式？图6-7-1l工作原理： 定子绕组与三相电源接通后可以产生旋转磁场，根据异性相吸原理，定子N0极（或S0极）吸住永磁转子的S极（或N极），使转子随着旋转磁场以同一速度旋转起来 l显然，改变磁极对数P可以实现有级调速，且P较大时，成为低速电机；而改变f可以实现无级平滑调速• 同步电动机电磁转矩的大小与定、 转子磁场轴线之间的夹角α的大小有关•如图6-7-2所示对于磁极对数p=1的隐极式转子的永磁式同步电动机来说： 当α=0°时，转子只受到径向力的作用，不会形成电磁转矩 当0°＜α＜90°时，转子受到的作用力可以分解为一个径向分量和一个切向分量，其中切向分量产生电磁转矩 当α=90°时转子只受到切向力的作用，电磁转矩最大，称为最大同步转矩。

 图6-7-2 永磁式同步电动机的电磁转矩(a) α=0°; (b) 0°＜α＜90°; (c) α=90° (a)(b)(c)•因此，当电动机的负载转矩增加时，稳定后的转速n虽然不变， α却相应增大如果负载转矩超过最大同步转矩（α>900) ，电动机就会带不动负载，转速便会下降即而出现所谓的失步现象，直到转速下降为零 永磁同步永磁同步电机的机的优缺点缺点l优点：（1）转速与电压频率严格同步；（2）功率因数高到1.0；l存在的问题：（1）起动困难；（2）重载时有振荡，甚至存在失步危险；p对于起动问题： 通过变频电源频率的平滑调节，使电机转速逐渐上升，实现软起动p对于振荡和失步问题 ： 由于采用频率闭环控制，同步转速可以跟着频率改变，于是就不会振荡和失步了 问题解决思路解决思路•他控他控变频调速系速系统 用独立的变压变频装置给同步电动机供电的系统 •自控自控变频调速系速系统 用电动机本身轴上所带转子位置检测器提供的转子位置信号来控制变压变频装置换相时刻的系统 二、他控二、他控变频调速系速系统按按转子磁子磁场定向的矢量控制系定向的矢量控制系统 基本原理和异步电动机矢量控制相似，也是通过坐标变换，把同步电动机等效成直流电动机，再模仿直流电动机的控制方法进行控制。

无刷直流无刷直流电动机的机的驱动原理和直流原理和直流电动机是等效的机是等效的无刷直流无刷直流电动机采用机采用电子逆子逆变器和器和转子位置子位置检测器，用静止的器，用静止的电子子换向向电路代替了机械式的路代替了机械式的电刷刷和和换向器•在无刷直流在无刷直流电动机中，三相机中，三相绕组通入的方波通入的方波驱动电流具有双极性、方波流具有双极性、方波宽度度为120120角度、三相角度、三相电流相位差流相位差120120电角度的特性三相角度的特性三相绕组方波方波电流流由由V1V1～～V6V6大功率晶体管大功率晶体管组的逆的逆变器生成三、自控三、自控变频调速系速系统1 1、无刷直流、无刷直流电动机的方波机的方波电流流驱动•每每6060度度时,V1~V6,V1~V6导通状通状态改改变一一次次, ,定子三相定子三相绕组中中电流状流状态改改变一次一次, ,定子磁定子磁场转动6060度，度，转子也步子也步进6060度•无刷直流无刷直流电动机的机的转速控制是无刷直流速控制是无刷直流电动机在机在恒恒转矩矩调速状速状态下，根据速度下，根据速度给定指令的大小，定指令的大小，经速度和速度和电流流调节，通，通过PWMPWM控制，控制，换向向逻辑控制控制电路路输出的基极出的基极驱动脉冲脉冲频率率发生生变化，从而使化，从而使逆逆变器器输出的方波出的方波电流流频率也随之率也随之变化，最化，最终实现调速的目的。

速的目的•和直流和直流电动机改机改变电枢枢电压极性从而改极性从而改变转向的向的控制不同，无刷直流控制不同，无刷直流电动机的机的转向控制是根据速向控制是根据速度度给定指令中的方向信号，定指令中的方向信号，经逻辑换向控制，使向控制，使逆逆变器中的大功率晶体管的通断器中的大功率晶体管的通断顺序序发生改生改变，，从而改从而改变三相通三相通电顺序，使定子磁序，使定子磁场的的转向改向改变，，实现电动机的机的转向控制•首先，交流永磁同步首先，交流永磁同步电动机的机的转距表达式距表达式 T= K T= KT T IΦ IΦ 式中式中 K KT T是比例系数是比例系数 I I是定子是定子电流幅流幅值 ΦΦ是是转子磁子磁链•由于由于K KT T是常数，是常数，ΦΦ是是转子磁子磁链，，对于同一于同一电机来机来说认为是常数因此是常数因此电机的机的输出出转矩与正比于定子矩与正比于定子电流幅流幅值，控制定子，控制定子电流幅流幅值就能很好地控制就能很好地控制转矩，矩，和直流和直流电动机完全一机完全一样。

2 2、正弦波永磁同步、正弦波永磁同步电动机的自控机的自控变频•由由电机机转子上的位置子上的位置检测装置装置测的的转子位置角子位置角θθ，，经正弦信号正弦信号发生器得到三个正弦波位置信号分生器得到三个正弦波位置信号分别为：： a=sinθ a=sinθ b=sin(θ-120 b=sin(θ-1200 0) ) c=sin(θ+120 c=sin(θ+1200 0) )•速度指令速度指令Un*Un*与反与反馈指令指令UnUn比比较后后, ,通通过速度速度调节器器ASRASR输出出转矩指令矩指令T*T*，，T*T*与与电流流I*I*成正比，在乘法成正比，在乘法器中与器中与a a、、b b、、c c相乘得到三相相乘得到三相电流信号流信号 i iU U* *= Isinθ= Isinθ i iV V* *= Isin(θ-120= Isin(θ-1200 0) ) i iW W* *= Isin(θ-120= Isin(θ-1200 0) )•三相三相电流指令流指令i i* *U U、、i i* *V V、、i i* *W W 在与在与电流流检测反反馈信号信号i iU U、、i iV V、、i iW W比比较后，通后，通过电流流调节器器ACRACR得得到正弦波控制信号，然后到正弦波控制信号，然后经SPWMSPWM控制及控制及驱动电路路获得六个大功率晶体管基极得六个大功率晶体管基极驱动电压，控制，控制主主电路中的六个大功率晶体管的路中的六个大功率晶体管的导通和截止，通和截止，输出出U U、、V V、、W W三相正弦波三相正弦波电流控制流控制电动机运行。