永磁同步電動機(jī)

1、資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正或者刪除永磁同步電動機(jī)同步發(fā)電機(jī)為了實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，需要有一個直流磁場而產(chǎn)生這個磁場的直流電流，稱為發(fā)電機(jī)的勵磁電流.根據(jù)勵磁電流的供給方式，凡是從其它電源獲得勵磁電流的發(fā)電機(jī)，稱為他勵發(fā)電機(jī),從發(fā)電機(jī)本身獲得勵磁電源的，則稱為自勵發(fā)電機(jī).一、發(fā)電機(jī)獲得勵磁電流的幾種方式1、直流發(fā)電機(jī)供電的勵磁方式：這種勵磁方式的發(fā)電機(jī)具有專用的直流發(fā)電機(jī)，這種專用的直流發(fā)電機(jī)稱為直流勵磁機(jī)，勵磁機(jī)一般與發(fā)電機(jī)同軸，發(fā)電機(jī)的勵磁繞組通過裝在大軸上的滑環(huán)及固定電刷從勵磁機(jī)獲得直流電流.這種勵磁方式具有勵磁電流獨(dú)立,工作比較可靠和減少自用電消耗量等優(yōu)點(diǎn)，是過去幾十年

2、間發(fā)電機(jī)主要勵磁方式，具有較成熟的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn).缺點(diǎn)是勵磁調(diào)節(jié)速度較慢，維護(hù)工作量大,故在10MW以上的機(jī)組中很少采用。2、交流勵磁機(jī)供電的勵磁方式，現(xiàn)代大容量發(fā)電機(jī)有的采用交流勵磁機(jī)提供勵磁電流。交流勵磁機(jī)也裝在發(fā)電機(jī)大軸上,它輸出的交流電流經(jīng)整流后供給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵磁，此時，發(fā)電機(jī)的勵磁方式屬他勵磁方式，又由于采用靜止的整流裝置，故又稱為他勵靜止勵磁，交流副勵磁機(jī)提供勵磁電流。交流副勵磁機(jī)可以是永磁機(jī)或是具有自勵恒壓裝置的交流發(fā)電機(jī)。為了提高勵磁調(diào)節(jié)速度，交流勵磁機(jī)通常采用100200HZ的中頻發(fā)電機(jī),而交流副勵磁機(jī)則采用400500HZ的中頻發(fā)電機(jī)。這種發(fā)電機(jī)的直流勵磁繞組和三相交流繞組都繞在

3、定子槽內(nèi)，轉(zhuǎn)子只有齒與槽而沒有繞組，像個齒輪，因此,它沒有電刷，滑環(huán)等轉(zhuǎn)動接觸部件，具有工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單，制造工藝方便等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是噪音較大，交流電勢的諧波分量也較大。3、無勵磁機(jī)的勵磁方式:1 / 9資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正或者刪除在勵磁方式中不設(shè)置專門的勵磁機(jī)，而從發(fā)電機(jī)本身取得勵磁電源,經(jīng)整流后再供給發(fā)電機(jī)本身勵磁，稱自勵式靜止勵磁。自勵式靜止勵磁可分為自并勵和自復(fù)勵兩種方式。自并勵方式它通過接在發(fā)電機(jī)出口的整流變壓器取得勵磁電流，經(jīng)整流后供給發(fā)電機(jī)勵磁，這種勵磁方式具有結(jié)簡單，設(shè)備少，投資省和維護(hù)工作量少等優(yōu)點(diǎn)。自復(fù)勵磁方式除沒有整流變壓外，還設(shè)有串聯(lián)在發(fā)電機(jī)

4、定子回路的大功率電流互感器。這種互感器的作用是在發(fā)生短路時，給發(fā)電機(jī)提供較大的勵磁電流，以彌補(bǔ)整流變壓器輸出的不足。這種勵磁方式具有兩種勵磁電源，通過整流變壓器獲得的電壓電源和通過串聯(lián)變壓器獲得的電流源。二、發(fā)電機(jī)與勵磁電流的有關(guān)特性1、電壓的調(diào)節(jié)自動調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)可以看成為一個以電壓為被調(diào)量的負(fù)反饋控制系統(tǒng)。無功負(fù)荷電流是造成發(fā)電機(jī)端電壓下降的主要原因，當(dāng)勵磁電流不變時，發(fā)電機(jī)的端電壓將隨無功電流的增大而降低。但是為了滿足用戶對電能質(zhì)量的要求，發(fā)電機(jī)的端電壓應(yīng)基本保持不變，實(shí)現(xiàn)這一要求的辦法是隨無功電流的變化調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵磁電流。2、無功功率的調(diào)節(jié)：發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行時，可以認(rèn)為是與無限大容

5、量電源的母線運(yùn)行，要改變發(fā)電機(jī)勵磁電流，感應(yīng)電勢和定子電流也跟著變化，此時發(fā)電機(jī)的無功電流也跟著變化.當(dāng)發(fā)電機(jī)與無限大容量系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行時，為了改變發(fā)電機(jī)的無功功率，必須調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵磁電流。此時改變的發(fā)電機(jī)勵磁電流并不是通常所說的“調(diào)壓”，而是只是改變了送入系統(tǒng)的無功功率。3、無功負(fù)荷的分配：2 / 9資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正或者刪除并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)根據(jù)各自的額定容量，按比例進(jìn)行無功電流的分配。大容量發(fā)電機(jī)應(yīng)負(fù)擔(dān)較多無功負(fù)荷，而容量較小的則負(fù)提供較少的無功負(fù)荷。為了實(shí)現(xiàn)無功負(fù)荷能自動分配,可以通過自動高壓調(diào)節(jié)的勵磁裝置，改變發(fā)電機(jī)勵磁電流維持其端電壓不變，還可對發(fā)電機(jī)電

6、壓調(diào)節(jié)特性的傾斜度進(jìn)行調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)無功負(fù)荷的合理分配.三、自動調(diào)節(jié)勵磁電流的方法在改變發(fā)電機(jī)的勵磁電流中，一般不宜接在其轉(zhuǎn)子回路中進(jìn)行，因?yàn)樵摶芈分须娏骱艽?不便于進(jìn)行直接調(diào)節(jié)，通常采用的方法是改變勵磁機(jī)的勵磁電流，以達(dá)到調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流的目的。常用的方法有改變勵磁機(jī)勵磁回路的電阻，改變勵磁機(jī)的附加勵磁電流，改變可控硅的導(dǎo)通角等。這里主要講改變可控硅導(dǎo)通角的方法，它是根據(jù)發(fā)電機(jī)電壓、電流或功率因數(shù)的變化，相應(yīng)地改變可控硅整流器的導(dǎo)通角，于是發(fā)電機(jī)的勵磁電流便跟著改變。這套裝置一般由晶體管,可控硅電子元件構(gòu)成，具有靈敏、快速、無失靈區(qū)、輸出功率大、體積小和重量輕等優(yōu)點(diǎn)。在事故情況

7、下能有效地抑制發(fā)電機(jī)的過電壓和實(shí)現(xiàn)快速滅磁。自動調(diào)節(jié)勵磁裝置通常由測量單元、同步單元、放大單元、調(diào)差單元、穩(wěn)定單元、限制單元及一些輔助單元構(gòu)成。被測量信號（如電壓、電流等），經(jīng)測量單元變換后與給定值相比較，然后將比較結(jié)果（偏差）經(jīng)前置放大單元和功率放大單元放大，并用于控制可控硅的導(dǎo)通角，以達(dá)到調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵磁電流的目的。同步單元的作用是使移相部分輸出的觸發(fā)脈沖與可控硅整流器的交流勵磁電源同步，以保證控硅的正確觸發(fā)。調(diào)差單元的作用是為了使并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)能穩(wěn)定和合理地分配無功負(fù)荷.穩(wěn)定單元是為了改善電力系統(tǒng)的穩(wěn)定而引進(jìn)的單元。勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定單元用于改善勵磁系統(tǒng)的穩(wěn)定性。限制單元是為了使發(fā)電機(jī)不致在過

8、勵磁或欠勵磁的條件下運(yùn)行而設(shè)置的.必須指出并不是每一種自動調(diào)節(jié)勵磁裝置都具有上述各種單元，一種調(diào)節(jié)器裝置所具有的單元與其擔(dān)負(fù)的具體任務(wù)有關(guān).四、自動調(diào)節(jié)勵磁的組成部件及輔助設(shè)備自動調(diào)節(jié)勵磁的組成部件有機(jī)端電壓互感器、機(jī)端電流互感器、勵磁變壓器；勵磁裝置需要提供以下電流，廠用AC380V、廠用DC220V控制電源.廠用DC220V合閘電源;需要提供以下空接點(diǎn)，自動開機(jī)。自動停機(jī).并網(wǎng)（一常開，一常閉）增，減；需要提供以下模擬信號，發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓100V,發(fā)電機(jī)機(jī)端電流5A,母線電壓100V,勵磁裝置輸出以下繼電器接點(diǎn)信號；勵磁變過流,失磁，勵磁裝置異常等.勵磁控制、保護(hù)及信號回路由滅磁開關(guān)，助磁

9、電路、風(fēng)機(jī)、滅磁開關(guān)偷跳、勵磁變過流、調(diào)節(jié)器故障、發(fā)電機(jī)工況異常、電量變送器等組成。在同步發(fā)電機(jī)發(fā)生內(nèi)部故障時除了必須解列外，還必須滅磁，把轉(zhuǎn)子磁場盡快地減弱到最小程度，保證轉(zhuǎn)子不過的情況下，使滅磁時間盡可能縮短，是滅磁裝置的主要功能。根據(jù)額定勵磁電壓的大小可分為線性電阻滅磁和非線性電阻滅磁。近十多年來，由于新技術(shù)，新工藝和新器件的涌現(xiàn)和使用,使得發(fā)電機(jī)的勵磁方式得到了不斷的發(fā)展和完善。在自動調(diào)節(jié)勵磁裝置方面，也不斷研制和推廣使用了許多新型的調(diào)節(jié)裝置。由于采用微機(jī)計算機(jī)用軟件實(shí)現(xiàn)的自動調(diào)節(jié)勵磁裝置有顯著優(yōu)點(diǎn),目前很多國家都在研制和試驗(yàn)用微型機(jī)計算機(jī)配以相應(yīng)的外部設(shè)備構(gòu)成的數(shù)字自動調(diào)節(jié)勵磁裝置，

10、這種調(diào)節(jié)裝置將能實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)最佳調(diào)節(jié)。獲得勵磁電流的方法稱為勵磁方式。目前采用的勵磁方式分為兩大類：一類是用直流發(fā)電機(jī)作為勵磁電源的直流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)；另一類是用硅整流裝置將交流轉(zhuǎn)化成直流后供給勵磁的整流器勵磁系統(tǒng)?，F(xiàn)說明如下：1、直流勵磁機(jī)勵磁直流勵磁機(jī)通常與同步發(fā)電機(jī)同軸，采用并勵或者他勵接法。采用他勵接法時，勵磁機(jī)的勵磁電流由另一臺被稱為副勵磁機(jī)的同軸的直流發(fā)電機(jī)供給.如圖15。5所示。2 / 9資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正或者刪除同一軸上有三臺交流發(fā)電機(jī)，即主發(fā)電機(jī)、交流主勵磁機(jī)和交流副勵磁機(jī)。副勵磁機(jī)的勵磁電流開始時由外部直流電源提供，待電壓建立起來后再轉(zhuǎn)為自勵（有

11、時采用永磁發(fā)電機(jī)）。副勵磁機(jī)的輸出電流經(jīng)過靜止晶閘管整流器整流后供給主勵磁機(jī)，而主勵磁機(jī)的交流輸出電流經(jīng)過靜止的三相橋式硅整流器整流后供給主發(fā)電機(jī)的勵磁繞組。（見圖15。6）3、旋轉(zhuǎn)整流器勵磁靜止整流器的直流輸出必須經(jīng)過電刷和集電環(huán)才能輸送到旋轉(zhuǎn)的勵磁繞組，對于大容量的同步發(fā)電機(jī)，其勵磁電流達(dá)到數(shù)千安培，使得集電環(huán)嚴(yán)重過熱.因此，在大容量的同步發(fā)電機(jī)中，常采用不需要電刷和集電環(huán)的旋轉(zhuǎn)整流器勵磁系統(tǒng)，如圖15。7所示。主勵磁機(jī)是旋轉(zhuǎn)電樞式三相同步發(fā)電機(jī)，旋轉(zhuǎn)電樞的交流電流經(jīng)與主軸一起旋轉(zhuǎn)的硅整流器整流后，直接送到主發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵磁繞組.交流主勵磁機(jī)的勵磁電流由同軸的交流副勵磁機(jī)經(jīng)靜止的晶閘管整流

12、器整流后供給。由于這種勵磁系統(tǒng)取消了集電環(huán)和電刷裝置，故又稱為無刷勵磁系統(tǒng)。永磁同步電機(jī)工作原理一、PMSM的基本的構(gòu)造PMSM（perinaneiitmagnetsynchronousmotor）實(shí)際工作是一種交流電機(jī)，其定子運(yùn)行是三項(xiàng)的相差的交流電，而轉(zhuǎn)子則是永磁體。但是這種電機(jī)最大的優(yōu)勢就是交流電能量由直流提供，這樣就可以對電機(jī)進(jìn)行精確的控制，而且解決了電刷帶來的壽命問題.下面對其工作原理進(jìn)行簡單的介紹，如圖1,定子的工作電流都為正弦波，而且其三項(xiàng)在任何時候相加都為零，所以PMSM中三項(xiàng)繞組實(shí)際上沒有中線的，其在電機(jī)中示例繞線方法如圖2,所以實(shí)際上在PMSM中XYZ是連接在一個點(diǎn)的。Tf

13、=0n，=3t=Q=a）t=n2主磁場NS順時針旋轉(zhuǎn)180度（旋轉(zhuǎn)磁場n0在,對極p=l時）TTT1二0/G=+f=T'，=+t=-=0632Aic=+ic=0iR=。書=+ic=-3 / 9資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正或者刪除圖1PMSM轉(zhuǎn)子電流圖2PMSM基本的繞線方法4 / 9資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正或者刪除從繞線的圖2中不難看出，實(shí)際的電流方向產(chǎn)生的磁場是和轉(zhuǎn)子磁場在同一個平面，這也就是PMSM控制的基本需要和基本方法.從圖中也不難看出，實(shí)際在A相產(chǎn)生的磁場在開始是需要與轉(zhuǎn)子磁極的D軸方向相反（可以相差一個確定的角度，軟件實(shí)現(xiàn)），確切

14、的說應(yīng)該是必須知道轉(zhuǎn)子的D軸的位置.這個問題實(shí)際在控制中是開始的定向問題，在這里簡單的介紹一下方法：如果位置傳感器是絕對碼盤或者旋變，則可根據(jù)絕對位置處理，如果是增量碼盤,則需要開始的一個UVW的大概位置估算。除此之外，這里還需要明白幾個原理性的問題，這里啰嗦一下：很多人從事這一塊的研發(fā)在知道怎么處理整個系統(tǒng)的過程而實(shí)際上是對整個基礎(chǔ)原理模糊的，這也就是很多國人做研發(fā)的通病，只知道怎么做，從來不知道為什么這么做以致永遠(yuǎn)只是模仿而不可能創(chuàng)新或者改進(jìn)。言歸正傳，首先我們知道在控制過程中需要檢測電流，然后進(jìn)行clarke和park變換，從而出現(xiàn)了電流方向問題，人家這么說是為了方便，而實(shí)際上上這里的電

15、流方向不是電流方向，而是電流產(chǎn)生的電磁場方向（這是因?yàn)殡姶艌龅拇笮∨c產(chǎn)生它的電流方向成正比的）。然后研究一下電壓的概念，繞組電壓是比電流相位超前的，而很多我們需要的結(jié)果是與電壓成一定簡單關(guān)系的，這是因?yàn)殡妷菏菆隽?，而電流不是。根本上沒有電壓這個東西，它只是間接反應(yīng)電流的一種我們定義出來的表達(dá)方式，所以它的變化影響電流，而電流的變化會在場的方面反應(yīng)在電壓上.比如前面討論的問題,在電機(jī)初始的時候，A相電流是零，這是因?yàn)樵诶@組上電流不能突變，而這個時候電壓是最大，反應(yīng)了實(shí)際我們是需要加在繞組上最大的我們需要的一個量（電流）。這里描述的有些晦澀，但是物理這個自然界基本規(guī)律實(shí)際就是這么反應(yīng)的，希望讀我文

16、章的讀者能自己仔細(xì)揣摩，反應(yīng)一個自然界的問題（都上升到哲學(xué)問題了）。二、PMSM的基本工作原理如果你明白了我前面討論的PMSM的基本問題，這里的東西實(shí)際相對就很簡單，它的工作原理實(shí)際就是用直流電機(jī)的方法進(jìn)行控制交流電機(jī)。1）、首先我們看看這里涉及的第一個問題，定向問題.永磁同步電機(jī)的是通過轉(zhuǎn)子定向工作的，也就是說我們控制的所有參考點(diǎn)是以轉(zhuǎn)子為參考的。所以我們開始控制之前就必須先知道我們參考點(diǎn)的位置，實(shí)際中大多工程是通過位置傳感器來獲得轉(zhuǎn)子位置的，前面也已經(jīng)提到除了旋變一般采用碼盤作為位置傳感器，而碼盤又有絕對碼盤和增量碼盤（價格決定），而這兩種的初始位置處理方法也不盡相同，但是都很簡單，2）、

17、第二個問題就是它通過IGBT將直流電源轉(zhuǎn)換為電機(jī)需要的三項(xiàng)交流電的，所以IGBT也就是這里決定電機(jī)控制好壞的一個關(guān)鍵器件，但是IGBT的開關(guān)時間實(shí)際是不一樣的，所以會產(chǎn)生上下管子導(dǎo)通而短路的問題，實(shí)際工程中通過加死區(qū)來解決這個問題的，但是死區(qū)卻給三項(xiàng)交流電的形成帶來了不光滑的問題,這也是PMSM一個一直未得到很好解決的問題.我以前做過一個十二矢量的控制方法，從理論上可以完全消除死區(qū)問題，而且會提高正弦波的精度。但是因?yàn)镮GBT的反向二極管保護(hù)問題產(chǎn)生畸變，努力以后能改變IGBT的工作原理而實(shí)現(xiàn)這個突破性的問題，也是在工控行業(yè)的一個期待。3）、下面討論一下具體PMSM的控制方法，它是通過六矢量的

18、空間矢量控制實(shí)現(xiàn)的（SVPWM），先看其控制方程如下：所以可以計算得功率得大小為:4=1.5尺值+。+1.50心必.乜F%)+1.5P畋蟲W&)由于變換不是等功率變換,所以以上也只是系統(tǒng)一個有功功率的體現(xiàn)，并且只有第三相與轉(zhuǎn)子的運(yùn)動狀態(tài)有關(guān)且直接參與機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的電磁功率。故電磁功率表示為：故采用最大力矩控制方法，所以令Q=1.5叫樂由于我們的伺服系統(tǒng)大多所以可以通過控制對整個圖控制系統(tǒng)他圖系統(tǒng)進(jìn)行控制，如下面框圖:6 / 9電梯技術(shù)的新發(fā)展-驅(qū)動系統(tǒng)使用永磁同步無齒曳引機(jī)由于永磁同步無齒曳引機(jī)與傳統(tǒng)的蝸輪、蝸桿傳動的曳引機(jī)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：1）永磁同步無齒曳引機(jī)是直接驅(qū)動，沒有蝸輪、蝸桿傳動副，永磁同步電機(jī)沒有作異步電機(jī)所需非常占地方的定子線圈，而制作永磁同步電機(jī)的主要材料是高能量密度的高剩磁感應(yīng)和高矯頑力的錢鐵硼,其氣隙磁密一般達(dá)到0。75T以上，所以可以做到體積小和重量輕。2） 傳動效率高.由于采用了永磁同步電機(jī)直接驅(qū)動（沒有蝸輪蝸桿傳動副）其傳動效率可以提高20%30%。3） 永磁同步無齒曳引機(jī)由于不存在一個異步電機(jī)在高速運(yùn)行時軸承所發(fā)生的噪聲和不存在蝸輪蝸桿副接觸傳動時所發(fā)生噪聲，所