神马文学网同步电动机矢量控制技术
来源：百度文库 编辑：神马文学网 时间：2024/04/26 22:03:36
GeorgeEllis 2010-01-06 18:17
同步电动机矢量控制技术
随着现代交流调速技术的发展，同步电动机在交流调速系统和交流位置伺服系统中的应用日趋广泛，并发展了他控变频与自控变频两类调速系统。
同步电动机变频调速分为他控变频与自控变频两类调速系统。他控变频调速时采用永磁同步电动机或直流励磁凸极同步电动机。这种控制系统的特点是，变频调速用的逆变器，其运行频率是由外部给定，所以称他控式逆变器。电动机在运行过程中，当频率突变或过载时容易失步。自控变频调速时采用无换向器电动机，此时逆变器的工作频率不是独立的，是受转子位置检测器控制，即受电动机自身转速控制，所以这种逆变器称为自控式逆变器。逆变器供电电流频率和电动机的转速始终保持同步，不会产生振荡和失步现象。
同步电动机按励磁方式可分为中小容量的永磁同步电动机和大容量的转子有励磁绕组的直流励磁同步电动机，同步电动机总是以同步速度旋转的，同步速度决定于电源频率和电机极对数。永磁同步电动机转子结构可分为表面磁铁和内部磁铁两种形式，直流励磁同步电动机转子结构可分为凸极式和隐极式两种形式。
永磁同步电动机矢量控制
普通同步电动机的绕组由三相定子绕组及励磁绕组构成，一般在转子上还加装了阻尼绕组。三相定子绕组通入三相频率为f1的交流电压，励磁绕组通入直流励磁电流，共同建立起气隙旋转磁场，使电机以n=60f1/p(p为极对数)的同步速度旋转。如果将励磁磁场换成稀土永磁磁场，就形成永磁同步电动机运行方式。
永磁同步电动机(Permanent Magnet Synchronus Motor简称PMSM)广泛应用于伺服驱动系统，中小功率机床主轴驱动，位置控制，机器人系统等。较大容量也应用于太阳能泵以及风能利用系统，用于船舶推进系统容量已达1MW的水平。
永磁同步电动机与普通同步电动机相比，有下列优点：
(1)无电刷，滑环，消除了转子损耗，从而可得到较高的运行效率。
(2)同样体积的电动机，永磁式电动机的功率可输出更大。
(3)转动惯量小，可获得较高的加速度。
(4)转矩脉动小，可得到平稳的转矩，尤其在很低的速度时能满足有高精度位置控制的要求。
(5)零转速时有控制转矩。
(6)可做到高速运行。
(7)效率高，功率因数高。
(8)由于是稀土永磁磁极，可以获得较高的气隙磁密。
(9)装置结构紧凑。
由于上述特点，永磁同步电动机其加工制造行业，作为高科技产业，受到包括我国在内的世界各国的重视。
转子磁链与电磁转矩
永磁同步电动机有多种实用的转子磁体结构，本节主要讨论磁体安装在转子表面的永磁电动机。它有较大的等效气隙，使得凸极影响可以忽略不计，直轴电枢电抗与交轴电枢电抗相等，即直轴励磁电感Lmd与交轴励磁电感Lmq相等，则Lmd-Lmq=Lm。同时，忽略电枢反应影响，由磁铁产生磁通与定子绕组的交链磁链ψ2 =Lmi2就等于励磁磁链空间矢量。
在分析永磁同步电动机矢量控制时，假设不考虑磁饱和效应，将永久磁铁等效为一个恒流励磁，采用转子旋转坐标d-q轴系，则转子电流空间矢量i2=I2f=常数，转子励磁磁链在转子坐标d-q轴系中
ψ2=Lmi2=LmI2f
由转矩表达式可以看出，永磁同步电动机的电磁转矩Te与定子电流的q轴分量iq1成正比，称iq1为转矩电流。如果使定子电流i1全在q轴上，d轴分量为零，则电动机可获得最大电磁转矩Temax。但这适合于基速以下，因为随着转速升高，感应电动势随之增大，因而需要输入给电动机更大的电压，当电压达到最大值时，对应电动机达到额定转速，电压继续升高是不可能的，因此，也需要像普通直流电动机调速一样能弱磁恒功率运行。但永磁电动机转子是恒磁场，无法调节，只能利用定子电流的d轴分量去磁方法来调节磁场，称id1为励磁电流。
同步电动机矢量控制技术
随着现代交流调速技术的发展，同步电动机在交流调速系统和交流位置伺服系统中的应用日趋广泛，并发展了他控变频与自控变频两类调速系统。
同步电动机变频调速分为他控变频与自控变频两类调速系统。他控变频调速时采用永磁同步电动机或直流励磁凸极同步电动机。这种控制系统的特点是，变频调速用的逆变器，其运行频率是由外部给定，所以称他控式逆变器。电动机在运行过程中，当频率突变或过载时容易失步。自控变频调速时采用无换向器电动机，此时逆变器的工作频率不是独立的，是受转子位置检测器控制，即受电动机自身转速控制，所以这种逆变器称为自控式逆变器。逆变器供电电流频率和电动机的转速始终保持同步，不会产生振荡和失步现象。
同步电动机按励磁方式可分为中小容量的永磁同步电动机和大容量的转子有励磁绕组的直流励磁同步电动机，同步电动机总是以同步速度旋转的，同步速度决定于电源频率和电机极对数。永磁同步电动机转子结构可分为表面磁铁和内部磁铁两种形式，直流励磁同步电动机转子结构可分为凸极式和隐极式两种形式。
永磁同步电动机矢量控制
普通同步电动机的绕组由三相定子绕组及励磁绕组构成，一般在转子上还加装了阻尼绕组。三相定子绕组通入三相频率为f1的交流电压，励磁绕组通入直流励磁电流，共同建立起气隙旋转磁场，使电机以n=60f1/p(p为极对数)的同步速度旋转。如果将励磁磁场换成稀土永磁磁场，就形成永磁同步电动机运行方式。
永磁同步电动机(Permanent Magnet Synchronus Motor简称PMSM)广泛应用于伺服驱动系统，中小功率机床主轴驱动，位置控制，机器人系统等。较大容量也应用于太阳能泵以及风能利用系统，用于船舶推进系统容量已达1MW的水平。
永磁同步电动机与普通同步电动机相比，有下列优点：
(1)无电刷，滑环，消除了转子损耗，从而可得到较高的运行效率。
(2)同样体积的电动机，永磁式电动机的功率可输出更大。
(3)转动惯量小，可获得较高的加速度。
(4)转矩脉动小，可得到平稳的转矩，尤其在很低的速度时能满足有高精度位置控制的要求。
(5)零转速时有控制转矩。
(6)可做到高速运行。
(7)效率高，功率因数高。
(8)由于是稀土永磁磁极，可以获得较高的气隙磁密。
(9)装置结构紧凑。
由于上述特点，永磁同步电动机其加工制造行业，作为高科技产业，受到包括我国在内的世界各国的重视。
转子磁链与电磁转矩
永磁同步电动机有多种实用的转子磁体结构，本节主要讨论磁体安装在转子表面的永磁电动机。它有较大的等效气隙，使得凸极影响可以忽略不计，直轴电枢电抗与交轴电枢电抗相等，即直轴励磁电感Lmd与交轴励磁电感Lmq相等，则Lmd-Lmq=Lm。同时，忽略电枢反应影响，由磁铁产生磁通与定子绕组的交链磁链ψ2 =Lmi2就等于励磁磁链空间矢量。
在分析永磁同步电动机矢量控制时，假设不考虑磁饱和效应，将永久磁铁等效为一个恒流励磁，采用转子旋转坐标d-q轴系，则转子电流空间矢量i2=I2f=常数，转子励磁磁链在转子坐标d-q轴系中
ψ2=Lmi2=LmI2f
由转矩表达式可以看出，永磁同步电动机的电磁转矩Te与定子电流的q轴分量iq1成正比，称iq1为转矩电流。如果使定子电流i1全在q轴上，d轴分量为零，则电动机可获得最大电磁转矩Temax。但这适合于基速以下，因为随着转速升高，感应电动势随之增大，因而需要输入给电动机更大的电压，当电压达到最大值时，对应电动机达到额定转速，电压继续升高是不可能的，因此，也需要像普通直流电动机调速一样能弱磁恒功率运行。但永磁电动机转子是恒磁场，无法调节，只能利用定子电流的d轴分量去磁方法来调节磁场，称id1为励磁电流。
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