交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)_8

1、1第第 5 章章Zhengzhou University of Light Industry2021-10-312 Zhengzhou University of Light Industry2021-10-313 本節(jié)提要本節(jié)提要Zhengzhou University of Light Industry2021-10-314Zhengzhou University of Light Industry2021-10-315Zhengzhou University of Light Industry2021-10-316Zhengzhou University of Light Industr

2、y2021-10-317Zhengzhou University of Light Industry2021-10-318 Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3193. 同步調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)同步調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)pnf112 Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3110Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3111Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3112Zhengzhou U

3、niversity of Light Industry2021-10-3113返回目錄返回目錄Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3114 Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3115Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3116Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3117圖5-1多臺(tái)同步電動(dòng)機(jī)的恒壓頻比控制調(diào)速系統(tǒng) Zhengzhou University of Light

4、 Industry2021-10-3118Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3119Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3120*5.2.2 由交由交-直直-交電流型負(fù)載換流變壓變頻交電流型負(fù)載換流變壓變頻 器供電的同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)器供電的同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3121Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3122圖5-2 由交-直-交電流

5、型負(fù)載換流變壓變頻器供電的同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3123Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3124Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3125Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3126 n概述概述Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3127圖5-3 由交-交變壓變頻器供電的大型低速同

6、步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng) Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3128Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3129*5.2.4 按氣隙磁場(chǎng)定向的同步電動(dòng)機(jī)矢按氣隙磁場(chǎng)定向的同步電動(dòng)機(jī)矢 量控制系統(tǒng)量控制系統(tǒng) Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3130 Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3131 圖5-4 二極同步電動(dòng)機(jī)的物理模型 Zhengzhou University of

7、Light Industry2021-10-3132Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3133 Zhengzhou University of Light Industry2021-10-31341 圖5-5 同步電動(dòng)機(jī)近似的空間矢量圖和時(shí)間相量圖 a）磁動(dòng)勢(shì)和磁通的空間矢量圖Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3135Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3136Zhengzhou University of Light In

8、dustry2021-10-3137由圖5-5a不難得出下列關(guān)系式2st2smsiii2ft2fmfiiIfmsmRiii（5-2） （5-3） （5-4） ftstiisssmcosiifffmcosIi（5-5） （5-6） （5-7） Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3138圖5-5 b 電壓、電流和磁鏈的時(shí)間相量圖Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3139Rs1ss44. 4fEU（5-8） Zhengzhou University of Light Industry2

9、021-10-3140n 電流關(guān)系分析 在圖5-5b中，is 是該相電流相量，它落后于 Us 的相角 就是同步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)角。根據(jù)電機(jī)學(xué)原理，R 與 Fs 空間矢量的空間角差 s 也就是磁鏈Rs 與電流 is 在時(shí)間上的相角差，因此 = 90 s ，而且 ism和 ist 也是 is 相量在時(shí)間相量圖上的分量。Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3141電流關(guān)系分析（續(xù)） 由此可知：定子電流的勵(lì)磁分量 ism 可以從定子電流 is 和調(diào)速系統(tǒng)期望的功率因數(shù)值求出。最簡(jiǎn)單的情況是希望 cos = 1，也就是說(shuō)，希望 ism = 0。 這

10、樣，由期望功率因數(shù)確定的 ism 可作為矢量控制系統(tǒng)的一個(gè)給定值。Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3142n 定子電流方程 以A軸為參考坐標(biāo)軸，則d軸的位置角為 = 1 dt ，可以通過(guò)電機(jī)軸上的位置傳感器 BQ 測(cè)得（見(jiàn)圖5-6）。于是，定子電流空間矢量與 A 軸的夾角 便成為 sf（5-9） Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3143定子電流方程（續(xù)）由的幅值和相位角可以求出三相定子電流cossAii )120cos(sBii)120cos(sCii（5-10） Zheng

11、zhou University of Light Industry2021-10-3144n 電磁轉(zhuǎn)矩方程 根據(jù)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換原理，同步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩可以表達(dá)為ssRpesin22FnT（5-11） 定子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)幅值 spNsss23inkNF 由式（5-2）及式（5-6）可知 stsssinii（5-12） （5-13） Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3145 將定子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)幅值表達(dá)式（5-12）及式（5-13）代入式（5-11），整理后得stRmeiCT （5-14） 式中Nsspm23kNnCZhengzhou Unive

12、rsity of Light Industry2021-10-31463. 同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)位置傳感器圖5-6 同步電動(dòng)機(jī)基于電流模型的矢量控制系統(tǒng)Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3147n 工作原理 同步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)采用了和直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)相仿的雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)。 l轉(zhuǎn)速控制：ASR的輸出是轉(zhuǎn)矩給定信號(hào)Te*，按照式（5-14），Te* 除以磁通模擬信號(hào) R* 即得定子電流轉(zhuǎn)矩分量的給定信號(hào) ist* ，R* 是由磁通給定信號(hào) * 經(jīng)磁通滯后模型模擬其滯后效應(yīng)后得到的。Zhengzhou University of Lig

13、ht Industry2021-10-3148l 磁通和電流控制（1）* 乘以系數(shù) K 即得合成勵(lì)磁電流的給定信號(hào)iR*，另外，按功率因數(shù)要求還可得定子電流勵(lì)磁分量給定信號(hào)ism*。（2）將 iR* 、ist*、ism* 和來(lái)自位置傳感器BQ的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)相位角 一起送入矢量運(yùn)算器，按式（5-7）以及式（5-9）、（5-10）計(jì)算出定子三相電流的給定信號(hào) iA*、iB*、iC* 和勵(lì)磁電流給定信號(hào)if*。Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3149 （3）通過(guò)ACR和AFR實(shí)行電流閉環(huán)控制，可使實(shí)際電流 iA、iB、iC 以及 If 跟隨其給

14、定值變化，獲得良好的動(dòng)態(tài)性能。當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，還能盡量保持同步電動(dòng)機(jī)的氣隙磁通、定子電動(dòng)勢(shì)及功率因數(shù)不變。Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3150*5.2.5 同步電動(dòng)機(jī)的多變量動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型同步電動(dòng)機(jī)的多變量動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型 n假定條件 如果解除5.2.4中所作的第1、2、4三條假定，即考慮了同步電動(dòng)機(jī)的凸極效應(yīng)、阻尼繞組和定子電阻與漏抗，則同步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)電壓方程式可寫(xiě)成 Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3151n 同步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)電壓方程式tiRtiRtIRUtiRutiRut

15、iRudd0dd0ddddddddQQQDDDffffCCsCBBsBAAsA（5-15） Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3152 方程說(shuō)明 式中前三個(gè)方程是定子A、B、C三相的電壓方程，第四個(gè)方程是勵(lì)磁繞組直流電壓方程，永磁同步電動(dòng)機(jī)無(wú)此方程，最后兩個(gè)方程是阻尼繞組的等效電壓方程。實(shí)際阻尼繞組是多導(dǎo)條類似籠型的繞組，這里把它等效成在d軸和q軸各自短路的兩個(gè)獨(dú)立繞組。所有符號(hào)的意義及其正方向都和分析異步電動(dòng)機(jī)時(shí)一致。 Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3153n 坐標(biāo)變換 將

16、A-B-C坐標(biāo)系變換到d-q同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，并用 p 表示微分算子，則三個(gè)定子電壓方程變換成 d1qqsqq1ddsdpiRupiRu（5-16） Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3154坐標(biāo)變換（續(xù)） 三個(gè)轉(zhuǎn)子電壓方程不變，因?yàn)樗鼈円呀?jīng)在d-q軸上了，可以改寫(xiě)成 QQQDDDffff00piRpiRpIRU（5-17） Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3155n 磁鏈方程 在兩相同步旋轉(zhuǎn)d-q坐標(biāo)系上的磁鏈方程為QrQqmqQDrDfmddmdDDmdfrfdmdfQmqq

17、sqqDmdfmddsddiLiLiLILiLiLILiLiLiLiLILiL（5-18） Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3156磁鏈方程（續(xù)）式中 Lsd 等效兩相定子繞組d軸自感， Lsd= Lls+Lmd ； Lsq 等效兩相定子繞組q軸自感， Lsq= Lls+Lmq ； Lls 等效兩相定子繞組漏感； Lmd d軸定子與轉(zhuǎn)子繞組間的互感，相當(dāng)于同步 電動(dòng)機(jī)原理中的d軸電樞反應(yīng)電感； Lmq q軸定子與轉(zhuǎn)子繞組間的互感，相當(dāng)于q軸 電樞反應(yīng)電感； Lrf 勵(lì)磁繞組自感， Lrf = Llf + Lmd ； LrD d軸阻尼繞

18、組自感，LrD = LlD + Lmd ； LrQ q軸阻尼繞組自感，LrQ = LlQ + Lmq 。Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3157n 矩陣方程式 將式（5-18）代入式（5-16）和式（5-17），整理后可得同步電動(dòng)機(jī)的電壓矩陣方程式 QDfqdrQQmqrDDmdmdmdrffmdmqmd1md1sqssd1mq1mdmdsq1sdsfqd000000000iiIiipLRpLpLRpLpLpLpLRpLpLLLpLRLLpLpLLpLRUuu（5-19） Zhengzhou University of Light I

19、ndustry2021-10-3158n 轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動(dòng)方程 同步電動(dòng)機(jī)在d-q軸上的轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動(dòng)方程為L(zhǎng)pdqqdpeddTtnJiinT)()()(dQmqqDmdpqdsqsdpqfmdpeiiLiiLniiLLniILnT（5-20） （5-21） 把式（5-18）中的和表達(dá)式代入式（5-20）的轉(zhuǎn)矩方程并整理后得Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3159表達(dá)式的物理意義 l第一項(xiàng) np Lmd If iq 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)主要的電磁轉(zhuǎn)矩。l第二項(xiàng) np (Lsd - Ls

20、q) id iq 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，這是凸極電機(jī)特有的轉(zhuǎn)矩，在隱極電機(jī)中，Lsd = Lsq ，該項(xiàng)為0。 Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3160表達(dá)式的物理意義（續(xù)）l第三項(xiàng) np(Lmd iD iq Lmq iQ id )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，如果沒(méi)有阻尼繞組，或者在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)阻尼繞組中沒(méi)有感應(yīng)電流，該項(xiàng)都是零，只有在動(dòng)態(tài)中，產(chǎn)生阻尼電流，才有阻尼轉(zhuǎn)矩，幫助同步電動(dòng)機(jī)盡快達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)。 返回目錄返回目錄Zhengzhou Universi

21、ty of Light Industry2021-10-31615.3 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) 本節(jié)摘要本節(jié)摘要n基本結(jié)構(gòu)與原理n梯形波永磁同步電動(dòng)機(jī)（無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)）的自控變頻調(diào)速系統(tǒng)n正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)的自控變頻調(diào)速系統(tǒng)Zhengzhou University of Light Industry2021-10-31625.3.0 基本結(jié)構(gòu)與原理基本結(jié)構(gòu)與原理圖5-7 自控變頻同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖n 基本結(jié)構(gòu)Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3163n 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) （1）在電動(dòng)機(jī)軸端裝有一臺(tái)轉(zhuǎn)子位

22、置檢測(cè)器 BQ（見(jiàn)圖5-7），由它發(fā)出的信號(hào)控制變壓變頻裝置的逆變器 U I 換流，從而改變同步電動(dòng)機(jī)的供電頻率，保證轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與供電頻率同步。調(diào)速時(shí)則由外部信號(hào)或脈寬調(diào)制（PWM）控制 UI 的輸入直流電壓。 Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3164結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（續(xù)） （2）從電動(dòng)機(jī)本身看，它是一臺(tái)同步電動(dòng)機(jī)，但是如果把它和逆變器 UI、轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器 BQ 合起來(lái)看，就象是一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)電樞里面的電流本來(lái)就是交變的，只是經(jīng)過(guò)換向器和電刷才在外部電路表現(xiàn)為直流，這時(shí)，換向器相當(dāng)于機(jī)械式的逆變器，電刷相當(dāng)于磁極位置檢測(cè)器。這里，

23、則采用電力電子逆變器和轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器替代機(jī)械式換向器和電刷。Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3165n 自控變頻同步電動(dòng)機(jī)的分類 自控變頻同步電動(dòng)機(jī)在其開(kāi)發(fā)與發(fā)展的過(guò)程中，曾采用多種名稱，有的至今仍習(xí)慣性地使用著，它們是： l無(wú)換向器電動(dòng)機(jī) l三相永磁同步電動(dòng)機(jī)（輸入正弦波電流時(shí)）l無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)（采用方波電流時(shí)）Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3166n 永磁電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)l由于采用了永磁材料磁極，特別是采用了稀土金屬永磁，因此容量相同時(shí)電機(jī)的體積小、重量輕。 l轉(zhuǎn)子

24、沒(méi)有銅損和鐵損，又沒(méi)有滑環(huán)和電刷的摩擦損耗，運(yùn)行效率高。 l轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，允許脈沖轉(zhuǎn)矩大，可獲得較高的加速度，動(dòng)態(tài)性能好。 l結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行可靠。 Zhengzhou University of Light Industry2021-10-31675.3.1 梯形波永磁同步電動(dòng)機(jī)（無(wú)刷直流電梯形波永磁同步電動(dòng)機(jī)（無(wú)刷直流電 動(dòng)機(jī)）的自控變頻調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)機(jī)）的自控變頻調(diào)速系統(tǒng) 1. 概概 述述 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)實(shí)質(zhì)上是一種特定類型的同步電動(dòng)機(jī)，調(diào)速時(shí)只在表面上控制了輸入電壓，實(shí)際上也自動(dòng)地控制了頻率，仍屬于同步電動(dòng)機(jī)的變壓變頻調(diào)速。 Zhengzhou University of Light Indu

25、stry2021-10-3168n 電動(dòng)勢(shì)與電流波形 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁極采用瓦形磁鋼，經(jīng)專門(mén)的磁路設(shè)計(jì)，可獲得梯形波的氣隙磁場(chǎng)，定子采用集中整距繞組，因而感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)也是梯形波的。 由逆變器提供與電動(dòng)勢(shì)嚴(yán)格同相的方波電流，同一相（例如A相）的電動(dòng)勢(shì) eA和電流波 iA 形圖如圖5-8所示。 Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3169電動(dòng)勢(shì)與電流波形（續(xù)） 圖5-8 梯形波永磁同步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢(shì)與電流波形圖 Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3170 由于各相電流都是方波

26、，逆變器的電壓只須按直流PWM的方法進(jìn)行控制，比各種交流PWM控制都要簡(jiǎn)單得多，這是設(shè)計(jì)梯形波永磁同步電動(dòng)機(jī)的初衷。 然而由于繞組電感的作用，換相時(shí)電流波形不可能突跳，其波形實(shí)際上只能是近似梯形的，因而通過(guò)氣隙傳送到轉(zhuǎn)子的電磁功率也是梯形波。 Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3171n 轉(zhuǎn)矩脈動(dòng) 如圖5-9所示，實(shí)際的轉(zhuǎn)矩波形每隔60都出現(xiàn)一個(gè)缺口，而用 PWM 調(diào)壓調(diào)速又使平頂部分出現(xiàn)紋波，這樣的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)使梯形波永磁同步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能低于正弦波的永磁同步電動(dòng)機(jī)。Zhengzhou University of Light Indus

27、try2021-10-3172轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)（續(xù)） 圖5-9 梯形波永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng) Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3173n 逆變器電路2. 穩(wěn)態(tài)模型圖5-10 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Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3174 逆變器工作方式 由三相橋式逆變器供電的Y接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如圖5-10所示，逆變器通常采用120導(dǎo)通型的，當(dāng)兩相導(dǎo)通時(shí)，另一相斷開(kāi)。 Zhengzhou University of Li

28、ght Industry2021-10-3175 對(duì)于梯形波的電動(dòng)勢(shì)和電流，不能簡(jiǎn)單地用矢量表示，因而旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換也不適用，只好在靜止的ABC坐標(biāo)上建立電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。 當(dāng)電動(dòng)機(jī)中點(diǎn)與直流母線負(fù)極共地時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電壓方程可以用下式表示 n 電壓方程Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3176電壓方程（續(xù)）三相輸入對(duì)地電壓；三相電流；三相電動(dòng)勢(shì)；定子每相電阻；定子每相繞組的自感；定子任意兩相繞組間的互感。CBACBAsmmmsmmmsCBAsssCBA000000eeeiiipLLLLLLLLLiiiRRRuuu（5-22） 式中uA、uB

29、 、uC iA、iB 、iC eA、eB 、eC RsLsLmZhengzhou University of Light Industry2021-10-3177電壓方程（續(xù)） 由于三相定子繞組對(duì)稱，故有 iA + iB + iC = 0則 Lm iB + Lm iC = - Lm iA Lm iC + Lm iA = - Lm iB Lm iA + Lm iB = - Lm iC Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3178 電壓方程（續(xù)）代入式（5-22），并整理后得 CBACBAmsmsmsCBAsssCBA000000000000

30、eeeiiipLLLLLLiiiRRRuuu（5-23） Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3179n 轉(zhuǎn)矩方程 設(shè)圖5-8中方波電流的峰值為 Ip ，梯形波電動(dòng)勢(shì)的峰值為Ep，在一般情況下，同時(shí)只有兩相導(dǎo)通，從逆變器直流側(cè)看進(jìn)去，為兩相繞組串聯(lián)，則電磁功率為 Pm = 2 Ep Ip。忽略電流換相過(guò)程的影響，電磁轉(zhuǎn)矩為 pppppppmeInIEnnPT22/11（5-24） 式中 p 梯形波勵(lì)磁磁鏈的峰值，是恒定值。Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3180 由此可見(jiàn)，梯形波

31、永磁同步電動(dòng)機(jī)（即無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)）的轉(zhuǎn)矩與電流成正比，和一般的直流電動(dòng)機(jī)相當(dāng)。 這樣，其控制系統(tǒng)也和直流調(diào)速系統(tǒng)一樣，要求不高時(shí)，可采用開(kāi)環(huán)調(diào)速，對(duì)于動(dòng)態(tài)性能要求較高的負(fù)載，可采用雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。 Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3181注意 無(wú)論是開(kāi)環(huán)還是閉環(huán)系統(tǒng)，都必須具備轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)、發(fā)出換相信號(hào)、調(diào)速時(shí)對(duì)直流電壓的PWM控制等功能。 現(xiàn)已生產(chǎn)出專用的集成化芯片，比如 MC33033、MC33035等。Zhengzhou University of Light Industry2021-10-31823. 動(dòng)態(tài)模型l動(dòng)態(tài)電壓方程

32、 不考慮換相過(guò)程及PWM波等因素的影響，當(dāng)圖5-10中的VT1和VT6導(dǎo)通時(shí)，A、B兩相導(dǎo)通而C相關(guān)斷，則可得無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)電壓方程為 AAmsAsBA2)(22epiLLiRuu（5-25） Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3183動(dòng)態(tài)模型（續(xù)） 在上式中， ( uA uB ) 是 A、B 兩相之間輸入的平均線電壓，采用PWM控制時(shí),設(shè)占空比為，則 uA uB = Ud ，于是，式（5-25）可改寫(xiě)成 AsAd) 1(22ipTReUlsmsRLLTl（5-26） 式中為電樞漏磁時(shí)間常數(shù)。Zhengzhou Universit

33、y of Light Industry2021-10-3184n 轉(zhuǎn)矩和電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程根據(jù)電機(jī)和電力拖動(dòng)系統(tǒng)基本理論，可知eBAkeeAepBBAApe2)(iknieienTpnJTTpLe（5-27） （5-28） （5-29） Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3185n無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 圖5-11 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 121spTR/lJpnpZhengzhou University of Light Industry2021-10-31865.3.2 正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)的自控變頻調(diào)速正弦波永磁同步

34、電動(dòng)機(jī)的自控變頻調(diào)速 系統(tǒng)系統(tǒng) 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，一般靠交流PWM變壓變頻器提供。 Zhengzhou University of Light Industry2021-10-31871. 轉(zhuǎn)子磁鏈定向控制模型 正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)一般沒(méi)有阻尼繞組，轉(zhuǎn)子磁通由永久磁鋼決定，是恒定不變的，可采用轉(zhuǎn)子磁鏈定向控制，即將兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的d軸定在轉(zhuǎn)子磁鏈 r 方向上，無(wú)須再采用任何計(jì)算磁鏈的模型。Zhengzhou University of Light Industry2

35、021-10-3188 磁鏈方程其在d-q坐標(biāo)上的磁鏈方程簡(jiǎn)化為 qsqqrdsddiLiL（5-30） Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3189 電壓方程 式（5-19）的電壓方程簡(jiǎn)化為r1dsd1qsqqsqqsq1dsddsdiLpiLiRuiLpiLiRu（5-31） Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3190 轉(zhuǎn)矩方程式（5-20）的轉(zhuǎn)矩方程變成 )()(qdsqsdqrpdqqdpeiiLLiniinT（5-32） 式中后一項(xiàng)是磁阻轉(zhuǎn)矩，正比于 Lsd 與 Lsq

36、之差。Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3191基頻以下調(diào)速時(shí)的電機(jī)模型 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 q 軸上，即令 id = 0，iq = is，此時(shí)磁鏈、電壓和轉(zhuǎn)矩方程成為 ssqqrdiLr1ssqssqq1ssq1dpiLiRuiLusrpeinT（5-33） （5-34） （5-35） Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3192 由于 r 恒定，電磁轉(zhuǎn)矩與定子電流的幅值成正比，控制定子電流幅值就能很好地控制轉(zhuǎn)矩，和直流電動(dòng)機(jī)完全一樣。 圖5-12a繪出了按轉(zhuǎn)子磁鏈定向并使 id= 0時(shí)PMSM的矢量圖。 Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3193 同步電動(dòng)機(jī)矢量圖 圖5-12 按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量圖a）id=0,恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速 b） id0,弱磁恒功率調(diào)速Zhengzhou University of Light Industry2021-10-3194 這時(shí)控制方法也很簡(jiǎn)單，只要能準(zhǔn)確地檢測(cè)出轉(zhuǎn)子 d 軸的空間位置，控制逆變器使三相定子的合成電流（或磁動(dòng)勢(shì)）矢量位于q 軸上（領(lǐng)先于d 軸90）就可