交流永磁同步电机的变频控制共20页文档

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项目5 数控机床的进给伺服系统
• 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。
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• 每60度时,V1~V6 导通状态改变一 次,定子三相绕 组中电流状态改 变一次,定子磁 场转动60度，转 子也步进60度。
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• 无刷直流电动机的转速控制是无刷直流电动机在 恒转矩调速状态下，根据速度给定指令的大小， 经速度和电流调节，通过PWM控制，换向逻辑控制 电路输出的基极驱动脉冲频率发生变化，从而使 逆变器输出的方波电流频率也随之变化，最终实 现调速的目的。
iU*= Isinθ iV*= Isin(θ-1200) iW*= Isin(θ-1200)
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• 三相电流指令i*U、i*V、i*W 在与电流检测反馈 信号iU、iV、iW比较后，通过电流调节器ACR得 到正弦波控制信号，然后经SPWM控制及驱动电 路获得六个大功率晶体管基极驱动电压，控制 主电路中的六个大功率晶体管的导通和截止， 输出U、V、W三相正弦波电流控制电动机运行。
项目5 数控机床的进给伺服系统
一、交流永磁同步电机
永磁式同步电机
同步电机
反应式同步电机
磁滞式同步电机
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。
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图6-7-1
思考：哪个是凸极式哪个是隐极式？
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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。
n 60 f p
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。
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谢谢
正弦波永磁同步电动机的自控变频系统
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• 由电机转子上的位置检测装置测的转子位置角θ， 经正弦信号发生器得到三个正弦波位置信号分别为：
a=sinθ
b=sin(θ-1200)
c=sin(θ+1200)
• 速度指令Un*与反馈指令Un比较后,通过速度调节器 ASR输出转矩指令T*，T*与电流I*成正比，在乘法 器中与a、b、c相乘得到三相电流信号
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。
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二、他控变频调速系统
按转子磁场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。
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• 和直流电动机改变电枢电压极性从而改变转向的 控制不同，无刷直流电动机的转向控制是根据速 度给定指令中的方向信号，经逻辑换向控制，使 逆变器中的大功率晶体管的通断顺序发生改变， 从而改变三相通电顺序，使定子磁场的转向改变， 实现电动机的转向控制。
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2、正弦波永磁同步电动机的自控变频来自百度文库
• 首先，交流永磁同步电动机的转距表达式 T= KT IΦ 式中 KT是比例系数 I是定子电流幅值 Φ是转子磁链
• 由于KT是常数，Φ是转子磁链，对于同一电机来说 认为是常数。因此电机的输出转矩与正比于定子 电流幅值，控制定子电流幅值就能很好地控制转 矩，和直流电动机完全一样。
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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。
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(a)
(b)
(c)
图6-7-2 (a) α=0°; (b) 0°＜α＜90°; (c) α=90°
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• 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
三、自控变频调速系统
1、无刷直流电动机的方波电流驱动
无刷直流电动机的驱动原理和直流电动机是等效的。 无刷直流电动机采用电子逆变器和转子位置检测 器，用静止的电子换向电路代替了机械式的电刷 和换向器。
• 在无刷直流电动机中，三相绕组通入的方波驱动 电流具有双极性、方波宽度为120。角度、三相电 流相位差120。电角度的特性。三相绕组方波电流 由V1～V6大功率晶体管组的逆变器生成。
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。
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。
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• 他控变频调速系统 用独立的变压变频装置给同步电动机供
电的系统。
• 自控变频调速系统 用电动机本身轴上所带转子位置检测器
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。
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永磁同步电机的优缺点
优点： （1）转速与电压频率严格同步； （2）功率因数高到1.0； 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；
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问题解决思路