永磁同步電機(jī)ppt課件.ppt

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1、第七章同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)及其仿真第一節(jié)同步電動(dòng)機(jī)的分類(lèi)及其調(diào)速原理第二節(jié)正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)第三節(jié)方波永磁同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)第四節(jié)負(fù)載換相同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)第五節(jié)大功率同步電動(dòng)機(jī)交-交變頻調(diào)速技術(shù)第一節(jié)同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及其調(diào)速原理同步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)：1、n與f保持嚴(yán)格的同步關(guān)系，與負(fù)載大小無(wú)關(guān);2、改變If可以調(diào)節(jié)同步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)；3、存在啟動(dòng)困難和重載時(shí)失步的缺點(diǎn)。一、同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)1、結(jié)構(gòu)：定子：定子鐵心、三相對(duì)稱(chēng)繞組以及機(jī)座和端蓋等部件組成。（與異步機(jī)定子結(jié)構(gòu)基本相同）轉(zhuǎn)子：有兩種結(jié)構(gòu)形式，隱極式和凸極式。凸極式：制造

2、方便，但磁極明顯，氣隙不均勻，造成直軸磁阻小，交軸磁阻大，使兩軸的電感系數(shù)不等。隱極式：氣隙均勻，機(jī)械強(qiáng)度好，但制造工藝較復(fù)雜。（a）凸極式（b）隱極式圖7-1同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖2、勵(lì)磁：定子勵(lì)磁：空間上對(duì)稱(chēng)的三相繞組通入時(shí)間上對(duì)稱(chēng)的三相電流產(chǎn)生一個(gè)空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其同步轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)子勵(lì)磁：（a）轉(zhuǎn)子鐵心上裝有勵(lì)磁繞組，由直流勵(lì)磁電源供電，稱(chēng)有刷勵(lì)磁。由交流勵(lì)磁機(jī)經(jīng)過(guò)隨轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)的整流器供電，稱(chēng)無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)。（b）永久磁鐵，其磁場(chǎng)可視為恒定（小容量）。3、短路繞組：短路繞組：裝在轉(zhuǎn)子磁極表面，又稱(chēng)啟動(dòng)繞組。主要作用：恒頻運(yùn)行時(shí)，用作

3、啟動(dòng)和抑制重載時(shí)易發(fā)生的振蕩。變頻供電時(shí)，能直接啟動(dòng)。啟動(dòng)繞組主要用于抑制變頻器引起的諧波和負(fù)序分量，減少同步電動(dòng)機(jī)的暫態(tài)電抗，加速換流過(guò)程和加快動(dòng)態(tài)響應(yīng)。二、同步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速原理同步機(jī)為雙邊勵(lì)磁方式，電磁轉(zhuǎn)矩由兩磁場(chǎng)的相互作用產(chǎn)生。由電機(jī)統(tǒng)一理論：按頻率控制方式不同分為：他控式變頻調(diào)速和自控式變頻調(diào)速。啟動(dòng)時(shí)，只要定、轉(zhuǎn)子兩磁動(dòng)勢(shì)之間的夾角就能產(chǎn)生電動(dòng)的電磁轉(zhuǎn)矩，拖動(dòng)負(fù)載旋轉(zhuǎn)；穩(wěn)態(tài)時(shí)，只要定、轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)相對(duì)靜止，就能產(chǎn)生單一方向恒定的電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。（一）他控式同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)由獨(dú)立的變頻裝置提供變壓變頻電源

4、，變頻裝置的輸出頻率由速度給定信號(hào)決定，通常為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)；帶定子電壓補(bǔ)償?shù)暮瘮?shù)發(fā)生器GF保證了變頻器的恒壓頻比控制；緩慢調(diào)節(jié)可以逐步改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。圖7-2恒壓頻比他控式變頻調(diào)速系統(tǒng)GF-函數(shù)發(fā)生器UR-整流器UI-逆變器這種系統(tǒng)雖然解決了起動(dòng)問(wèn)題，但未能很好的解決轉(zhuǎn)子振蕩及失步問(wèn)題。限制了這種控制方式的使用范圍。（二）自控式同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)由同步電機(jī)SM、變頻器、轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器BQ和控制單元組成。圖7-3自控式同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖自控式同步電機(jī)變頻調(diào)速也是通過(guò)改變電磁轉(zhuǎn)矩的大小和方向來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。電磁轉(zhuǎn)矩和電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子

5、電流有關(guān)。調(diào)節(jié)定子電流大小或相位及轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)的大小就可以達(dá)到調(diào)速的目的。系統(tǒng)能從根本上消除同步電機(jī)轉(zhuǎn)子振蕩和失步問(wèn)題。因?yàn)椋航o電機(jī)定子供電的變頻裝置的輸出頻率受轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器的控制，即定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速相等，始終保持同步，不會(huì)由于負(fù)載沖擊等原因造成失步現(xiàn)象。控制單元作用：判斷轉(zhuǎn)子的位置和轉(zhuǎn)速，按一定控制策略產(chǎn)生控制信號(hào)，控制變頻器輸出三相電流（電壓）的頻率、幅值和相位，使同步轉(zhuǎn)速跟蹤轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。永磁同步電機(jī)體積小、重量輕、效率高，無(wú)轉(zhuǎn)子發(fā)熱問(wèn)題，控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單一、正弦波永磁同步電機(jī)的調(diào)速原理采用轉(zhuǎn)子磁鏈定向（轉(zhuǎn)子磁通恒定），

6、矢量圖如下所示。第二節(jié)正弦波永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)圖7-4永磁同步電動(dòng)機(jī)時(shí)的矢量圖定子電壓方程為（ｄ、ｑ坐標(biāo)系）定子磁鏈方程為：轉(zhuǎn)矩方程為：在基速下，采用定子電流矢量位于ｑ軸，全部用于產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，即　　　　，　　　。為常數(shù)?？梢?jiàn)，轉(zhuǎn)矩僅與定子的幅值成正比，實(shí)現(xiàn)了解耦控制，類(lèi)似于直流電機(jī)。圖7-5永磁同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)工作原理框圖轉(zhuǎn)矩方程：將轉(zhuǎn)子位置角　（d軸與A軸間的夾角），經(jīng)正弦波函數(shù)發(fā)生器轉(zhuǎn)換成三個(gè)互差　　的位置角正弦信號(hào)。由矢量圖可知，當(dāng)：位于ｑ軸。　為變頻器輸出的定子電流幅值(最大值)。三相定子電流的空間合成矢量為：電流矢量的幅值為

7、定子電流幅值的1.5倍，方向超前ｄ軸　　，位于ｑ軸。電磁轉(zhuǎn)矩：如圖7-6所示，主回路：由脈寬調(diào)制（PWM）逆變器、永磁同步電機(jī)、轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器、電流傳感器以及速度傳感器組成。控制回路：由速度調(diào)節(jié)器、矢量變換器、電流調(diào)節(jié)器、PWM生成器及驅(qū)動(dòng)電路、轉(zhuǎn)速反饋?zhàn)儞Q回路組成?？刂妻D(zhuǎn)矩的大小實(shí)際上就是控制定子電流幅值　的大小。二、正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（一）正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的組成1、主回路的組成和控制圖7-6永磁同步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖（1）變頻器電流矢量：由轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器和矢量變換器完成。變頻器電流控制方式：帶電流內(nèi)環(huán)控

8、制的電壓型SPWM變壓變頻器或電流滯環(huán)跟蹤型的PWM變壓變頻器。圖7-7滯環(huán)電流跟蹤型PWM逆變器單相結(jié)構(gòu)示意圖及輸出電流、電壓波形電流滯環(huán)跟蹤型PWM變頻器的控制目標(biāo)是：讓輸出電流在一定的誤差范圍內(nèi)跟隨給