驱动部分与主机匹配原理--范坚坚

3.实物构成：
4.控制方式：(1).依靠提高线圈的电流,也 可以提高电压来提速.但很容易烧毁电动 机 。 (2). 励磁调速。 5.存在问题：直流电机转速不能过高。 原因：电刷接触发热严重，电枢电流过 高容易过热。因此主要用于要求不高，成 本低的控制场合。

第二章.异步电机


1.定义：基本原理：转子 与气隙磁场有相对运动产 生－感应电势－感应电流 －电磁转矩；n不等于n1 －－异步电机；原理讲又 称－－感应电机 2.优点：优点是结构简 单，制造方便，价格便宜， 运行方便，是应用最广的 电机。 缺点：功率因数滞后， 轻载功率因数低，调速性 能稍差。
5.无刷直流电机的驱动方法

无刷直机电机的驱动方式按不同类别可分多种驱动 方式，它们各有特点。 1. 方波驱动，这种驱动方式实现方便，易于实现 电机无位置传感器控制； 2.正弦驱动，这种驱动方式可以改善电机运行效果， 使输出力矩均匀，但实现过程相对复杂。同时，这 种方法又有SPWM 和 SVPWM （空间矢量PWM ）两种 方式，SVPWM 的效果好于SPWM。
驱动部分与主机匹配原理
浙江西子富沃德电机有限公司 范坚坚 2012.6
一、课程目标
了解不同电机及不同驱动方式的原理，理解系统匹配的概念，明确主机与 驱动系统匹配分析的思路以及根源原因的追溯，并为提升电机与驱动器系统性 能打下基础。
二、目标学员：电机（曳引机）及驱动器相关技术人员 学时：3H 三、课程主要内容


矢量控制 直接转矩控制 调压调速 串级调速和双馈调速
第四章.永磁电机
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1.定义：转子是永磁体，没有转子绕组，不需要励
磁 无电刷和换向器，由于转子磁场是恒定的，所以 只要通过控制定子的电流来控制定子磁场，与转子 磁场作用产生转矩。

2.优势：1.取消了励磁系统损耗，提高效率
2.结构简单（无励磁结构），运行可靠 3.永磁电机结构紧凑，体积小，重量轻 4.电机形状和尺寸灵活多样
3.同步电机基本结构
C A
转子
定子绕组
B
机械端口 电端口 定子铁心
4.同步电机分类

按运行方式，同步电机分发电机、电动机和调相机。 按结构型式，同步电机分旋转电枢式和旋转磁极式。 旋转磁极式同步电机按磁极形状，又分隐极式和凸 极式两种。 按冷却介质和冷却方式分，有空外冷、氢冷、水内 冷



5.同步电机的控制
二.电机应用：

1.在电力工业，发电机和变压器是电站和变电 所的主要设备。 2.在工业企业中，大量电动机作为原动机拖 动各种生产机械，如机床、造纸机、传送带、 轧钢机等。 3.在自动控制领域，各种各样小巧灵敏的控 制电机广泛用 于信号检测、执行、和解 码元件。如测速发电机、自整角机、步进电动 机等。
坐标变换图

abc三相定子电流，经过claeke变换为坐标系， 在经过park变换为dq坐标
Clarke变换与逆变换
Park变换与逆变换
一 控制方式 二 SVPWM产生原理 三 转子初始化定位
C.异步启动永磁同步电机


1.定义：具有自启动功能的永磁同步电机。 2.特点：兼顾感应电机和电励磁同步电机的特点。 它依靠定子旋转磁场和笼型转子相互作用产生的异 步转矩实现启动。正常运行时，笼型转子不再作用， 工作原理和电励磁永磁同步电机类似，不同之处是 取消了电励磁的集电环、电刷和励磁电源，体积更 小、能量密度高。 控制方式：和A正弦波永磁同步电机类似。
3.异步电机的类型
单相感应电动机 按定子绕组供电电源相数 结构简单，坚固，成本 低，运行性能不如绕线 式 三相感应电动机
异步电机
按转子绕组的结构
鼠笼式异步电动机 绕线式异步电动机
通过外串电阻改善电机的起动， 调速等性能
4.异步电机典型结构
5.异步电机控制方式


常规方式：恒压频比、经典PID。 现代控制方式：矢量控制、直接转矩控制、自适应 控制
3.永磁电机分类


A. PMSM: 正弦波永磁同步电机（重点） 应用：电梯曳引机，伺服电机等 B. BLDCM:永磁无刷直流电机 应用：电动车，绕线机，跑步机等 C. LSPM.异步启动永磁同步电机 应用：纺织电机、油田电机等
A.正弦波永磁同步电机

1. 原理特点：永磁同步电动机的运行原理与电励磁 同步电动机相同，但它以永磁体提供的磁通替代后 者的励磁绕组励磁，使电动机结构较为简单，降低 了加工和装配费用，且省去了容易出问题的集电环 和电刷，提高了电动机运行的可靠性 ；又因无需励 磁电 流 省去了励磁损 耗 ，提高了电机的 效 率 和功 率 密度。因而它是近年来研究得较 多 并在 各个领域中得到越来越广泛应用的一种电动机。
5.转子结构的特性
（1）表面凸出式结构简单、制造成本较低、转动惯量小 等优点，在矩形波永磁同步电动机和恒功率运行范围 不宽的正弦波永磁同步电动机中得到了广泛应用。此 外，表面凸出式转子结构中的永磁磁极易于实现最优 设计，使之成为能使电动机气隙磁密波形趋近于正弦 波的磁极形状，可显著提高电动机乃至整个传动系统 的性能。 （2）表面插入式 可充分利用转子磁路的不对称性所产 生的磁阻转矩，提高电动机的功率密度，动态性能较 凸出式有所改善，制造工艺也较简单，常被某些调速 永磁同步电动机所采用。但漏磁系数和制造成本都较 凸出式大。



(4) 直线电机散热条件好，温升低，因此线负荷和 电流密度可以取得较高，可提高电机的容量定额。 (5) 装配灵活性大，往往可以将电机与其他机件合 成一体。 (6) 某些特殊结构的直线电动机也存在一些缺点， 如大气隙导致功率因数和效率降低，存在单边磁拉 力等等。
4.直线电机的应用




第七章.永磁同步电机矢量控制(重点)
一. 控制方式 二 .SVPWM产生原理 三 .转子初始化定位

一 控制方式

它控式
由其它装置带动电机转动

自控式
由自身控制电机转动。永磁同步电机同步就是 指电流频率和转速是同步的，自控式就是控制电 流频率来实现控制转速。通常采取矢量控制
矢量控制原理图
3.结构
第五章.开关磁阻电机（SRM）

1.原理：基于磁通总是沿磁阻最小（磁导最大）的路径闭合的原理
2.特点

（1）可控参数多，调速性能好 主开关开通角、主开关关断角、相电流幅值、直流电 压 （2）结构简单、成本低、适用于高速 （3）损耗小、效率高 （4）各相独立工作，系统可靠性高 （5）功率主电路简单可靠 （6）起动转矩高，起动电流小 （7）适用于频繁起动、停止以及正反转运行 (8) 噪声较大、振动较大
2.结构分类

短 初 级
（1）单边型直线电动机
短 次 级
（2）双边型直线电动机
短 次 级
短 初 级
（3）圆筒式结构
从旋转电动机到圆筒式直线电动机的演化

（4）圆弧式直线电动机

（5）圆盘式直线电动机
3.直线电动机的特点



(1) 省去了把旋转运动转换为直线运动的中间转 换机构，节约了成本，缩小了体积。 (2) 不存在中间传动机构的惯量和阻力的影响， 直线电动机直接传动反应速度快，灵敏度高，随 动性好，准确度高。 (3) 直线电动机容易密封，不怕污染，适应性强。 由于电机本身结构简单，又可做到无接触运行， 因此容易密封，可在有毒气体、核辐射和液态物 质中使用。

1.在工业与自动化中的应用 ：冲床，电磁锤、螺旋压力机、电磁打箔机、压铸机 和型材轧制牵引机等 2.在交通运输业中的应用 ：磁悬浮列车、电磁推进器、地铁、公路高速电动车等 3.在物料输送与搬运方面的应用：直线电机电梯、升降机、工业加工线、装配线、 检测线等 4.在民用与建筑业方面的应用：门锁、窗与窗帘、床、餐桌、椅、洗衣机、干燥 机、晾衣架等 5. 在计算机及办公设备领域的应用 ：数字扫描仪、打印机、绘图、笔式记录仪 等 6.在军事、医疗及其它方面：电磁炮、潜艇、军用仿真设施、人工心脏、盲人触 觉模拟器等
第三章.同步电机

1.定义：同步电机是交流旋转电机的一种,因其转速恒等于
同步速时得名。同步电机主要用作发电机，也可用作电动机 和调相机。

2.特点: 稳态运行时，转子的转速和电网频率之间有不变的
关系n=ns=60f/p，ns称为同步转速。若电网的频率不变，则 稳态时同步电机的转速恒为常数而与负载的大小无关。 相比异步电机：功率因数大小可以调节，更节约能源， 同功率下体积更小巧，转速性能更稳定。

3.SRM控制分类
第六章.直线电机

1.原理
从旋转电动机到直线电机的演化
旋转电动机的定子和转子分别对应直线电动 机的初级和次级
行波磁场
在初级的多相绕组中通入多相电流后，也会产生一个气隙 基波磁场，但是这个磁场的磁通密度波B 是直线移动的， 故称为行波磁场。 通电线圈在磁场作用下会产生力矩从而 驱动电机。
三.电机的分类
变压器 直线电机 动力类 电机 控制电机
同步电机
电动机 发电机
旋转电机
直流电机
电动机 异步电机 发电机 电动机
自动控制系统中的 执行元件、检测元 件、如步进电动机 、测速发电机
发电机
第一章.直流电机


1. 优点：用于驱动负载。优良的启动性能和调速性 能，控制简单，在电气传动系统中应用广泛。 缺点；换向、接触、容量不够大 2.原理简介：
直流电机 异步电机 同步电机 永磁同步电机（正弦波、方波） 其它电机（开关磁阻、直线等） 永磁同步电机控制（矢量、直接转矩、恒压频比） 异步电机匹配分析 同步电机匹配分析 曳引机与变频器匹配性工况分析与提升
绪论
一.什么是电机？ 电机是以磁场为媒介进行机械能和电能相互转 它有什么应用？ 换的电磁装置。为了在电机内建立必需的 气隙磁场，可以有两种方法。

2.特点：既具有交流电机结构简单、运行可靠、维护方便 又具有直流电机启动转矩大、调速性能好的优点。 还具有永磁电机体积小、功率密度高、可靠性好
3.结构组成

直流电源 控制驱动电路 位置传感器 电机本体 转矩输出
4.典型工作原理

电机定子的线圈中心抽 头接电机电源POWER，各相的端点接功率管，位置传感器 导通时使功率管的G 极接 12V，功 率管导通，对应的相线圈被通电。由于三个位 置传感器随着转子的转动，会依次导通，使得对 应的相线圈也依次通电，从而定 子产生的磁场方向也不断地变化，电机转子也跟着转动起来， 这就是无刷直流电 机的基本转动原理——检测转子的位置，依次给各相通电，使定子产生的磁 场的 方向连续均匀地变化。
1. 在电机绕组内通以电流来产生磁场 如普通的直流电机和同步电机。要 专门设置励磁绕组，通入直流电，来建立 气隙磁场。电机体积增大，励磁功率造成 电机发热，效率降低。 感应（异步）电机要通过三相定子绕组 从电网吸收感性无功电流来建立气隙磁场。 电机功率因数低，效率也有所降低。 2. 由永磁体来产生磁场 由于永磁材料的固有特性，它经 过预先磁化 [ 充磁 ] 以后，不再需要外加能 量就能在其周围空间建立磁场。这既可简 化电机结构，又可节约能量。
3.永磁同步电动机的总体结构
1. 高 效 永磁同步电动机结构示意图 l－转轴 2－轴承 3－端差 4－定子绕组 5－机座 6－定子铁 心 7－转子铁心 8－永磁体 9－起动笼 10—风扇 11—风罩
4.永磁同步电动机的转子结构

表面式转子磁路结构
1） 凸出式 1－永磁体 2－转子铁心 3－转轴
2）插入式
2.永磁同步电动机分类



按工作主磁场方向的不同：分为径向磁场式和轴向磁场式 按电枢绕组位置的不同：内转子式(常规式)和外转子式 转子上有无起动绕组：分为无起动绕组的电动机(用于变频器 供电的场合，利用频率的逐步升高而起动，并随着频率的改 变而调节转速，常称为调速永磁同步电动机)和有起动绕组的 电动机(既可用于调速运行又可在某一频率和电压下利用起动 绕组所产生的异步转矩起动，常称为异步起动永磁同步电动 机)
6.永磁同步电机的控制 矢量控制（最普遍使用） 直接转矩控制 其他控制方式：弱磁控制、模糊PID控制，自 适应控制等等

B.永磁无刷直流电机

1.定义：由一块或多块永磁体建立磁场的直流电动机，其性 能与恒定励磁电流的他励直流电动机相似，使用电子换向装 置替代直流电机的换向器，同时保持直流电机优越性。