永磁同步電動(dòng)機(jī)原理及應(yīng)用-2014

1、永磁同步電機(jī)、伺服系統(tǒng)原理與應(yīng)用2014年電機(jī)原理篇電機(jī)分類(動(dòng)力類電機(jī)）永磁同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)永磁同步電動(dòng)機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)： 功率密度高 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小 運(yùn)行效率高 功率因數(shù)高 電機(jī)響應(yīng)快 轉(zhuǎn)子勵(lì)磁無法靈活控制 永磁體存在失磁現(xiàn)象 轉(zhuǎn)子磁勢(shì)受溫度影響 成本高正弦波永磁同步電機(jī)的基本運(yùn)行原理 定子三相繞組采用正弦繞組; 由三相逆變器提供定子繞組的三相對(duì)稱電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),拖動(dòng)永磁轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn); 定子繞組的通電頻率以及由此產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速取決于轉(zhuǎn)子的實(shí)際位置和轉(zhuǎn)速; 轉(zhuǎn)子的實(shí)際位置和轉(zhuǎn)速由光電式編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器獲得;正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)的控制 磁鋼表貼式永磁同步電機(jī)永磁體粘接到轉(zhuǎn)子鐵心表面，固定

2、困難，轉(zhuǎn)速低有效氣隙較大，則同步電抗小，電樞反應(yīng)小 隱極式同步電機(jī)的特點(diǎn),氣隙均勻，控制相對(duì)簡單轉(zhuǎn)矩波動(dòng)相對(duì)較小表面永磁永磁同步電機(jī)基本運(yùn)行在恒勵(lì)磁狀態(tài)，相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域，其弱磁調(diào)速范圍很小磁鋼內(nèi)插式永磁同步電機(jī)永磁體鑲嵌在轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)部，適用于高速運(yùn)行場(chǎng)合有效氣隙較小，同步電抗較大，電樞反應(yīng)磁勢(shì)較大，從而存在相當(dāng)大的弱磁空間；突極式電機(jī)的特點(diǎn)，直軸的有效氣隙比交軸的大幾倍,控制相對(duì)較難轉(zhuǎn)矩波動(dòng)相對(duì)較大無刷直流電機(jī)專用控制器的控制下運(yùn)行，有方波與正弦波驅(qū)動(dòng)兩類用控制器中的電子換向器代替直流電機(jī)上的換向器電機(jī)構(gòu)與表貼和內(nèi)插式永磁同步電機(jī)基本相同，磁路不同控制相對(duì)簡單，與常規(guī)的永磁同步電

3、機(jī)相比轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大位置反饋要求低（只要求換向位置）無刷直流電機(jī)的控制1定子三相繞組采用正弦繞組控制器按一定的順序，輪流讓電機(jī)的各相線圈通電，在定子上產(chǎn)生磁場(chǎng)牽動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)“輪流”的變換點(diǎn)由霍爾IC感應(yīng)信號(hào)確定。 通過控制電流和換相來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速無刷直流電機(jī)的控制2 正弦波PMSM調(diào)速系統(tǒng)的組成永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)與正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)的比較從結(jié)構(gòu)上看從結(jié)構(gòu)上看：永磁無刷直流電機(jī)，其定子三相采用集中、整矩繞組，而轉(zhuǎn)子永磁體則采用表面瓦片式結(jié)構(gòu)，永磁體厚度均勻；正弦波永磁PMSM，其定子三相則采用分布、正弦繞組，轉(zhuǎn)子永磁體主要有兩大類：一類是表面永磁結(jié)構(gòu)；另一種為內(nèi)置永磁體結(jié)構(gòu)，這兩種結(jié)構(gòu)均可確保氣隙

4、磁密的波形接近正弦。從轉(zhuǎn)子位置傳感器上看從轉(zhuǎn)子位置傳感器上看：永磁無刷直流電機(jī)，僅需提供六個(gè)（通常為三個(gè)）離散的轉(zhuǎn)子位置反饋信息即可；正弦波永磁PMSM ，需要提供連續(xù)的轉(zhuǎn)子位置反饋信息 。從所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩看從所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩看：永磁無刷直流電機(jī)存在一定的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng) ；正弦波永磁PMSM所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩基本上是恒定的 。從體積和重量角度看從體積和重量角度看： 永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的功率密度比永磁同步電動(dòng)機(jī)更高電機(jī)應(yīng)用篇永磁同步電機(jī)的參數(shù)（電）電機(jī)極數(shù)（極對(duì)數(shù)），確定了輸入頻率與轉(zhuǎn)速的對(duì)應(yīng)關(guān)系電機(jī)額定參數(shù)（電壓、電流、溫升、輸入功率）電機(jī)“最大”參數(shù)（電壓、電流、溫升、輸入功率）電阻、電感、電氣時(shí)

5、間常數(shù)驅(qū)動(dòng)器需要 轉(zhuǎn)速=輸入頻率*60/極對(duì)數(shù) 功率=電壓*電流*功率因數(shù)*1.732永磁同步電機(jī)的參數(shù)（機(jī)）電機(jī)的工作制式（s1.GB755-2008旋轉(zhuǎn)電機(jī) 定額和性能.)電機(jī)額定參數(shù)（轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、輸出功率）電機(jī)“最大”參數(shù)（轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、輸出功率）電機(jī)價(jià)格-正比于電機(jī)轉(zhuǎn)矩（機(jī)座與電壓等級(jí)確定后）電機(jī)機(jī)械時(shí)間常數(shù)、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量-驅(qū)動(dòng)器需要功率=轉(zhuǎn)矩*轉(zhuǎn)速（單位：kW=Nm*弧度/秒） =轉(zhuǎn)矩*轉(zhuǎn)速/9550（單位：kW=Nm*RPM）永磁同步電機(jī)的參數(shù)（機(jī)-電）轉(zhuǎn)矩常數(shù)Kt=輸出轉(zhuǎn)矩/輸入電流感生電動(dòng)勢(shì)常數(shù)Ke=感生電動(dòng)勢(shì)/轉(zhuǎn)速電機(jī)的效率=電機(jī)的輸出機(jī)械功率/輸入電功率電機(jī)電壓感生電動(dòng)勢(shì)+電流在

6、線圈阻抗上的壓降電機(jī)的溫升-相關(guān)于-電機(jī)的轉(zhuǎn)速（鐵損）+電機(jī)的轉(zhuǎn)矩（銅損）電機(jī)的價(jià)格與電機(jī)的溫升強(qiáng)相關(guān)（要求溫升越低，價(jià)格越高）永磁同步電機(jī)選型的直接參數(shù)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速電壓反饋傳感器要求冷卻方式工作制式安裝方式防護(hù)等級(jí)（特殊環(huán)境）溫升同轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的情況下，機(jī)座號(hào)（安裝有關(guān)）越小，電機(jī)的成本相對(duì)越低永磁同步電機(jī)選型的間接參數(shù)最終執(zhí)行件的受力情況最終執(zhí)行件的運(yùn)動(dòng)情況（速度、加速度）傳動(dòng)鏈上各部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量傳動(dòng)鏈的描述輔助定位或定速裝置的情況反饋傳感器:編碼器安裝在伺服電機(jī)軸上，用來測(cè)量磁極位置和伺服電機(jī)轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)速的一種傳感器反饋傳感器:溫度傳感器安裝在電機(jī)繞組或機(jī)殼里，對(duì)電機(jī)溫度進(jìn)行保護(hù)，或開關(guān)降溫裝置

7、的一類溫度反饋元件PTC一種非線性的熱敏電阻，當(dāng)電機(jī)線圈的溫度接近絕緣等級(jí)溫度時(shí)，其PTC熱敏電阻阻值顯著升高，溫動(dòng)器檢測(cè)到這個(gè)變化時(shí)啟動(dòng)對(duì)電機(jī)的保護(hù)。KTY基于擴(kuò)散電阻原理的一種線性溫度傳感器，驅(qū)動(dòng)器檢測(cè)電機(jī)的溫度，并根據(jù)設(shè)置的保護(hù)點(diǎn)進(jìn)行“保護(hù)”。 溫度開關(guān)溫度開關(guān)一種根據(jù)溫度的變化會(huì)自動(dòng)“開”或“關(guān)”的器件，常用于電機(jī)的風(fēng)扇控制或電機(jī)保護(hù)，用在保護(hù)時(shí)，驅(qū)動(dòng)器檢到它斷開時(shí)對(duì)電機(jī)進(jìn)行保護(hù)，單相微電機(jī)中直接將它串在電機(jī)繞組上保護(hù)電機(jī)永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)控制模式：速度、位置、轉(zhuǎn)矩控制精度：速度、位置、轉(zhuǎn)矩的控制精度主要內(nèi)容主要內(nèi)容伺服的定義、用途伺服的定義、用途伺服系統(tǒng)分類伺服系統(tǒng)分類電液伺服

8、系統(tǒng)基礎(chǔ)電液伺服系統(tǒng)基礎(chǔ)電電- -電伺服系統(tǒng)基礎(chǔ)電伺服系統(tǒng)基礎(chǔ)伺服系統(tǒng)的應(yīng)用伺服系統(tǒng)的應(yīng)用伺服系統(tǒng)參數(shù)伺服系統(tǒng)參數(shù)伺服的定義、用途伺服的定義、用途伺服系統(tǒng)定義伺服系統(tǒng)定義 用來精確地跟隨或復(fù)現(xiàn)某個(gè)過程的反饋控制系統(tǒng)。又稱隨動(dòng)系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(biāo)（或給定值）的任意變化的自動(dòng)控制系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)原理與構(gòu)成與其他的反饋控制系統(tǒng)沒有原則上的區(qū)別伺服系統(tǒng)的用途伺服系統(tǒng)的用途以小功率指令信號(hào)去控制大功率負(fù)載不通過物理連接，實(shí)現(xiàn)輸入軸與輸出軸的遠(yuǎn)距離同步傳動(dòng)使輸出機(jī)械位移精確地跟蹤電信號(hào)伺服系統(tǒng)分類伺服系統(tǒng)分類伺服系統(tǒng)分類按執(zhí)行器分：電氣伺服系統(tǒng)、液壓伺服系統(tǒng)，電

9、氣-液壓伺服系統(tǒng)，電氣-電氣伺服系統(tǒng)按控制目標(biāo)分：速度，加速度，位置（姿態(tài)）、力（轉(zhuǎn)矩）按輸出信號(hào)分：有模擬式伺服系統(tǒng)和數(shù)字式伺服系統(tǒng);按所饋方式分：開環(huán)伺服系統(tǒng)、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)，閉環(huán)伺服系統(tǒng)電電- -液伺服系統(tǒng)液伺服系統(tǒng)：電氣控制，液壓執(zhí)行電電- -電伺服系統(tǒng)電伺服系統(tǒng)電氣控制，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電液伺服簡介電液伺服簡介1.基礎(chǔ) 電液伺服系統(tǒng)是以液壓為執(zhí)行器的伺服系統(tǒng)，它綜合了電氣和液壓兩方面的優(yōu)點(diǎn)，具有控制精度高、響應(yīng)速度快、輸出功率大、信號(hào)處理靈活、易于實(shí)現(xiàn)各種參量的反饋等優(yōu)點(diǎn)。特別適應(yīng)于大負(fù)載，如飛機(jī)與船舶舵機(jī)、雷達(dá)與火炮、板帶軋機(jī)的板厚、各種壓力機(jī)的壓力控制等電液伺服簡介電液伺服簡介2.閥控型

10、系統(tǒng)電液伺服簡介電液伺服簡介3.泵控型系統(tǒng)電-電伺服系統(tǒng)基礎(chǔ)（1）伺服系統(tǒng)由伺服控制器、功率放大器、信號(hào)處理器和執(zhí)行器組成，執(zhí)行器為電器的伺服系統(tǒng)就是電-電伺服系統(tǒng)。在應(yīng)用層面上所說的“伺服系統(tǒng)”是執(zhí)行器為電機(jī)的系統(tǒng)。常規(guī)的伺服系統(tǒng)包括伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)現(xiàn)代的伺服驅(qū)動(dòng)器是一種數(shù)字控制的，集伺服控制器、功率放大器和信號(hào)調(diào)理器的一體化的電機(jī)控制與驅(qū)動(dòng)裝置?，F(xiàn)在常用的伺服電機(jī)是交流永磁同步電機(jī)，它集成了電機(jī)本體、速度和位置反饋傳感器，部份伺服電機(jī)還集成了溫度傳感器、散熱裝置。伺服電機(jī)中集成的位置和速度傳感器通常有增量式光電編碼器、絕對(duì)式光電編碼器、正余弦編碼器、旋轉(zhuǎn)彎壓器等電機(jī)中集成的溫度傳感器主

11、要的雙金屬片溫度開關(guān)、PTC 溫度開關(guān)、KTY硅溫度傳感器。伺服系統(tǒng)基礎(chǔ)（2） 伺服系統(tǒng)是一種反饋控制系統(tǒng)，根據(jù)反饋信號(hào)的信號(hào)的取樣點(diǎn)設(shè)置，可分成開環(huán)、半閉環(huán)和全閉環(huán)控制系統(tǒng)，不同的系統(tǒng)的控制精度和響應(yīng)不同。1.開環(huán)系統(tǒng)2.半閉環(huán)系統(tǒng)3.全閉環(huán)系統(tǒng)伺服系統(tǒng)基礎(chǔ)（3） 伺服系統(tǒng)根據(jù)控制對(duì)象（給定負(fù)、反饋信號(hào)）的不同，有三種控制模式，速度控制、位置控制和力矩控制。伺服系統(tǒng)基礎(chǔ)（伺服系統(tǒng)基礎(chǔ)（4）伺服系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn)：1.多軸，一個(gè)設(shè)備中可能要用到多個(gè)伺服系統(tǒng)2.多種控制模式，一個(gè)設(shè)備中的多個(gè)伺服系統(tǒng)可能運(yùn)行在不同的控制模下3.聯(lián)動(dòng)，設(shè)備中兩個(gè)或多個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)是以一種可編程的約定關(guān)系運(yùn)動(dòng)4.單軸的控制模式在工作過程中可轉(zhuǎn)換伺服系統(tǒng)的發(fā)展集成運(yùn)動(dòng)控制器的部份功能通訊總線應(yīng)用替代原用的io連線更高的速度、位置控制精度更高的響應(yīng)速度伺服驅(qū)動(dòng)基礎(chǔ)（伺服驅(qū)動(dòng)基礎(chǔ)（4）伺服系統(tǒng)應(yīng)用伺服系統(tǒng)應(yīng)用-機(jī)床機(jī)床應(yīng)用特點(diǎn)：多軸控制器：數(shù)控系統(tǒng)控制特點(diǎn)：多軸插補(bǔ)伺服系統(tǒng)應(yīng)用伺服系統(tǒng)應(yīng)用-機(jī)器人機(jī)器人應(yīng)用特點(diǎn)應(yīng)用特點(diǎn)：六軸（多）軸控制器控制器：專用控制器控制特點(diǎn)控制特點(diǎn)：多軸插補(bǔ)伺服系統(tǒng)應(yīng)用伺服系統(tǒng)應(yīng)用-定長切割定長切割應(yīng)用特點(diǎn)應(yīng)用特點(diǎn)：單軸控制器控制器：專用控制器控制特點(diǎn)控制特點(diǎn)：同步