電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)第三十六講課件

1、電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)第三十六講電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)第三十六講 8.2.3由交-交變壓變頻器供電的大型低速同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)1、概述另一類大型同步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)用于低速的電力拖動(dòng)，例如無(wú)齒輪傳動(dòng)的可逆軋機(jī)、礦井提升機(jī)、水泥轉(zhuǎn)窯等。 8.2.3由交-交變壓變頻器供電的大型低速同步電動(dòng)該系統(tǒng)由交-交變壓變頻器（又稱周波變換器）供電，其輸出頻率為2025Hz（當(dāng)電網(wǎng)頻率為50Hz時(shí)），對(duì)于一臺(tái)20極的同步電動(dòng)機(jī)，同步轉(zhuǎn)速為120150r/min，直接用來(lái)拖動(dòng)軋鋼機(jī)等設(shè)備是很合適的，可以省去龐大的齒輪傳動(dòng)裝置。 該系統(tǒng)由交-交變壓變頻器（又稱周波變換器）供電，其輸出頻率為2系統(tǒng)組成圖8-3由交-

2、交變壓變頻器供電的大型低速同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng) 2系統(tǒng)組成圖8-3由交-交變壓變頻器供電的大型低速同步電3、系統(tǒng)控制這類調(diào)速系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)畫(huà)在圖8-3中，可以實(shí)現(xiàn)4象限運(yùn)行?？刂破靼葱枰梢允浅Ｒ?guī)的，也可以采用矢量控制，后者在下一小節(jié)再詳細(xì)討論。 3、系統(tǒng)控制 8.2.4按氣隙磁場(chǎng)定向的同步電 動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng) 1、概述為了獲得高動(dòng)態(tài)性能，同步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)也可以采用矢量控制，其基本原理和異步電動(dòng)機(jī)矢量控制相似，也是通過(guò)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)行控制。但由于同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與異步電動(dòng)機(jī)不同，其矢量坐標(biāo)變換也有自己的特色。 8.2.4按氣隙磁

3、場(chǎng)定向的同步電 2系統(tǒng)模型 假定條件：A.隱極電機(jī)，或者說(shuō)，忽略凸極的磁阻變化；B.忽略阻尼繞組的效應(yīng)；C.忽略磁化曲線的飽和非線性因素；D.暫先忽略定子電阻和漏抗的影響。其他假設(shè)條件和研究異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型時(shí)相同，見(jiàn)第6.6.2節(jié)。2系統(tǒng)模型 二極同步電機(jī)物理模型 圖8-4二極同步電動(dòng)機(jī)的物理模型 二極同步電機(jī)物理模型 圖8-4二極同步電動(dòng)機(jī)的物理模型 模型描述圖中，定子三相繞組軸線A、B、C是靜止的，三相電壓uA、uB、uC和三相電流uA、uB、uC都是平衡的，轉(zhuǎn)子以同步轉(zhuǎn)速1旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子上的勵(lì)磁繞組在勵(lì)磁電壓Uf 供電下流過(guò)勵(lì)磁電流If。沿勵(lì)磁磁極的軸線為d軸，與d軸正交的是q軸，d-q坐

4、標(biāo)在空間也以同步轉(zhuǎn)速1旋轉(zhuǎn)，d軸與A軸之間的夾角為變量。 模型描述3、同步電機(jī)的空間矢量 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)生電樞反應(yīng)，直流勵(lì)磁與電樞反應(yīng)合成起來(lái)產(chǎn)生氣隙磁通，合成磁通在定子中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與外加電壓基本平衡。3、同步電機(jī)的空間矢量 同步電動(dòng)機(jī)磁動(dòng)勢(shì)與磁通的空間矢量圖示于圖8-5a。圖中：Ff、f轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)和磁通，沿勵(lì)磁方向?yàn)閐軸；Fs定子三相合成磁動(dòng)勢(shì)；FR、R合成的氣隙磁動(dòng)勢(shì)和總磁通；s Fs與FR間的夾角； f Ff與FR間的夾角； 圖8-5同步電動(dòng)機(jī)近似的空間矢量圖和時(shí)間相量圖 圖8-5同步電動(dòng)機(jī)近似的空間矢量圖和時(shí)間相量圖 矢量變換將Ff除以相應(yīng)的匝數(shù)即為

5、定子三相電流合成空間矢量，可將它沿M、T軸分解為勵(lì)磁分量ism和轉(zhuǎn)矩分量ist。同樣，F(xiàn)f與相當(dāng)?shù)膭?lì)磁電流矢量If也可分解成 ifm和 ift 。矢量變換將Ff除以相應(yīng)的匝數(shù)即為定子三相電流合成空間矢量，矢量變換公式由圖8-5a不難得出下列關(guān)系式 （8-2） （8-3）iRismifm （8-4）ist ift （8-5）ismiscoss （8-6）ifmifcosf （8-7） 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)第三十六講定子電壓方程在圖8-5b中畫(huà)出了定子一相繞組的電壓、電流與磁鏈的時(shí)間相量圖。 圖8-5（b）電壓、電流和磁鏈的時(shí)間相量圖 定子電壓方程圖8-5（b）電壓、電流和磁鏈的時(shí)間相量圖 氣隙合

6、成磁通R是空間矢量，R對(duì)該相繞組的磁鏈Rs則是時(shí)間相量，Rs在繞組中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)Es領(lǐng)先于Rs90 。按照假設(shè)條件，忽略定子電阻和漏抗，則Es與相電壓 Us近似相等，于是： Us Es 4.44f1Rs （8-8）氣隙合成磁通R是空間矢量，R對(duì)該相繞組的磁鏈Rs則是時(shí)4、電流關(guān)系分析在圖8-5b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。4、電流關(guān)系分析 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)

7、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。 定子電流方程以A軸為參考坐標(biāo)軸，則d軸的位置角為1dt，可以通過(guò)電機(jī)軸上的位置傳感器 BQ 測(cè)得（見(jiàn)圖8-6）。定子電流方程于是，定子電流空間矢量與 A 軸的夾角便成為：fs （8-9）由的幅值和相位角可以求出三相定子電流iA=|is|cos iB=|is|cos(-120) （8-10）iC=|is|cos(+120)于是，定子電流空間矢量與 A 軸的夾角便成為：f5、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 （8-11）定子

8、旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)幅值 （8-12） 由式（8-2）及式(8-6)可知issins ist(8-13)5、電磁轉(zhuǎn)矩方程將旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)幅值表達(dá)式（8-12）及式（8-13）代入式（8-11），整理后得TeCmRist （8-14）式中6同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng) 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)第三十六講圖8-6同步電動(dòng)機(jī)基于電流模型的矢量控制系統(tǒng) 圖8-6同步電動(dòng)機(jī)基于電流模型的矢量控制系統(tǒng) 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)。轉(zhuǎn)速控制：ASR的輸出是轉(zhuǎn)矩給定信號(hào) ，按照式（8-14）， 除以磁通模擬信號(hào) 即得定子電流轉(zhuǎn)矩分量的給定信號(hào) ， 是由磁通給定信號(hào) 經(jīng)磁通滯后模型模擬其

9、滯后效應(yīng)后得到的。工作原理磁通和電流控制 A 乘以系數(shù)K即得合成勵(lì)磁電流的給定信號(hào) ，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) 。 磁通和電流控制 B將 、 、 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（8-7）以及式（8-9）、（8-10）計(jì)算出定子三相電流的給定信號(hào) 、 、 和勵(lì)磁電流給定信號(hào) 。 C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。C通過(guò)ACR和AFR實(shí)行電流閉環(huán)控制，可使實(shí)際電流iA、 8.2.5同步電動(dòng)機(jī)

10、的多變量動(dòng)態(tài) 數(shù)學(xué)模型 1、同步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)電壓方程式假定條件：如果解除第8.2.4小節(jié)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 8.2.5同步電動(dòng)機(jī)的多變量動(dòng)態(tài) （8-15） （8-15） 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。方程說(shuō)明坐標(biāo)變換將A-B-C坐標(biāo)系變換到d

11、-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： （8-16） 坐標(biāo)變換 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： （8-17） 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 （8-18）磁鏈方程式中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；Lmdd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； 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)第三十六講 Lmqq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 Ll

12、f Lmd ；LrDd軸阻尼繞組自感， LrD LlD Lmd ；LrQq軸阻尼繞組自感， LrQ LlQ Lmq ； 3、矩陣方程式將式（8-18）代入式（8-16）和式（8-17），整理后可得同步電動(dòng)機(jī)的電壓矩陣方程式 （8-19） 3、矩陣方程式（8-19） 4、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： （8-20）4、轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動(dòng)方程把式（8-18）中的和表達(dá)式代入式（8-20）的轉(zhuǎn)矩方程并整理后得 （8-21）Te npLmdIfiq np(LsdLsq)idiq np(LmdiDiqLmqiQid)把式（8-18）中的和表達(dá)式代入式（8-20）的轉(zhuǎn)矩方程并整5、表達(dá)式

13、的物理意義第一項(xiàng)npLmdIfiq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。5、表達(dá)式的物理意義第二項(xiàng)np(LsdLsq)idiq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。 第二項(xiàng)np(LsdLsq)idiq是由凸極效應(yīng)造成的磁阻變第三項(xiàng)np(LmdiDiqLmqiQid)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

14、步電動(dòng)機(jī)盡快達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)。第三項(xiàng)np(LmdiDiqLmqiQid)是電樞反應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)圖8-7自控變頻同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖 圖8-7自控變頻同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖 2、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在電動(dòng)機(jī)軸端裝有一臺(tái)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器BQ（見(jiàn)圖8-7），由它發(fā)出的信號(hào)控制變壓變頻裝置的逆變器UI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。 2、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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

15、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，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。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 3、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：無(wú)換向器電動(dòng)機(jī)三相永磁同步電動(dòng)機(jī)（輸入正弦波電流時(shí)）無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)（采用方波電流時(shí)） 4、永磁電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)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； 轉(zhuǎn)子沒(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；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小

16、，允許脈沖轉(zhuǎn)矩大，可獲得較高的加速度，動(dòng)態(tài)性能好；結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行可靠。 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)第三十六講 8.3.1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)1、概述無(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。 8.3.1梯形波永磁同步電動(dòng)機(jī)（無(wú) 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)和電流波形圖如圖8-8所

17、示。電動(dòng)勢(shì)與電流波形圖8-8梯形波永磁同步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢(shì)與電流波形圖 圖8-8梯形波永磁同步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢(shì)與電流波形圖 由于各相電流都是方波，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，造成每次換相時(shí)平均電磁轉(zhuǎn)矩都要降低一些。由于各相電流都是方波，逆變器的電壓只須按直流PWM的方法進(jìn)行轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)如圖8-9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)

18、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)。 轉(zhuǎn)矩脈動(dòng) 圖8-9梯形波永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng) 圖8-9梯形波永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng) 2、穩(wěn)態(tài)模型逆變器電路 圖8-10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 2、穩(wěn)態(tài)模型圖8-10梯形波永磁同步電動(dòng)機(jī)的等效電路及逆變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8-10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)。逆變器工作方式電壓方程對(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。

19、電壓方程當(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：（8-22） 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式中uA、uB、uC三相輸入對(duì)地電壓； iA、iB、iC三相電流； eA、eB、eC三相電動(dòng)勢(shì)；Rs定子每相電阻；Ls 定子每相繞組的自感；Lm定子任意兩相繞組間的互感。 式中uA、uB、uC三相輸入對(duì)地電壓；由于三相定子繞組對(duì)稱，故有iA+iB+iC= 0則 LmiB+LmiC=-LmiA LmiC+LmiA=-LmiB LmiA+LmiB=-LmiC代入式（8-22），并整理后得： （8-23）由于三相定子繞組對(duì)稱，故有iA+iB+iC= 0轉(zhuǎn)

20、矩方程設(shè)圖8-8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Pm2EpIp。轉(zhuǎn)矩方程 忽略電流換相過(guò)程的影響，電磁轉(zhuǎn)矩為：式中p梯形波勵(lì)磁磁鏈的峰值，是恒定值。 忽略電流換相過(guò)程的影響，電磁轉(zhuǎn)矩為：由此可見(jiàn)，梯形波永磁同步電動(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)。由此可見(jiàn)，梯形波永磁同步電動(dòng)機(jī)（即無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)）的轉(zhuǎn)矩與電 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)

21、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?，F(xiàn)已生產(chǎn)出專用的集成化芯片，比如：MC33033、MC33035等。 3、動(dòng)態(tài)模型動(dòng)態(tài)電壓方程不考慮換相過(guò)程及PWM波等因素的影響，當(dāng)圖8-10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：uAuB2Rsis+2(LsLm)piA+2eA （8-25）3、動(dòng)態(tài)模型在上式中， uAuB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uAuB=Ud，于是，式（8-25）可改寫(xiě)成： Ud2eA2Rs(Tlp+1)iA（8-26）式中 為電樞漏磁時(shí)間常數(shù) 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)第三

22、十六講轉(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 （8-27） （8-28） （8-29）轉(zhuǎn)矩和電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖把式（826）（829）結(jié)合起來(lái)，可以繪出無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖。圖8-11無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖圖8-11無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)無(wú)位置傳感器技術(shù)對(duì)于120度導(dǎo)通型逆變器，在任何時(shí)刻都有一相關(guān)斷，檢測(cè)該相電動(dòng)勢(shì)波形的過(guò)零點(diǎn)，就可以得到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的正確位置。無(wú)位置傳感器技術(shù) 8.3.2正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)的 自控變頻調(diào)速系統(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

23、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。 8.3.2正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)的 1、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。1、轉(zhuǎn)子磁鏈定向控制模型磁鏈方程其在d-q坐標(biāo)上的磁鏈方程簡(jiǎn)化為d =Lsdid+r q =Lsqiq（8-30）磁鏈方程（8-30）電壓方程式（8-19）的電壓方程簡(jiǎn)化為ud=Rsid+Lsdpid1Lsqiquq=Rsiq+Lsqpiq+1Lsdid+ 1

24、r（8-31）電壓方程（8-31）轉(zhuǎn)矩方程式（8-20）的轉(zhuǎn)矩方程變成Te=np(diqqid)=npriq+ (LsdLsq) idiq （8-32） 式中后一項(xiàng)是磁阻轉(zhuǎn)矩，正比于Lsd與Lsq之差。電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)第三十六講基頻以下調(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 d =r q =Lsqisud=1Lsqisuq=Rsis+Lsqpis+1rTe=npris （8-35） （8-33）（8-34）（8-33）（8-34）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

25、好地控制轉(zhuǎn)矩，和直流電動(dòng)機(jī)完全一樣。圖8-12a繪出了按轉(zhuǎn)子磁鏈定向并使id=0時(shí)PMSM的矢量圖。 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 圖8-12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）恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速 b）弱磁恒功率調(diào)速 圖8-12按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量這時(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）就可以了，比異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)要簡(jiǎn)單得多。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，3、工作原理按轉(zhuǎn)子磁鏈定向并使id=0的正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)自控變頻調(diào)速系統(tǒng)如圖813。3、工作原理 圖8-13按轉(zhuǎn)子磁鏈定向并使id=0 的PMSM自