交流永磁同步伺服電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)原理

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1、3.23.2交流永磁同步電機(jī)及其驅(qū)交流永磁同步電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)技術(shù)動(dòng)技術(shù)1、交流永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理2、交流永磁同步電機(jī)磁場定向控制技術(shù)3、交流永磁同步電機(jī)PWM控制4、交流永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)器直流伺服電機(jī)存在如下缺點(diǎn)：直流伺服電機(jī)存在如下缺點(diǎn)：?它的電樞繞組在轉(zhuǎn)子上不利于散熱；?由于繞組在轉(zhuǎn)子上，轉(zhuǎn)子慣量較大，不利于高速響應(yīng)；?電刷和換向器易磨損需要經(jīng)常維護(hù)、限制電機(jī)速度、換向時(shí)會(huì)產(chǎn)生電火花限制了它的應(yīng)用環(huán)境。?如果能將電刷和換向器去掉，再把電樞繞組移到定子上，就可克服這些缺點(diǎn)。?交流伺服電機(jī)

2、就是這種結(jié)構(gòu)的電機(jī)。?交流伺服電機(jī)有兩類：同步電機(jī)和感應(yīng)電機(jī)永磁同步電機(jī)（PMSM）（PermanentMagnetSynchronousMotor）1、結(jié)構(gòu)和工作原理?主要由定子、轉(zhuǎn)子及測量轉(zhuǎn)子位置的傳感器構(gòu)成。?定子和一般的三相感應(yīng)電機(jī)類似，采用三相對(duì)稱繞組結(jié)構(gòu)，它們的軸線在空間彼此相差120度。?轉(zhuǎn)子上貼有磁性體，一般有兩對(duì)以上的磁極。?位置傳感器一般為光電編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器。三相異步交流感應(yīng)電機(jī)的工作原理三相異步交流感應(yīng)電機(jī)的工作原理?感應(yīng)電機(jī)當(dāng)其對(duì)稱三相繞組接通對(duì)稱三相電源后，流過繞組

3、的電流在定轉(zhuǎn)子氣隙中建立起旋轉(zhuǎn)磁場，其轉(zhuǎn)速為:60fns??rpm?p式中f—電源頻率；p—定子極對(duì)數(shù)。?即磁場的轉(zhuǎn)速正比于電源頻率，反比于定子的極對(duì)數(shù)；?磁場的旋轉(zhuǎn)方向取決于繞組電流的相序。?由于電磁感應(yīng)作用，閉合的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體內(nèi)將由于電磁感應(yīng)作用，閉合的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生感應(yīng)電流。產(chǎn)生感應(yīng)電流。?這個(gè)電流產(chǎn)生的磁場和定子繞組產(chǎn)生的旋這個(gè)電流產(chǎn)生的磁場和定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而使轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而使轉(zhuǎn)子子““跟著跟著””定子磁場旋轉(zhuǎn)起來，其轉(zhuǎn)速為定子磁場旋轉(zhuǎn)起

4、來，其轉(zhuǎn)速為nn。。?nn總是低于總是低于nsns（異步），否則就不會(huì)通過切（異步），否則就不會(huì)通過切割磁力線的作用在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電流。割磁力線的作用在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電流。永磁同步交流電機(jī)永磁同步交流電機(jī)的工作原理的工作原理?定子轉(zhuǎn)組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的機(jī)理與感應(yīng)電機(jī)是相同的。?其不同點(diǎn)是轉(zhuǎn)子為永磁體且n與ns相同（同步）。60fn?ns??rpm?p?兩個(gè)磁場相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。?定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場可看作一對(duì)旋轉(zhuǎn)磁極吸引轉(zhuǎn)子的磁極隨其一起旋轉(zhuǎn)。T?FF?sin(???)rssr?要想實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)

5、行，關(guān)鍵是力矩的控制。?在永磁直流電機(jī)中，T=KtI。I為直流，只要改變電流的大小就能改變力矩。?而交流電機(jī)中Fs是由三相交流電產(chǎn)生的，繞組中的電壓及電流是交流，是時(shí)變量，轉(zhuǎn)矩的控制要復(fù)雜得多。?能否找到一種方法使我們能夠象控制直流電機(jī)那樣控制交流電機(jī)？?20世紀(jì)70年代初發(fā)明了矢量控制技術(shù)，或稱磁場定向控制技術(shù)。?通過坐標(biāo)變換，把交流電機(jī)中交流電流的控制，變換成類似于直流電機(jī)中直流電流的控制，實(shí)現(xiàn)了力矩的控制，可以獲得和直流電機(jī)相似的高動(dòng)態(tài)性能，從而使交流電機(jī)的控制技術(shù)取得了突破性的進(jìn)展。22

6、、磁場定向控制、磁場定向控制?永磁同步電機(jī)的定子中裝有三相對(duì)稱繞組a,b,c，它們在空間彼此相差120度，繞組中通以如下三相對(duì)稱電流：i?Isin?t?am?i?Isin(?t?120)??bm?i?Isin(?t?240)??cmi?i?i?0abc?即每個(gè)繞組中電流的幅值和相位都是隨時(shí)間變化的，且彼此在相位（與時(shí)間有關(guān)）上相差120度。?旋轉(zhuǎn)磁場是三相電流共同作用的結(jié)果，引入電流空間矢量的概念來描述這個(gè)作用。?在電機(jī)定子上與軸垂直的剖面上建立一靜止坐標(biāo)系（a,b,c)，其原點(diǎn)在軸心上，三相繞

7、組的軸線分別在此坐標(biāo)系的a，b，c三個(gè)坐標(biāo)軸上。?每一相相電流幅值和極性隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化?？捎每臻g矢量描述，方向始終在a,b,c坐標(biāo)系中各相的軸線上。?j120?j240?i?i?ie?ie?i?定義合成定子電流矢量為：sabca?j120?j240?2?每一相相電流空間矢量幅值和極i?i?ie?ie?i?ai?aisabcabc性的變化使得合成定子電流矢量形成旋轉(zhuǎn)磁場。?定義了合成定子電流矢量后，則定子繞組的定義了合成定子電流矢量后，則定子繞組的總磁勢矢量為總磁勢矢量為??2F?Ni?Ni

8、(?ai?ai)ssabcN—定子繞組線圈總匝數(shù)?要注意要注意合成定子電流合成定子電流僅僅是為了描述方便引僅僅是為了描述方便引入的入的虛擬量虛擬量。。?注意區(qū)分電流注意區(qū)分電流矢量矢量和電工學(xué)中分析正弦電路和電工學(xué)中分析正弦電路時(shí)所用到的時(shí)所用到的相量相量。前者反映的是各個(gè)量的空。前者反映的是各個(gè)量的空間、時(shí)間關(guān)系，而后者描述的僅是時(shí)間關(guān)系。間、時(shí)間關(guān)系，而后者描述的僅是時(shí)間關(guān)系。力矩控制力矩控制?由電機(jī)統(tǒng)一理論，電機(jī)的力矩大小可表示為T?FF?sin(???)rssr?如果能保證Fr與Fs相互