電機(jī)課程設(shè)計(jì)王斌(1)

1、指導(dǎo)老師：時(shí) 間： 2013 年 6 月 27 號(hào)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一 . 設(shè) 計(jì)題目同步電機(jī)的制動(dòng)二. 設(shè)計(jì)任務(wù)實(shí)現(xiàn)同步電機(jī)的制動(dòng)設(shè)計(jì)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案。三. 設(shè)計(jì)計(jì)劃電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)共1 周：第1天：針對(duì)選題查閱資料，確定設(shè)計(jì)方案；第2天：方案分析比較，確定設(shè)計(jì)方案；第3-4天：通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案；第5天：編寫(xiě)整理設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。四 . 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)工作量為按要求完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份；設(shè)計(jì)必須根據(jù)進(jìn)度計(jì)劃按期完成；設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)必須經(jīng)指導(dǎo)教師審查簽字；3目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark12 o Current Document . 緒論 -1 - HYP

2、ERLINK l bookmark14 o Current Document 同步電機(jī)的工作原理 - 2 - HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)模型 -2- HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 同步電機(jī)的工作原理 -3-基本原理 -3-同步轉(zhuǎn)速 -3-運(yùn)行方式 -4-穩(wěn)態(tài)工作過(guò)程及參數(shù) -5-同步電機(jī)的空載特性 -6- HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 矢量控制下電機(jī)的制動(dòng) - 6 - HYPERLINK l bookmark22 o

3、 Current Document 1 減流階段 - 7 - HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 2回饋發(fā)電制動(dòng)階段 -11- HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 3調(diào)整制動(dòng)階段 -12- HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 331速度調(diào)整階段 -12- HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 332能耗制動(dòng)階段 -13- HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 4

4、 電機(jī)制動(dòng)過(guò)程中直流電壓的變化 -13-5結(jié)論 -15-6. 心得體會(huì) -16-參考文獻(xiàn) -17- -1. 緒論同步電機(jī)是交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的一種, 因其轉(zhuǎn)速恒等于同步速機(jī)時(shí)得名。同步電機(jī)主要用作發(fā)電機(jī)，也可用作電動(dòng)機(jī)和調(diào)相機(jī)。設(shè)計(jì)主要分析同步發(fā)電機(jī)在電勵(lì)磁作用下的穩(wěn)態(tài)參數(shù)和瞬態(tài)參數(shù)的測(cè)試，簡(jiǎn)要分析同步電動(dòng)機(jī)和調(diào)相機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。同步電機(jī)在現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)中的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，其主要運(yùn)行方式有三種，即作為發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和補(bǔ)償機(jī)運(yùn)行。作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行是同步電機(jī)最主要的運(yùn)行方式， 作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行是同步電機(jī)的另一種重要的運(yùn)行方式。同步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)可以調(diào)節(jié)，在不要求調(diào)速的場(chǎng)合，應(yīng)用大型同步電動(dòng)機(jī)可以提高運(yùn)行效率

5、。近年來(lái)，小型同步電動(dòng)機(jī)在變頻調(diào)速系統(tǒng)中開(kāi)始得到較多地應(yīng)用。同步電機(jī)還可以接于電網(wǎng)作為同步補(bǔ)償機(jī)。這時(shí)電機(jī)不帶任何機(jī)械負(fù)載，靠調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子中的勵(lì)磁電流向電網(wǎng)發(fā)出所需的感性或者容性無(wú)功功率，以達(dá)到改善電網(wǎng)功率因數(shù)或者調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓的目的。同步電機(jī)可作調(diào)相機(jī)運(yùn)行。同步調(diào)相機(jī)實(shí)質(zhì)上就是一臺(tái)軸上不帶機(jī)械負(fù)荷的同步電動(dòng)機(jī)。通過(guò)調(diào)節(jié)同步電機(jī)的勵(lì)磁電流，可控制它從電網(wǎng)吸收的無(wú)功電流的相位， 從而達(dá)到調(diào)節(jié)電網(wǎng)的功率因數(shù)和維持電網(wǎng)的電壓水平的目的。同步電機(jī)的基本工作原理與結(jié)構(gòu)同步電機(jī)有旋轉(zhuǎn)磁極式和旋轉(zhuǎn)電樞式兩種結(jié)構(gòu)形式。由于旋轉(zhuǎn)磁極式具有轉(zhuǎn)子重量小、制造工藝較簡(jiǎn)單、通過(guò)電刷和滑環(huán)的電流較小等優(yōu)點(diǎn)，大中容量的同步電動(dòng)機(jī)

6、多采用旋轉(zhuǎn)磁極式結(jié)構(gòu)。根據(jù)轉(zhuǎn)子形狀的不同，旋轉(zhuǎn)磁極式又可分為凸極式和隱極式兩種，如圖 6.1 所示。 凸極式多用于要求低轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合，其轉(zhuǎn)子粗而短， 氣隙不均勻。隱極式多用于要求高轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合，其轉(zhuǎn)子細(xì)而長(zhǎng)，氣隙均勻。同步電機(jī)與其他旋轉(zhuǎn)電機(jī)一樣，由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。旋轉(zhuǎn)磁極式同步電機(jī)的定子主要由機(jī)座、鐵心和定子繞組構(gòu)成。為減小磁滯和渦流損耗，定子鐵心采用薄硅鋼片疊裝而成，定子鐵心的內(nèi)表面嵌有在空間上對(duì)稱(chēng)的三相繞組。轉(zhuǎn)子主要由轉(zhuǎn)軸、滑環(huán)、鐵心和轉(zhuǎn)子繞組構(gòu)成。為兼顧導(dǎo)磁性能和機(jī)械強(qiáng)度的要求，轉(zhuǎn)子鐵心常采用高強(qiáng)度合金鋼鍛制而成。轉(zhuǎn)子鐵心上裝有勵(lì)磁繞組，其兩個(gè)出線端與兩個(gè)滑環(huán)分別相接。為便于啟動(dòng)，凸

7、極式轉(zhuǎn)子磁極的表面還裝有用黃銅制成的導(dǎo)條， 在磁極的兩個(gè)端面分別用一個(gè)銅環(huán)將導(dǎo)條連接起來(lái)構(gòu)成一個(gè)不完全的籠 形啟動(dòng)繞組。2 同步電機(jī)的工作原理同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)模型同步發(fā)電機(jī)和其它類(lèi)型的旋轉(zhuǎn)電機(jī)一樣，由固定的定子和可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩大部分組成。一般分為轉(zhuǎn)場(chǎng)式同步電機(jī)和轉(zhuǎn)樞式同步電機(jī)。圖 2-1 常用的轉(zhuǎn)場(chǎng)式同步發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)模型圖21 給出了最常用的轉(zhuǎn)場(chǎng)式同步發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)模型，其定子鐵心的內(nèi)圓均勻分布著定子槽，槽內(nèi)嵌放著按一定規(guī)律排列的三相對(duì)稱(chēng)交流繞組。這種同步電機(jī)的定子又稱(chēng)為電樞，定子鐵心和繞組又稱(chēng)為電樞鐵心和電樞繞組。轉(zhuǎn)子鐵心上裝有制成一定形狀的成對(duì)磁極，磁極上繞有勵(lì)磁繞組，通以直流電流時(shí)，將會(huì)在電

8、機(jī)的氣隙中形成極性相間的分布磁場(chǎng)，稱(chēng)為勵(lì)磁磁場(chǎng)（也稱(chēng)主磁場(chǎng)、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)）。氣隙處于電樞內(nèi)圓和轉(zhuǎn)子磁極之間，氣隙層的厚度和形狀對(duì)電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)的分布和同步電機(jī)的性能有重大影響。除了轉(zhuǎn)場(chǎng)式同步電機(jī)外,還有轉(zhuǎn)樞式同步電機(jī)，其磁極安裝于定子上，而交流繞組分布于轉(zhuǎn)子表面的槽內(nèi)，這種同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子充當(dāng)了電樞。同步電機(jī)的工作原理基本原理主磁場(chǎng)的建立：勵(lì)磁繞組通以直流勵(lì)磁電流，建立極性相間的勵(lì)磁磁場(chǎng)，即建立起主磁場(chǎng)。載流導(dǎo)體：三相對(duì)稱(chēng)的電樞繞組充當(dāng)功率繞組，成為感應(yīng)電勢(shì)或者感應(yīng)電流的載體。切割運(yùn)動(dòng)：原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)（給電機(jī)輸入機(jī)械能），極性相間的勵(lì)磁磁場(chǎng)隨軸一起旋轉(zhuǎn)并順次切割定子各相繞組（相當(dāng)于繞組的導(dǎo)體反向切

9、割勵(lì)磁磁場(chǎng)）。交變電勢(shì)的產(chǎn)生：由于電樞繞組與主磁場(chǎng)之間的相對(duì)切割運(yùn)動(dòng)，電樞繞組中將會(huì)感應(yīng)出大小和方向按周期性變化的三相對(duì)稱(chēng)交變電勢(shì)。通過(guò)引出線，即可提供交流電源。感應(yīng)電勢(shì)有效值：每相感應(yīng)電勢(shì)的有效值為E=4.44fW 1 m感應(yīng)電勢(shì)頻率：感應(yīng)電勢(shì)的頻率決定于同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速n 和極對(duì)數(shù)p ，即f=np/60交變性與對(duì)稱(chēng)性：由于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)極性相間，使得感應(yīng)電勢(shì)的極性交變；由于電樞繞組的對(duì)稱(chēng)性，保證了感應(yīng)電勢(shì)的三相對(duì)稱(chēng)性。同步轉(zhuǎn)速?gòu)墓╇娖焚|(zhì)考慮，由眾多同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)構(gòu)成的交流電網(wǎng)的頻率應(yīng)該是一個(gè)不變的值，這就要求發(fā)電機(jī)的頻率應(yīng)該和電網(wǎng)的頻率一致。我國(guó)電網(wǎng)的頻率為50Hz ，故有：n=60f/p=300

10、0/p要使得發(fā)電機(jī)供給電網(wǎng)50Hz 的工頻電能，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速必須為某些固定值，這些固定值稱(chēng)為同步轉(zhuǎn)速。例如2 極電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為3000r/min ， 4 極電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為1500r/min ，依次類(lèi)推。只有運(yùn)行于同步轉(zhuǎn)速，同步電機(jī)才能正常運(yùn)行，這也是同步電機(jī)名稱(chēng)的由來(lái)。運(yùn)行方式同步電機(jī)的主要運(yùn)行方式有三種，即作為發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和補(bǔ)償機(jī)運(yùn)行。作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行是同步電機(jī)最主要的運(yùn)行方式，作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行是同步電機(jī)的另一種重要的運(yùn)行方式。同步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)可以調(diào)節(jié)，在不要求調(diào)速的場(chǎng)合，應(yīng)用大型同步電動(dòng)機(jī)可以提高運(yùn)行效率。近年來(lái)， 小型同步電動(dòng)機(jī)在變頻調(diào)速系統(tǒng)中開(kāi)始得到較多地應(yīng)用。同步電機(jī)還可以接于

11、電網(wǎng)作為同步補(bǔ)償機(jī)。這時(shí)電機(jī)不帶任何機(jī)械負(fù)載，靠調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子中的勵(lì)磁電流向電網(wǎng)發(fā)出所需的感性或者容性無(wú)功功率，以達(dá)到改善電網(wǎng)功率因數(shù)或者調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓的目的。(a)發(fā)電機(jī)狀態(tài)：圖 2-2 發(fā)電機(jī)狀態(tài)相量圖電壓超前于電流，Pem 、 均大于0，轉(zhuǎn)子主極軸線沿轉(zhuǎn)向超前于氣隙合成磁場(chǎng)軸線，故電磁轉(zhuǎn)矩為制動(dòng)性質(zhì)，原動(dòng)機(jī)輸入驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩克服制動(dòng)作用的電磁轉(zhuǎn)矩。(b)、過(guò)渡狀態(tài)：逐步減小原動(dòng)機(jī)輸入功率，使轉(zhuǎn)子瞬時(shí)減速，Pem、相應(yīng)減小，=0 時(shí)，發(fā)電機(jī)變?yōu)榭蛰d，輸入功率正好抵償空載損耗。(c)電動(dòng)機(jī)狀態(tài)：繼續(xù)減小原動(dòng)機(jī)輸入功率，Pem、 為負(fù)，電機(jī)要從電網(wǎng)吸收一部分電功率，與原動(dòng)機(jī)輸入功率一起與空載損耗平衡，維持轉(zhuǎn)

12、子同步旋轉(zhuǎn)。如拆去原動(dòng)機(jī)，在電機(jī)軸上再加機(jī)械負(fù)載，Pem、負(fù)得更大，電磁轉(zhuǎn)矩為驅(qū)動(dòng)性質(zhì)，電機(jī)進(jìn)入輸入電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，將電網(wǎng)輸入的電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能?？蛰d運(yùn)行時(shí)，同步電機(jī)內(nèi)僅有由勵(lì)磁電流所建立的主極磁場(chǎng)。圖表示一臺(tái)四極電機(jī)空載時(shí)的磁通示意圖。從圖2-3 可見(jiàn)，主極磁通分成主磁通 0和漏磁通 f 兩部分，前者通過(guò)氣隙并與定子繞組相交鏈，后者不通過(guò)氣隙，僅與勵(lì)磁繞組相交鏈。主磁通所經(jīng)過(guò)的主磁路包括空氣隙電樞齒、電樞軛、 磁極極身和轉(zhuǎn)子軛等五部分。2-3 電機(jī)空載時(shí)的磁通示意圖穩(wěn)態(tài)工作過(guò)程及參數(shù)發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí),由端電壓U、負(fù)載電流I、勵(lì)磁電流If，轉(zhuǎn)速和功率因數(shù)等量決定其狀態(tài)。其中轉(zhuǎn)速和功率因數(shù)一般不變，因此

13、U、 I、 If兩兩間的函數(shù)關(guān)系就稱(chēng)為同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性。即： TOC o 1-5 h z 空載特性：U=f(I f)，I =0負(fù)載特性：U=f(I f)，I =C外 特 性：U=f(I)，If=C調(diào)節(jié)特性：If =f(I)，U=C同步電機(jī)的空載特性用實(shí)驗(yàn)測(cè)定空載特性時(shí)，由于磁滯現(xiàn)象，上升和下降的磁化曲線不會(huì)重合，一般約定采用自U0 1.3UN 開(kāi)始至 If =0 的下降曲線，結(jié)果如圖2-4 所示。E0， E0=f(I f)曲線與電機(jī)磁化曲線=f(If)相似，空載實(shí)驗(yàn)時(shí)，If只能單方向調(diào)節(jié)。3 矢量控制下電機(jī)的制動(dòng)根據(jù)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型， 可以畫(huà)出轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制下同步電機(jī)的相量圖，見(jiàn)圖3所示。

14、圖中uE、 Is、 分別為電機(jī)電樞電壓、反電動(dòng)勢(shì)、電樞電流、交 軸電抗及轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁鏈。假定電機(jī)此時(shí)運(yùn)行速度為2000r min。 速度調(diào)節(jié)器給定為n： ， 反饋為 nf 且n：一nf=e 0，但接近于零。電流調(diào)節(jié)器的給定為ig ，反饋為 ff ， fg ff ，且接近相等。電流調(diào)節(jié)器控制PWM逆變器以輸出相應(yīng)的電壓，電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行在給定轉(zhuǎn)速?，F(xiàn)在需要將其制動(dòng)到零或一小于n：的速度，則在制動(dòng)時(shí)，速度調(diào)節(jié)器輸出最大制動(dòng)電流給定一i ， 電機(jī)開(kāi)始進(jìn)入制動(dòng)過(guò)程。電機(jī)制動(dòng)過(guò)程有四個(gè)階段：減流階段、反接建流階段、回饋發(fā)電制動(dòng)階段、能耗制動(dòng)或者速度調(diào)整階段，參見(jiàn)圖4。31 減流階段不失一般性，假定電機(jī)開(kāi)始制

15、動(dòng)時(shí)電流為f = ，。0，I1+12+13=0，按電動(dòng)機(jī)定向，各相電動(dòng)勢(shì)ea0， ec0。速度調(diào)節(jié)器輸出為一 i ， 經(jīng)過(guò)2 3變換成三相電流給定i 。 、 ib 、 i 。 。 i 。 0， i 。 0。則由于給定輸入的反相，電流調(diào)節(jié)器輸出電壓迅速過(guò)零并反相輸出接近最大電壓，逆變器輸出電壓也迅速下降并反相，電機(jī)端電壓與電機(jī)反電勢(shì)將由電動(dòng)運(yùn)行時(shí)的極性相對(duì)（ 方向相反 ） 變成順串。電機(jī)電流將在電源電壓和電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)E的作用下下降。在電流調(diào)節(jié)器作用下，A相電流調(diào)節(jié)器輸出接近正向限幅值，B相和C相輸出接近負(fù)向限幅值，與三角波信號(hào)比較形成PWMabc】 = 00信號(hào)。設(shè)主電路上橋臂管開(kāi)通為1， 下橋

16、臂管開(kāi)通為0，則在a=1時(shí)，b和 C有四種組合，即：O0， 01， l0 ， l1 。在a=O時(shí)，只有組合O0。即共有abc=100， 101， 110， 111， 000五種工作組合。由于本階段電機(jī)電流減小的時(shí)間很短，可以認(rèn)為電機(jī)沒(méi)有產(chǎn)生機(jī)械位移，轉(zhuǎn)子位置角0不變，自感與互感不變，磁鏈最后項(xiàng)的微分即為電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)。忽略電阻降，且有di Idt+dibIdt+di 。dt=O。通過(guò)求解回路方程，可得各階段電機(jī)各相電流變化率為由此可知，在減流階段，各相電流變化率和本且其他兩相開(kāi)關(guān)狀態(tài)還在變化， 電機(jī)繞組和直流電相電感、另兩相電感及互感有關(guān)，表明電機(jī)所存在源連接方式也在變化，所以電機(jī)每相電流的變化

17、受的耦合關(guān)系。在逆變器的一個(gè)PWM周期中， 盡管 其他兩相工作的制約。由于電機(jī)電感是0的函數(shù)，本橋臂兩個(gè)管子的開(kāi)關(guān)狀態(tài)確定，但電機(jī)三相耦合，即電流變化率和電機(jī)制動(dòng)時(shí)0角有關(guān)。但因電感中隨0變化的部分占據(jù)恒定部分比例較小，故這部分影響不大；電機(jī)電流變化率和直流側(cè)電壓及電機(jī)電動(dòng)勢(shì)成線性關(guān)系，則直流電壓及電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)將直接影響電流的下降時(shí)間；本階段將在幾個(gè)PWM周期內(nèi)完成，橋路的六個(gè)開(kāi)關(guān)管在前所分析的五種狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，根據(jù)自感和互感的數(shù)值可以測(cè)算出，A 相電流變化率均大于零，但數(shù)值不同，則電流從負(fù)值，將非線性下降到零。B相和 C相的電流變化率大部分時(shí)間小于零，小部分時(shí)間大于零，因而B(niǎo)、 c相電流將從

18、，2、 ，非線性下降到零；因電機(jī)電感較小，所存儲(chǔ)的能量極其有限，電機(jī)電流很快下降到零，減流結(jié)束。如果是面裝永磁同步電機(jī)，其自感L和互感M 可視為常數(shù)且各相均相等。則在五種狀態(tài)下，通過(guò)解電壓方程（ 忽略電阻降） 得到：再考慮本節(jié)開(kāi)始時(shí)所給定的電勢(shì)極性，可以得到在一個(gè)PWM周期內(nèi)三相電流變化率的相對(duì)大小，也說(shuō)明電機(jī)電流下降過(guò)程的非線性特性。本階段電感儲(chǔ)能維持電機(jī)電流流通，磁場(chǎng)能量部分返送電源，一部分被電阻消耗，一部分轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。由于減流持續(xù)時(shí)間很短，電機(jī)速度基本不變。從本階段開(kāi)始，速度調(diào)節(jié)器一直輸出最大電流給定，則速度環(huán)相當(dāng)于開(kāi)環(huán)運(yùn)行。3 2 反接建流階段t 】一 t2 當(dāng)電機(jī)電流降為零后，電流

19、調(diào)節(jié)器輸入給定仍為i 、 ib 、 i 。 。但因?yàn)榉答侂娏鳛榱?，調(diào)節(jié)器仍輸出與第一階段相同的數(shù)值，電機(jī)電流的變化率與3 1所分析相同。A 相電流非線性正向上升，B相和C相電流非線性負(fù)向上升。在電源電壓和電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)共同作用下，電流快速反向（ 與電動(dòng)運(yùn)行時(shí)電流反相） 上升到給定值，同時(shí)產(chǎn)生制動(dòng)力矩。在本階段，電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)和電源電壓順串，電機(jī)相當(dāng)于反接制動(dòng)。由于電機(jī)電感不大，電機(jī)電流到達(dá)給定電流的時(shí)間很短。盡管此階段已經(jīng)產(chǎn)生制動(dòng)力矩，但因時(shí)間較短，仍可以認(rèn)為在建流階段，電機(jī)速度不變。由3 1、 3 2的分析可知，提高電機(jī)減流和建流響應(yīng)速度，除要求電流環(huán)響應(yīng)速度快外，主要取決于直流母線電壓及電機(jī)反

20、電動(dòng)勢(shì)大小。前面的兩個(gè)階段中，電流變化率很大，為保證電流快速變化，供電電源的內(nèi)阻抗必須小。 另外， 為防止電樞電流的瞬態(tài)變化在逆變器電源端產(chǎn)生的電壓尖峰危及逆變器安全，供電電源應(yīng)盡可能靠近逆變器，以減小連線阻抗。3 2 回饋發(fā)電制動(dòng)階段回饋發(fā)電制動(dòng)階段f2_f3 在第二階段后期電機(jī)繞阻在電源電壓及反電動(dòng)勢(shì)作用下電流達(dá)到設(shè)定的反向電流。由于電流調(diào)節(jié)器是PI 調(diào)節(jié)器， 故電流的建立有超調(diào)。在電流調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)下，經(jīng)過(guò)3 1， 3 2兩個(gè)階段，電機(jī)端口電壓和電樞電流建立起新的平衡（ 此時(shí)電壓又與反電動(dòng)勢(shì)反極性） ， 電機(jī)進(jìn)入穩(wěn)定制動(dòng)狀態(tài)。制動(dòng)階段開(kāi)始時(shí)，i=I10 ， ib=I20 ， ic=130，

21、11+12+13=O， 電勢(shì)仍為ea0，e。 0，電機(jī)流過(guò)的是制動(dòng)電流，則電機(jī)將在設(shè)定的限幅制動(dòng)力矩及摩擦力矩作用下減速，反電動(dòng)勢(shì)減小，電流調(diào)節(jié)器使輸出電壓也同步減小，以維持系統(tǒng)設(shè)定電流下相量方程的平衡。保持電機(jī)電流為系統(tǒng)設(shè)定的最大制動(dòng)交軸電流iq= 一 i 。由坐標(biāo)變換得知，電機(jī)的三相電流幅值不變，頻率隨速度線性下降，電機(jī)相當(dāng)于由三相變頻恒流源供電。電機(jī)相電壓由電動(dòng)時(shí)的超前于電動(dòng)勢(shì)變成現(xiàn)在的滯后，見(jiàn)圖3b，數(shù)值上是電動(dòng)勢(shì)高于并超前于端口電壓，電機(jī)電流滯后于d軸 90。電機(jī)運(yùn)動(dòng)方程為因此， 影響電機(jī)制動(dòng)時(shí)間的主要因素是系統(tǒng)設(shè)定電磁轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)子軸聯(lián)負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。設(shè)定為1 7及 3倍額定轉(zhuǎn)矩制動(dòng)時(shí)

22、間為14 7ms和 8 4ms，實(shí)際制動(dòng)時(shí)間為14ms和 8ms， 結(jié)果比較接近，它們之間的差別主要來(lái)自于摩擦阻力矩的估算。 為提高制動(dòng)過(guò)程響應(yīng)速度，可充分利用電機(jī)潛力，設(shè)置較大的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，可使制動(dòng)過(guò)程有較高的加速度。本階段電機(jī)電流從電動(dòng)勢(shì)正端流出，負(fù)端流進(jìn)，電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能由逆變器送到直流母線側(cè)。33 調(diào)整制動(dòng)階段速度調(diào)整階段（ 或者能耗制動(dòng)階段）f3-t5 針對(duì)速度給定的不同情況，制動(dòng)到后期速度誤差值進(jìn)入誤差限時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)將有不同。如果給定為一低于電機(jī)的起始速度，則系統(tǒng)進(jìn)入速度調(diào)整階段。如果給定為零，則系統(tǒng)先是速度調(diào)整，后進(jìn)入能耗制動(dòng)狀態(tài)。331 速度調(diào)整階段當(dāng)電機(jī)速度接近給定而

23、進(jìn)入誤差限內(nèi)時(shí)，速度調(diào)節(jié)器投入運(yùn)行。其輸出將在原來(lái)的一i 基礎(chǔ)上減小，迫使電流環(huán)輸出電流減小。但只要電樞電流不為零，電流仍為制動(dòng)電流（ 還有摩擦阻力） ， 電機(jī)仍處于減速過(guò)程中。當(dāng)電機(jī)電流減小到零時(shí) （ 速度調(diào)節(jié)器輸出為零，其給定等于實(shí)際速度） ，電機(jī)仍在阻力矩作用下減速， 則速度調(diào)節(jié)器輸出相反的電壓，使電機(jī)電流反向增加，該電流將產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 當(dāng)電機(jī)電流增加到等于負(fù)載電流時(shí)，電機(jī)速度已經(jīng)低于給定速度（ 超調(diào) ） ，速度調(diào)節(jié)器輸出增加，電機(jī)加速，經(jīng)過(guò)幾次調(diào)整，電機(jī)運(yùn)行在指定速度。速度調(diào)整過(guò)程中，影響系統(tǒng)速度響應(yīng)規(guī)律的是速度調(diào)節(jié)器比例積分系數(shù)。合適選擇速度調(diào)節(jié)器參數(shù)，或者采用現(xiàn)代控制理論7-9

24、等方法，系統(tǒng)將有較好的速度跟蹤響應(yīng)。在此系統(tǒng)中，根據(jù)工程設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)好速度調(diào)節(jié)器參數(shù)后，適當(dāng)增加其比例系數(shù)，減小其積分系數(shù)，并設(shè)置速度微分反饋，可以使系統(tǒng)速度既能有較快的上升率，又可以抑制速度超調(diào)。 3 2 能耗制動(dòng)階段如果電機(jī)制動(dòng)時(shí)的速度給定為零，則在速度到達(dá)接近零的誤差限時(shí)，速度調(diào)節(jié)器參與調(diào)節(jié)，先進(jìn)行速度調(diào)整（ 同上 ） 。 當(dāng)電機(jī)速度接近零時(shí)，因反電動(dòng)勢(shì)小，不足以產(chǎn)生系統(tǒng)所給的電流值。電流調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)過(guò)零反向，使逆變器輸出也過(guò)零反向，在電機(jī)端口產(chǎn)生與電機(jī)電動(dòng)勢(shì)順串的電壓（ 圖4中 t4 開(kāi)始 ） 。該電壓和電機(jī)電動(dòng)勢(shì)一道，共同產(chǎn)生電機(jī)制動(dòng)所需要的電流，使電機(jī)速度進(jìn)一步減小。此時(shí)，逆變器

25、輸出能量，電機(jī)也輸出能量，所有的能量全部在電樞電阻上消耗，故稱(chēng)為能耗制動(dòng)。當(dāng)電機(jī)速度為零時(shí)，速度調(diào)節(jié)器輸出并不為零，電機(jī)在制動(dòng)電流 （ 變?yōu)榉聪蝌?qū)動(dòng)電流） 作用下繼續(xù)減速（ 超調(diào) ） 而產(chǎn)生負(fù)向轉(zhuǎn)速。則速度調(diào)節(jié)器輸出過(guò)零并反向輸出一電流給定，電流環(huán)使電機(jī)產(chǎn)生可以平衡負(fù)載轉(zhuǎn)矩的電流，制動(dòng)完成。伺服系統(tǒng)定位時(shí)不允許有超調(diào)，為此， 根據(jù)線性最優(yōu)控制的設(shè)計(jì)思想m】，在速度反饋中加入速度的鈍態(tài)微分負(fù)反饋，可以有效地控制外擾時(shí)速度n波形的前后沿，抑制速度超調(diào)。電機(jī)制動(dòng)過(guò)程中直流電壓的變化電機(jī)制動(dòng)過(guò)程中，逆變器要把電機(jī)轉(zhuǎn)子及負(fù)載所存儲(chǔ)的機(jī)械能變成電能回送給直流側(cè)，但整流器不是可逆的，則直流側(cè)的電壓將要升高，

26、這將危及逆變器的安全。電壓升高的數(shù)值與電機(jī)軸聯(lián)負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量成正比，與濾波電容的容值成反比?？蛰d制動(dòng)過(guò)程直流電壓上升曲線，及逆變器輸入電流、整流器輸出電流、 電機(jī)速度及電流波形見(jiàn)圖8所示。在制動(dòng)完成時(shí)，根據(jù)能量守恒定律可以求得直流電壓的變化。制動(dòng)前直流側(cè)電壓U。 =310V，空載制動(dòng)后直流端電壓U2=330V， 電壓上升AU=20V。 圖中的上升數(shù)值為18V， 其誤差主要來(lái)自于制動(dòng)過(guò)程中的阻力損耗、電阻損耗、能耗制動(dòng)損耗及計(jì)算參數(shù)的誤差。5 結(jié)論本文完整地分析了電機(jī)制動(dòng)的復(fù)雜過(guò)程，其中電流、速度調(diào)節(jié)器輸入給定、反饋將在不同運(yùn)行階段做相應(yīng)變化。電機(jī)制動(dòng)過(guò)程將經(jīng)歷減流、反接建流、回饋制動(dòng)、 能耗制動(dòng)或速度調(diào)整幾個(gè)階段，其中回饋制動(dòng)階段電機(jī)速度線性下降，是電機(jī)制動(dòng)的主要階段，需要充分利用電機(jī)潛力以提高電機(jī)的制動(dòng)速度。在減流和