1、University of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-311第十三章第十三章 同步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng)同步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng) University of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-312 專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程。專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程。 了解各類電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。了解各類電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。 理解電機(jī)中的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系。理解電機(jī)中的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系。 掌握電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的分析方法和運(yùn)

2、行性能。掌握電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的分析方法和運(yùn)行性能。 理解電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)各種參數(shù)的物理意義，并理解電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)各種參數(shù)的物理意義，并 能熟練應(yīng)用等效電路和相量圖。能熟練應(yīng)用等效電路和相量圖。 通過實(shí)驗(yàn)，掌握電機(jī)的基本實(shí)驗(yàn)方法和電機(jī)通過實(shí)驗(yàn)，掌握電機(jī)的基本實(shí)驗(yàn)方法和電機(jī) 使用的基本技能。使用的基本技能。 教學(xué)目的教學(xué)目的1. 理解自控式同步機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)理解自控式同步機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)無換向器電動(dòng)機(jī)的基本原理。無換向器電動(dòng)機(jī)的基本原理。2. 熟練掌熟練掌握磁場(chǎng)定向同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的組成、握磁場(chǎng)定向同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的組成、原理、數(shù)學(xué)模型、空間矢量圖和時(shí)間相量原理、數(shù)學(xué)模型、空間矢量圖和時(shí)間相量圖、基

3、本控制方法。圖、基本控制方法。3. 掌握永磁同步電掌握永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)和直流無刷電動(dòng)機(jī)調(diào)速動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)和直流無刷電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的控制方法。系統(tǒng)的控制方法。 重重 點(diǎn)點(diǎn)同步電動(dòng)機(jī)矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本同步電動(dòng)機(jī)矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本控制方法。控制方法。 難難 點(diǎn)點(diǎn)同步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型和空間矢量圖的物同步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型和空間矢量圖的物理概念。理概念。 University of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-313教學(xué)內(nèi)容教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)第一節(jié) 同步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)模

4、型與調(diào)速方法同步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)模型與調(diào)速方法第二節(jié)第二節(jié) 他控變頻同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)他控變頻同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng) 第三節(jié)第三節(jié) 自控變頻同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)自控變頻同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)第四節(jié)第四節(jié) 同步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)同步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)第五節(jié)第五節(jié) 同步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)同步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)University of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-314l同步電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)子側(cè)有獨(dú)立的直流勵(lì)磁，同步電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)子側(cè)有獨(dú)立的直流勵(lì)磁，或者靠永久磁鋼勵(lì)磁。還可能有自身短或者靠永久磁鋼

5、勵(lì)磁。還可能有自身短路的阻尼繞組。路的阻尼繞組。l同步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速恒等于同步轉(zhuǎn)速，同步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速恒等于同步轉(zhuǎn)速，機(jī)械特性硬機(jī)械特性硬11160602ppfnnn13.1 同步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)模型與調(diào)速方法同步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)模型與調(diào)速方法一、一、 同步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)同步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)University of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-315l同步電動(dòng)機(jī)有隱極與凸極之分。隱極式電同步電動(dòng)機(jī)有隱極與凸極之分。隱極式電機(jī)氣隙均勻；凸極式則不均勻，磁極直軸機(jī)氣隙均勻；凸極式則不均勻，磁

6、極直軸磁阻小，極間交軸磁阻大，兩軸的電感系磁阻小，極間交軸磁阻大，兩軸的電感系數(shù)不等，使數(shù)學(xué)模型更復(fù)雜一些。數(shù)不等，使數(shù)學(xué)模型更復(fù)雜一些。l同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子有獨(dú)立勵(lì)磁，在極低的電同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子有獨(dú)立勵(lì)磁，在極低的電源頻率下也能運(yùn)行，同步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范源頻率下也能運(yùn)行，同步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍比異步電動(dòng)機(jī)更寬。圍比異步電動(dòng)機(jī)更寬。l異步電動(dòng)機(jī)要靠加大轉(zhuǎn)差才能提高轉(zhuǎn)矩，異步電動(dòng)機(jī)要靠加大轉(zhuǎn)差才能提高轉(zhuǎn)矩，而同步電機(jī)只須加大功角就能增大轉(zhuǎn)矩，而同步電機(jī)只須加大功角就能增大轉(zhuǎn)矩，同步電動(dòng)機(jī)比異步電動(dòng)機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)具有同步電動(dòng)機(jī)比異步電動(dòng)機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)具有更強(qiáng)的承受能力，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。更強(qiáng)的承受能力，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。U

7、niversity of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-316同步電動(dòng)機(jī)按勵(lì)磁方式分為可控勵(lì)磁同步電同步電動(dòng)機(jī)按勵(lì)磁方式分為可控勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)和永磁同步電動(dòng)機(jī)兩種。動(dòng)機(jī)和永磁同步電動(dòng)機(jī)兩種。l可控勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)子側(cè)有獨(dú)立的直可控勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)子側(cè)有獨(dú)立的直流勵(lì)磁，可以通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的直流勵(lì)磁電流勵(lì)磁，可以通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的直流勵(lì)磁電流，改變輸入功率因數(shù)，可以滯后，也可流，改變輸入功率因數(shù)，可以滯后，也可以超前。以超前。l永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子用永磁材料制成，永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子用永

8、磁材料制成，無需直流勵(lì)磁。無需直流勵(lì)磁。二、二、 同步電動(dòng)機(jī)的分類同步電動(dòng)機(jī)的分類University of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-317l正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)磁極采用永磁磁極采用永磁材料，輸入三相正弦波電流時(shí)，氣隙磁場(chǎng)材料，輸入三相正弦波電流時(shí)，氣隙磁場(chǎng)為正弦分布，稱作正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)，為正弦分布，稱作正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)，或簡(jiǎn)稱永磁同步電動(dòng)機(jī)縮寫為或簡(jiǎn)稱永磁同步電動(dòng)機(jī)縮寫為PMSM。l 梯形波永磁同步電動(dòng)機(jī)梯形波永磁同步電動(dòng)機(jī)氣隙磁場(chǎng)呈梯氣隙磁場(chǎng)

9、呈梯形波分布，性能更接近于直流電動(dòng)機(jī)。梯形波分布，性能更接近于直流電動(dòng)機(jī)。梯形波永磁同步電動(dòng)機(jī)構(gòu)成的自控變頻同步形波永磁同步電動(dòng)機(jī)構(gòu)成的自控變頻同步電動(dòng)機(jī)又稱作無刷直流電動(dòng)機(jī)，縮寫為電動(dòng)機(jī)又稱作無刷直流電動(dòng)機(jī)，縮寫為BLDM。按氣隙磁場(chǎng)分布，按氣隙磁場(chǎng)分布，永磁同步電動(dòng)機(jī)的分類永磁同步電動(dòng)機(jī)的分類University of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-318圖圖13-1 凸極同步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行相量圖凸極同步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行相量圖sincoscossinssqqsssddssqssd

10、UIxUEIxIIII三、同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩角特性三、同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩角特性1. 凸極凸極同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩角特性同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩角特性University of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-319l電磁功率電磁功率123cos3cos()3cos cos3sin sinsin(cos )3cos3sin3()3sinsin22MsssssssssssssqdsdqssddqPPU IU IU IU IUEUUUxxUxxU Exx xl電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩 2sin2)(3sin32qdm

11、qdsdmssexxxxUxEUTUniversity of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3110圖圖11-2 凸極同步電動(dòng)機(jī)的矩角特性凸極同步電動(dòng)機(jī)的矩角特性l第第1部分由轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，是同步電動(dòng)部分由轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，是同步電動(dòng)機(jī)的主轉(zhuǎn)矩；機(jī)的主轉(zhuǎn)矩；l第第2部分由于磁路不對(duì)稱產(chǎn)生，稱作磁阻部分由于磁路不對(duì)稱產(chǎn)生，稱作磁阻反應(yīng)轉(zhuǎn)矩。反應(yīng)轉(zhuǎn)矩。University of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮

12、向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3111l隱極同步電動(dòng)機(jī)隱極同步電動(dòng)機(jī) l電磁功率電磁功率l電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩 dqxx3sinssMdU EPx3sinssemdU ETx2. 隱極隱極同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩角特性同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩角特性University of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3112圖圖13-3 隱極同步電動(dòng)機(jī)的矩角特性隱極同步電動(dòng)機(jī)的矩角特性2電磁轉(zhuǎn)矩最大電磁轉(zhuǎn)矩最大 max3ssemdU ETxUniversity of Science and Technology

13、 Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3113圖圖13-4 隱極同步電動(dòng)機(jī)的矩角特性隱極同步電動(dòng)機(jī)的矩角特性02能夠穩(wěn)定運(yùn)行能夠穩(wěn)定運(yùn)行四、四、 同步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行同步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行University of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3114圖圖13-5 隱極同步電動(dòng)機(jī)的矩角特性隱極同步電動(dòng)機(jī)的矩角特性不能穩(wěn)定運(yùn)行，不能穩(wěn)定運(yùn)行，產(chǎn)生失步現(xiàn)象產(chǎn)生失步現(xiàn)象。2University of Science and T

14、echnology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3115l當(dāng)同步電動(dòng)機(jī)在工頻電源下起動(dòng)時(shí)，定子當(dāng)同步電動(dòng)機(jī)在工頻電源下起動(dòng)時(shí)，定子磁動(dòng)勢(shì)以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速具有磁動(dòng)勢(shì)以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速具有較大的滯后，不能快速跟上同步轉(zhuǎn)速；較大的滯后，不能快速跟上同步轉(zhuǎn)速；l在一個(gè)周期內(nèi)，電磁轉(zhuǎn)矩的平均值等于零，在一個(gè)周期內(nèi)，電磁轉(zhuǎn)矩的平均值等于零，故同步電動(dòng)機(jī)不能起動(dòng)。故同步電動(dòng)機(jī)不能起動(dòng)。l同步電動(dòng)機(jī)中轉(zhuǎn)子有起動(dòng)繞組，使電動(dòng)機(jī)同步電動(dòng)機(jī)中轉(zhuǎn)子有起動(dòng)繞組，使電動(dòng)機(jī)按異步電動(dòng)機(jī)的方式起動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)速接近同按異步電動(dòng)機(jī)的方式起動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)

15、速接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)再通入勵(lì)磁電流牽入同步。步轉(zhuǎn)速時(shí)再通入勵(lì)磁電流牽入同步。五、五、 同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)University of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3116l同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速等于同步轉(zhuǎn)速同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速等于同步轉(zhuǎn)速l同步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速只能是改變電源頻率的同步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速只能是改變電源頻率的變頻調(diào)速。變頻調(diào)速。l基頻以下采用帶定子壓降補(bǔ)償?shù)暮銐侯l比基頻以下采用帶定子壓降補(bǔ)償?shù)暮銐侯l比控制方式，基頻以上采用電壓恒定的控制控制方式，基頻以上采用電壓恒定的控制方式。方

16、式。pnfnn1160六、六、 同步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速同步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速University of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3117圖圖13-6 同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速機(jī)械特性同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速機(jī)械特性基頻以下基頻以下 max3ssedmE UTx常數(shù)基頻以上基頻以上 max1311sNsemdmUETxn返回目錄返回目錄University of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-

17、5-3118l多臺(tái)永磁或磁阻同步電動(dòng)機(jī)并聯(lián)接在公共多臺(tái)永磁或磁阻同步電動(dòng)機(jī)并聯(lián)接在公共的變頻器上，由統(tǒng)一的頻率給定信號(hào)同時(shí)的變頻器上，由統(tǒng)一的頻率給定信號(hào)同時(shí)調(diào)節(jié)各臺(tái)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。調(diào)節(jié)各臺(tái)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。l轉(zhuǎn)子振蕩和失步問題并未解決。轉(zhuǎn)子振蕩和失步問題并未解決。l各臺(tái)同步電動(dòng)機(jī)的負(fù)載不能太大，否則會(huì)各臺(tái)同步電動(dòng)機(jī)的負(fù)載不能太大，否則會(huì)造成負(fù)載大的同步電動(dòng)機(jī)失步，進(jìn)而使整造成負(fù)載大的同步電動(dòng)機(jī)失步，進(jìn)而使整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)崩潰。個(gè)調(diào)速系統(tǒng)崩潰。一、轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制的同步電動(dòng)機(jī)一、轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制的同步電動(dòng)機(jī)群調(diào)速系統(tǒng)群調(diào)速系統(tǒng)13.2 他控變頻同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)他控變頻同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)Univ

18、ersity of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3119圖圖13-7 多臺(tái)同步電動(dòng)機(jī)的恒壓頻比控制調(diào)速系統(tǒng)多臺(tái)同步電動(dòng)機(jī)的恒壓頻比控制調(diào)速系統(tǒng)University of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3120l可以采用恒壓頻比控制，在起動(dòng)過程中，可以采用恒壓頻比控制，在起動(dòng)過程中，同步電動(dòng)機(jī)定子電源頻率按斜坡規(guī)律變化，同步電動(dòng)機(jī)定子電源頻率按斜坡規(guī)律變化，將動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)差限

19、制在允許的范圍內(nèi)，以保證將動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)差限制在允許的范圍內(nèi)，以保證同步電動(dòng)機(jī)順利起動(dòng)。同步電動(dòng)機(jī)順利起動(dòng)。l起動(dòng)結(jié)束后，同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等于同步轉(zhuǎn)起動(dòng)結(jié)束后，同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等于同步轉(zhuǎn)速，穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)差等于零。速，穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)差等于零。l也可以采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制的矢量控制或直也可以采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制的矢量控制或直接轉(zhuǎn)矩控制。接轉(zhuǎn)矩控制。二、大功率同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)二、大功率同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)University of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3121圖圖13-8 變壓變頻器供電的同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)變壓

20、變頻器供電的同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)返回目錄返回目錄University of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3122l他控變頻同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)變頻器的輸他控變頻同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)變頻器的輸出頻率與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速或位置無直接的關(guān)系，出頻率與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速或位置無直接的關(guān)系，若控制不當(dāng)，仍然會(huì)造成失步。若控制不當(dāng)，仍然會(huì)造成失步。l根據(jù)轉(zhuǎn)子位置直接控制變頻裝置的輸出電根據(jù)轉(zhuǎn)子位置直接控制變頻裝置的輸出電壓或電流的相位，就能從根本上杜絕失步壓或電流的相位，就能從根本上杜絕失步現(xiàn)象，這就是自控變頻同步電

21、動(dòng)機(jī)的初衷?，F(xiàn)象，這就是自控變頻同步電動(dòng)機(jī)的初衷。13.3 自控變頻同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)自控變頻同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)University of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3123圖圖13-9 自控變頻同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速原理圖自控變頻同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速原理圖UI逆變器逆變器 BQ轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器需要兩套需要兩套可控功率可控功率單元，系單元，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。雜。一、自控變頻同步電動(dòng)機(jī)一、自控變頻同步電動(dòng)機(jī)University of Science and Technology

22、 Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3124l在基頻以下調(diào)速時(shí)，需要電壓頻率協(xié)調(diào)控在基頻以下調(diào)速時(shí)，需要電壓頻率協(xié)調(diào)控制。制。l需要一套直流調(diào)壓裝置，為逆變器提供可需要一套直流調(diào)壓裝置，為逆變器提供可調(diào)的直流電源。調(diào)的直流電源。l調(diào)速時(shí)改變直流電壓，轉(zhuǎn)速將隨之變化，調(diào)速時(shí)改變直流電壓，轉(zhuǎn)速將隨之變化，逆變器的輸出頻率自動(dòng)跟蹤轉(zhuǎn)速。逆變器的輸出頻率自動(dòng)跟蹤轉(zhuǎn)速。l在表面上只控制了電壓，實(shí)際上也自動(dòng)地在表面上只控制了電壓，實(shí)際上也自動(dòng)地控制了頻率，這就是自控變頻同步電動(dòng)機(jī)控制了頻率，這就是自控變頻同步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速。變壓變頻調(diào)速。

23、University of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3125圖圖13-10 PWM控制的自控變頻同步電動(dòng)機(jī)及調(diào)速原理圖控制的自控變頻同步電動(dòng)機(jī)及調(diào)速原理圖University of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3126l采用采用PWM逆變器，既完成變頻，又實(shí)現(xiàn)調(diào)逆變器，既完成變頻，又實(shí)現(xiàn)調(diào)壓。壓。l可控整流器就可以用不可控整流器，或直可控整流器就可以用不可控整流

24、器，或直接由直流母線供電，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只需接由直流母線供電，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只需一套可控功率單元。一套可控功率單元。l把電動(dòng)機(jī)和逆變器、轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器把電動(dòng)機(jī)和逆變器、轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器BQ合起來看，如同是一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)。合起來看，如同是一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)。l從外部看來，改變直流電壓，就可實(shí)現(xiàn)調(diào)從外部看來，改變直流電壓，就可實(shí)現(xiàn)調(diào)速，相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)壓調(diào)速。速，相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)壓調(diào)速。University of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3127l在自控變頻同步電動(dòng)機(jī)中采用的電

25、力電子在自控變頻同步電動(dòng)機(jī)中采用的電力電子逆變器和轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器就相當(dāng)于電子式逆變器和轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器就相當(dāng)于電子式換向器，用靜止的電力電子電路代替了容換向器，用靜止的電力電子電路代替了容易產(chǎn)生火花的旋轉(zhuǎn)接觸式換向器，用電子易產(chǎn)生火花的旋轉(zhuǎn)接觸式換向器，用電子換向取代機(jī)械換向。換向取代機(jī)械換向。University of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3128l 無換向器電動(dòng)機(jī)無換向器電動(dòng)機(jī)由于采用電子換相取代了機(jī)由于采用電子換相取代了機(jī)械式的換向器，多用于帶直流勵(lì)磁的同步電動(dòng)機(jī)。械

26、式的換向器，多用于帶直流勵(lì)磁的同步電動(dòng)機(jī)。l 正弦波永磁自控變頻同步電動(dòng)機(jī)正弦波永磁自控變頻同步電動(dòng)機(jī)以正弦波永以正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)為核心，構(gòu)成的自控變頻同步電動(dòng)磁同步電動(dòng)機(jī)為核心，構(gòu)成的自控變頻同步電動(dòng)機(jī)。機(jī)。l 梯形波永磁自控變頻同步電動(dòng)機(jī)即無刷直流電動(dòng)梯形波永磁自控變頻同步電動(dòng)機(jī)即無刷直流電動(dòng)機(jī)機(jī)以梯形波永磁同步電動(dòng)機(jī)為核心的自控變以梯形波永磁同步電動(dòng)機(jī)為核心的自控變頻同步電動(dòng)機(jī)，性能更接近于直流電動(dòng)機(jī)。但沒頻同步電動(dòng)機(jī)，性能更接近于直流電動(dòng)機(jī)。但沒有電刷，故稱無刷直流電動(dòng)機(jī)。有電刷，故稱無刷直流電動(dòng)機(jī)。自控變頻同步電動(dòng)機(jī)的分自控變頻同步電動(dòng)機(jī)的分類類University of Sci

27、ence and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3129l無刷直流電動(dòng)機(jī)實(shí)質(zhì)上是一種特定類型的無刷直流電動(dòng)機(jī)實(shí)質(zhì)上是一種特定類型的永磁同步電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子磁極采用瓦形磁鋼，永磁同步電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子磁極采用瓦形磁鋼，經(jīng)專門的磁路設(shè)計(jì)，可獲得梯形波的氣隙經(jīng)專門的磁路設(shè)計(jì)，可獲得梯形波的氣隙磁場(chǎng)，感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)也是梯形波的。磁場(chǎng)，感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)也是梯形波的。l逆變器提供與電動(dòng)勢(shì)嚴(yán)格同相的方波電流。逆變器提供與電動(dòng)勢(shì)嚴(yán)格同相的方波電流。二、梯形波永磁同步電動(dòng)機(jī)的自控變頻調(diào)速系二、梯形波永磁同步電動(dòng)機(jī)的自控變頻調(diào)速系統(tǒng)統(tǒng)Uni

28、versity of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3130圖圖13-11 梯形波永磁同步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢(shì)波形與近似的電梯形波永磁同步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢(shì)波形與近似的電流波形圖流波形圖University of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3131圖圖13-12 梯形波永磁同步電動(dòng)機(jī)的等效電路及逆變器主電梯形波永磁同步電動(dòng)機(jī)的等效電路及逆變器主電路原理圖路原理圖Univers

29、ity of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3132圖圖13-13 PWM逆變器逆變器輸出電壓輸出電壓圖圖13-14 梯形波永磁同步梯形波永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)University of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3133l梯形波永磁同步電動(dòng)機(jī)的電壓方程梯形波永磁同步電動(dòng)機(jī)的電壓方程 000000000000AsAAABsBBBCsCCCuRiLi

30、eduRiLiedtuRiLiel電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩 pppppppmmmeInIEnnPPT22/University of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3134l不考慮換相過程及不考慮換相過程及PWM調(diào)制等因素的影響，調(diào)制等因素的影響，VT1和和VT6導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通時(shí)，A、B兩相導(dǎo)通，而兩相導(dǎo)通，而C相關(guān)斷相關(guān)斷l(xiāng)無刷直流電動(dòng)機(jī)的電壓方程無刷直流電動(dòng)機(jī)的電壓方程 0ABpCiiIi ABpeeE 222pABsppdIuuR ILEdtUniversity of Science

31、and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3135l采用采用PWM控制控制 l電壓方程電壓方程 l狀態(tài)方程狀態(tài)方程l電樞漏磁時(shí)間常數(shù)電樞漏磁時(shí)間常數(shù) dBAUuu222pspdpdIR ILUEdt12ppdpldIEUIdtTLL lsLTRUniversity of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3136l根據(jù)電機(jī)和電力拖動(dòng)系統(tǒng)基本理論根據(jù)電機(jī)和電力拖動(dòng)系統(tǒng)基本理論 22()pepepppep

32、peLEknTE In k IndTTdtJl無刷直流電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)方程無刷直流電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)方程2212ppepLpedplssnndk ITdtJJdIkUIdtTLL University of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3137圖圖13-15 無刷直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖無刷直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖University of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3138圖

33、圖13-16 無刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)無刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)l ASR和和ACR均為帶有積分均為帶有積分和輸出限幅的和輸出限幅的PI調(diào)節(jié)器，調(diào)調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器可參照直節(jié)器可參照直流調(diào)速系統(tǒng)的流調(diào)速系統(tǒng)的方法設(shè)計(jì)。方法設(shè)計(jì)。University of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3139圖圖13-17 無刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖無刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖返回目錄返回目錄University of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致

34、用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3140l通過坐標(biāo)變換，把同步電動(dòng)機(jī)等效成直流通過坐標(biāo)變換，把同步電動(dòng)機(jī)等效成直流電動(dòng)機(jī)，再模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制方法進(jìn)電動(dòng)機(jī)，再模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制方法進(jìn)行控制。行控制。l在同步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)中，為了準(zhǔn)確在同步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)中，為了準(zhǔn)確地定向，需要檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置。地定向，需要檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置。l因此，同步電動(dòng)機(jī)矢量控制變頻調(diào)速也可因此，同步電動(dòng)機(jī)矢量控制變頻調(diào)速也可歸屬于自控變頻同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。歸屬于自控變頻同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。13.4 同步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)同步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)University of Science and

35、 Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3141l定子三相繞組是靜止的，轉(zhuǎn)子以角速度旋轉(zhuǎn)，定子三相繞組是靜止的，轉(zhuǎn)子以角速度旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子上的勵(lì)磁繞組在勵(lì)磁電壓供電下流過勵(lì)轉(zhuǎn)子上的勵(lì)磁繞組在勵(lì)磁電壓供電下流過勵(lì)磁電流。磁電流。l沿勵(lì)磁磁極的軸線為沿勵(lì)磁磁極的軸線為d軸，與軸，與d軸正交的是軸正交的是q軸，軸，dq坐標(biāo)系固定在轉(zhuǎn)子上，與轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)。坐標(biāo)系固定在轉(zhuǎn)子上，與轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)。l阻尼繞組是多導(dǎo)條類似籠型的繞組，等效成阻尼繞組是多導(dǎo)條類似籠型的繞組，等效成在在d軸和軸和q軸各自短路的兩個(gè)獨(dú)立的繞組。軸各自短路的兩

36、個(gè)獨(dú)立的繞組。一、可控勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型一、可控勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型University of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3142圖圖13-18 帶有阻尼繞組的同步電動(dòng)機(jī)物理模型帶有阻尼繞組的同步電動(dòng)機(jī)物理模型University of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3143l同步電動(dòng)機(jī)的電壓矩陣方程式同步電動(dòng)機(jī)的電壓矩陣方程式rqrdfsqsdrqm

37、qrdmdmdmdfmdmqsqmdmdsdrqrdfsqsdrqrdfmdmdssdmqsqsfsqsdiiIiidtdLLLLLLLLLLLLLiiIiiRRRLLRLLLRUuu000000000000000000000000000001. 凸極式同步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型凸極式同步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型University of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3144l轉(zhuǎn)矩方程整理后得轉(zhuǎn)矩方程整理后得 ()()epmdf sqpsdsqsd sqpmd rd sqmq rq sdTn

38、LI inLLi inL i iL i il 第一項(xiàng)是轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)和定子電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)第一項(xiàng)是轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)和定子電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)矩分量相互作用所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，是同步電動(dòng)機(jī)主要矩分量相互作用所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，是同步電動(dòng)機(jī)主要的電磁轉(zhuǎn)矩。的電磁轉(zhuǎn)矩。l 第二項(xiàng)是由凸極效應(yīng)造成的磁阻變化在電樞反應(yīng)磁第二項(xiàng)是由凸極效應(yīng)造成的磁阻變化在電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)作用下產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，稱作反應(yīng)轉(zhuǎn)矩或磁阻轉(zhuǎn)矩。動(dòng)勢(shì)作用下產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，稱作反應(yīng)轉(zhuǎn)矩或磁阻轉(zhuǎn)矩。l 第三項(xiàng)是電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)與阻尼繞組磁動(dòng)勢(shì)相互作第三項(xiàng)是電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)與阻尼繞組磁動(dòng)勢(shì)相互作用的轉(zhuǎn)矩。用的轉(zhuǎn)矩。University of Science and Tec

39、hnology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3145l運(yùn)動(dòng)方程運(yùn)動(dòng)方程 l勵(lì)磁繞組的存在，增加了狀態(tài)變量的維數(shù)，勵(lì)磁繞組的存在，增加了狀態(tài)變量的維數(shù)，提高了微分方程的階次，而凸極效應(yīng)使得提高了微分方程的階次，而凸極效應(yīng)使得d軸和軸和q軸參數(shù)不等，增加了數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜軸參數(shù)不等，增加了數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜性。性。LpsdrqmqsqrdmdsqsdsqsdsqfmdpLepTJniiLiiLiiLLiILJnTTJndtd)()()(2University of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德

40、博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3146l忽略阻尼繞組的作用，則動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型為忽略阻尼繞組的作用，則動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型為fsqsdfmsmsfsqsdfmssssfsqsdIiidtdLLLLLIiiRLRLoLRUuu000000LpsqfmpLepTJniILJnTTJndtd2)(2. 隱極式同步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型隱極式同步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型University of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3147l隱極式同步電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)方程隱極式同步

41、電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)方程 l漏磁系數(shù)漏磁系數(shù) 2()1111pppeLmf sqLmfsdsmsdsqfsdfssfssfsqsmsdsqfsqsssffmsmmsdsqfsdfsfsfsffnnndTTL I iTdtJJJL RdiRLiiIuUdtLL LLL LdiRLiiIudtLLLdIRL RLLiiIuUdtL LLLL LL 21msfLL L University of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3148l保持同步電動(dòng)機(jī)的氣隙磁鏈恒定，采用按氣保持同步電動(dòng)機(jī)的氣隙磁

42、鏈恒定，采用按氣隙磁鏈定向。隙磁鏈定向。l忽略阻尼繞組的作用，在可控勵(lì)磁同步電動(dòng)忽略阻尼繞組的作用，在可控勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)中，除轉(zhuǎn)子直流勵(lì)磁外，定子磁動(dòng)勢(shì)還產(chǎn)機(jī)中，除轉(zhuǎn)子直流勵(lì)磁外，定子磁動(dòng)勢(shì)還產(chǎn)生電樞反應(yīng)，直流勵(lì)磁與電樞反應(yīng)合成起來生電樞反應(yīng)，直流勵(lì)磁與電樞反應(yīng)合成起來產(chǎn)生氣隙磁鏈。產(chǎn)生氣隙磁鏈。 二、二、 可控勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)按氣隙磁鏈定可控勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)按氣隙磁鏈定向矢量控制系統(tǒng)向矢量控制系統(tǒng)University of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3149l同步電動(dòng)機(jī)氣隙磁鏈?zhǔn)?/p>

43、指與定子和轉(zhuǎn)子交鏈同步電動(dòng)機(jī)氣隙磁鏈?zhǔn)侵概c定子和轉(zhuǎn)子交鏈的主磁鏈，沿的主磁鏈，沿dq軸分解得在軸分解得在dq坐標(biāo)系的表達(dá)坐標(biāo)系的表達(dá)式式l氣隙磁鏈?zhǔn)噶靠梢杂闷浞岛徒嵌葋肀硎練庀洞沛準(zhǔn)噶靠梢杂闷浞岛徒嵌葋肀硎緎qmgqfmsdmgdiLILiL22gqggdjarctgjgggdgqeeUniversity of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3150l定子磁鏈定子磁鏈l電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩 gqsqlssqmsqlssqgdsdlsfmsdmsdlssdiLiLiLiLILiLiL

44、)(sdgqsqgdpeiinTUniversity of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3151l定義定義mt坐標(biāo)系，使坐標(biāo)系，使m軸與氣隙合成磁鏈?zhǔn)篙S與氣隙合成磁鏈?zhǔn)噶恐睾希恐睾?，t軸與軸與m軸正交。軸正交。l將定子三相電流合成矢量和勵(lì)磁電流矢量將定子三相電流合成矢量和勵(lì)磁電流矢量沿沿m、t軸分解為勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量，軸分解為勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量，University of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上

45、勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3152圖圖13-20 可控勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)空間矢量圖可控勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)空間矢量圖University of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3153l勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量與在勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量與在dq坐標(biāo)系中相應(yīng)坐標(biāo)系中相應(yīng)分量的關(guān)系分量的關(guān)系 cossinsincosggsdsmggsqstiiiicossinsincos0fmggfftggiIiUniversity of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德

46、博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3154l按氣隙磁鏈定向按氣隙磁鏈定向l由此導(dǎo)出由此導(dǎo)出cossinsincos0gmgggdm smm fmm ggtgggqm stm ftL iL iL iL iL iftstfmsmgiiiiiUniversity of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3155l同步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩同步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 ftgmpstgmpeininTl只要保證氣隙磁鏈恒定，控制定子電流的只要保證氣隙磁鏈恒定，控制定子

47、電流的轉(zhuǎn)矩分量就可以方便靈活地控制同步電動(dòng)轉(zhuǎn)矩分量就可以方便靈活地控制同步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩。機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩。l當(dāng)定子電壓與電流都為三相對(duì)稱正弦時(shí)，當(dāng)定子電壓與電流都為三相對(duì)稱正弦時(shí)，電壓相量與電流相量的相位差等于合成矢電壓相量與電流相量的相位差等于合成矢量的夾角，可得可控勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)空間量的夾角，可得可控勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)空間矢量和時(shí)間相量圖。矢量和時(shí)間相量圖。University of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3156圖圖13-21 可控勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)空間矢量圖和時(shí)間相量可控勵(lì)

48、磁同步電動(dòng)機(jī)空間矢量圖和時(shí)間相量University of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3157l要保證氣隙磁鏈恒定要保證氣隙磁鏈恒定，只要使，只要使恒定即可。恒定即可。定子電流的勵(lì)磁分量可以從同步電動(dòng)機(jī)期望定子電流的勵(lì)磁分量可以從同步電動(dòng)機(jī)期望的功率因數(shù)值求出。一般說來，希望功率的功率因數(shù)值求出。一般說來，希望功率因數(shù)因數(shù)gsmfmiiicos1,2s0smiUniversity of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世

49、致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3158l按氣隙磁鏈定向按氣隙磁鏈定向 22122ssmststssmffmftftstgfmfmiiiitgiIiiiiarctgarctgiiUniversity of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3159l以以A軸為參考坐標(biāo)軸，則軸為參考坐標(biāo)軸，則d軸的位置角為軸的位置角為可以通過電機(jī)軸上的位置傳感器可以通過電機(jī)軸上的位置傳感器BQ測(cè)得或通測(cè)得或通過轉(zhuǎn)速積分得到。過轉(zhuǎn)速積分得到。l定子電流空間矢量與定子電流空間矢量與A軸的

50、夾角軸的夾角 dtrrgsUniversity of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3160l定子電流空間矢量與定子電流空間矢量與A軸夾角的期望值軸夾角的期望值l若使功率因數(shù)等于若使功率因數(shù)等于1 *ststrgsrfmsmiiarctgarctgii*2strgsrfmiarctgiUniversity of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3161l由定子電流空間矢量

51、的期望值和相位角的由定子電流空間矢量的期望值和相位角的期望值，可以求出三相定子電流給定值期望值，可以求出三相定子電流給定值*cos2cos()32cos()3AsBsCsiiiiiiUniversity of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3162圖圖13-22 同步電動(dòng)機(jī)矢量運(yùn)算器同步電動(dòng)機(jī)矢量運(yùn)算器University of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3163圖

52、圖13-23 可控勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)基于電流模型的矢量控制系統(tǒng)可控勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)基于電流模型的矢量控制系統(tǒng)University of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3164l正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)具有定子三相分布正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)具有定子三相分布繞組和永磁轉(zhuǎn)子，在磁路結(jié)構(gòu)和繞組分布繞組和永磁轉(zhuǎn)子，在磁路結(jié)構(gòu)和繞組分布上保證定子繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)具有正弦上保證定子繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)具有正弦波形，外施的定子電壓和電流也應(yīng)為正弦波形，外施的定子電壓和電流也應(yīng)為正弦波。波。l永磁同步電動(dòng)機(jī)一般

53、沒有阻尼繞組，轉(zhuǎn)子永磁同步電動(dòng)機(jī)一般沒有阻尼繞組，轉(zhuǎn)子由永磁體材料構(gòu)成，無勵(lì)磁繞組。由永磁體材料構(gòu)成，無勵(lì)磁繞組。l永磁同步電動(dòng)機(jī)具有幅值恒定、方向隨轉(zhuǎn)永磁同步電動(dòng)機(jī)具有幅值恒定、方向隨轉(zhuǎn)子位置變化的轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)。子位置變化的轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)。三、正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)三、正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)University of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3165圖圖13-24 永磁同步電動(dòng)機(jī)物理模型永磁同步電動(dòng)機(jī)物理模型University of Science and

54、Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3166l假想轉(zhuǎn)子由一般導(dǎo)磁材料構(gòu)成，帶有一個(gè)假想轉(zhuǎn)子由一般導(dǎo)磁材料構(gòu)成，帶有一個(gè)虛擬的勵(lì)磁繞組，通以虛擬的勵(lì)磁電流，虛擬的勵(lì)磁繞組，通以虛擬的勵(lì)磁電流，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)與永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)與永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)相等。子磁動(dòng)勢(shì)相等。l永磁同步電動(dòng)機(jī)可以與一般的電勵(lì)磁同步永磁同步電動(dòng)機(jī)可以與一般的電勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)等效，唯一的差別是虛擬勵(lì)磁電流電動(dòng)機(jī)等效，唯一的差別是虛擬勵(lì)磁電流恒定恒定。fI常數(shù)0dtdIffL虛擬勵(lì)磁繞虛擬勵(lì)磁繞組等效電感組等效電感 Un

55、iversity of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3167l永磁同步電動(dòng)機(jī)定子電壓永磁同步電動(dòng)機(jī)定子電壓l考慮凸極效應(yīng)時(shí)，磁鏈方程考慮凸極效應(yīng)時(shí)，磁鏈方程sdsqsqssqsqsdsdssddtdiRudtdiRuffsdmdfsqsqsqfmdsdsdsdILiLiLILiLUniversity of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3168l轉(zhuǎn)矩方程轉(zhuǎn)矩方程l將磁

56、鏈方程代入電壓方程將磁鏈方程代入電壓方程 ()()epsd sqsq sdpmdf sqsdsqsd sqTniinLI iLLi i000sdsdsdsdssqfsqsqsqsqsdsmduiLiRLdIuiLiLRLdtUniversity of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3169l永磁同步電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)方程為永磁同步電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)方程為l與電勵(lì)磁的隱極式同步電動(dòng)機(jī)相比較，隱與電勵(lì)磁的隱極式同步電動(dòng)機(jī)相比較，隱極式永磁同步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型階次低，極式永磁同步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型階次

57、低，非線性強(qiáng)耦合程度有所減弱。非線性強(qiáng)耦合程度有所減弱。sqsqfsqmdsqsqssdsqsdsqsdsdsqsdsqsdsdssdLpsqsdsqsdsqfmdpLepuLILLiLRiLLdtdiuLiLLiLRdtdiTJniiLLiILJnTTJndtd11)()(2University of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3170l永磁同步電動(dòng)機(jī)常采用按轉(zhuǎn)子磁鏈定向控永磁同步電動(dòng)機(jī)常采用按轉(zhuǎn)子磁鏈定向控制，制，l代入轉(zhuǎn)矩方程，得代入轉(zhuǎn)矩方程，得fsdmdffLiLI)(

58、2sqsdsqsdsqsdfmdsqffmdpeiiLLiiLLiLLnTUniversity of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3171l在基頻以下的恒轉(zhuǎn)矩工作區(qū)中，控制定子在基頻以下的恒轉(zhuǎn)矩工作區(qū)中，控制定子電流矢量使之落在電流矢量使之落在q軸上，即軸上，即l磁鏈方程為磁鏈方程為l電磁轉(zhuǎn)矩方程電磁轉(zhuǎn)矩方程 0sdissqiifffssqsqfmdsdILiLILsffmdpeiLLnTUniversity of Science and Technology Liaoning博

59、學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3172圖圖13-25 永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈定向空間矢量圖永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈定向空間矢量圖a）恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速）恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速 b）弱磁恒功率調(diào)速）弱磁恒功率調(diào)速University of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3173l三相電流給定值三相電流給定值*cos()sin222cos()sin()23322cos()sin()233AsrsrBsrsrBsrsriiiiiiiii University

60、of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3174圖圖13-26 按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量運(yùn)算器按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量運(yùn)算器University of Science and Technology Liaoning博學(xué)明德博學(xué)明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實(shí)創(chuàng)新求實(shí)創(chuàng)新2022-5-3175圖圖13-27 按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)University of Science and Technol