永磁同步電機(jī)
永磁同步電動(dòng)機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子和端蓋等部件構(gòu)成。定子與普通感應(yīng)電動(dòng)機(jī)基本相同,采用疊片結(jié)構(gòu)以減小電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的鐵耗。轉(zhuǎn)子可做成實(shí)心,也可用疊片疊壓。電樞繞組可采用集中整距繞組的,也可采用分布短距繞組和非常規(guī)繞組。
1、直流發(fā)電機(jī)供電的勵(lì)磁方式:這種勵(lì)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(lì)磁機(jī),勵(lì)磁機(jī)一般與發(fā)電機(jī)同軸,發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組通過裝在大軸上的滑環(huán)及固定電刷從勵(lì)磁機(jī)獲得直流電流。這種勵(lì)磁方式具有勵(lì)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),是過去幾十年間發(fā)電機(jī)主要?jiǎng)?lì)磁方式,具有較成熟的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。缺點(diǎn)是勵(lì)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(lì)磁機(jī)供電的勵(lì)磁方式,現(xiàn)代大容量發(fā)電機(jī)有的采用交流勵(lì)磁機(jī)提供勵(lì)磁電流。交流勵(lì)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(lì)磁,此時(shí),發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁方式屬他勵(lì)磁方式,又由于采用靜止的整流裝置,故又稱為他勵(lì)靜止勵(lì)磁,交流副勵(lì)磁機(jī)提供勵(lì)磁電流。交流副勵(lì)磁機(jī)可以是永磁測(cè)量裝置機(jī)或是具有自勵(lì)恒壓裝置的交流發(fā)電機(jī)。為了提高勵(lì)磁調(diào)節(jié)速度,交流勵(lì)磁機(jī)通常采用100——200HZ的中頻發(fā)電機(jī),而交流副勵(lì)磁機(jī)則采用400——500HZ的中頻發(fā)電機(jī)。這種發(fā)電機(jī)的直流勵(lì)磁繞組和三相交流繞組都繞在定子槽內(nèi),轉(zhuǎn)子只有齒與槽而沒有繞組,像個(gè)齒輪,因此,它沒有電刷,滑環(huán)等轉(zhuǎn)動(dòng)接觸部件,具有工作可靠,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造工藝方便等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是噪音較大,交流電勢(shì)的諧波分量也較大。
3、無勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁方式:
在勵(lì)磁方式中不設(shè)置專門的勵(lì)磁機(jī),而從發(fā)電機(jī)本身取得勵(lì)磁電源,經(jīng)整流后再供給發(fā)電機(jī)本身勵(lì)磁,稱自勵(lì)式靜止勵(lì)磁。自勵(lì)式靜止勵(lì)磁可分為自并勵(lì)和自復(fù)勵(lì)兩種方式。自并勵(lì)方式它通過接在發(fā)電機(jī)出口的整流變壓器取得勵(lì)磁電流,經(jīng)整流后供給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁,這種
勵(lì)磁方式具有結(jié)簡(jiǎn)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(lì)磁方式除設(shè)有整流變壓外,還設(shè)有串聯(lián)在發(fā)電機(jī)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(shí),給發(fā)電機(jī)提供較大的勵(lì)磁電流,以彌補(bǔ)整流變壓器輸出的不足。這種勵(lì)磁方式具有兩種勵(lì)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。
自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)可以看成為一個(gè)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(lì)磁電流不變時(shí),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(duì)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(lì)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(shí),可以認(rèn)為是與無限大容量電源的母線運(yùn)行,要改變發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流,感應(yīng)電勢(shì)和定子電流也跟著變化,此時(shí)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(shí),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(lì)磁電流。此時(shí)改變的發(fā)電機(jī)勵(lì)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:
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(dòng)分配,可以通過自動(dòng)高壓調(diào)節(jié)的勵(lì)磁裝置,改變發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流維持其端電壓不變,還可對(duì)發(fā)電機(jī)電壓調(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。
一 、 定速驅(qū)動(dòng)
工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有大量的生產(chǎn)機(jī)械要求連續(xù)地以大致不變的速度單方向運(yùn)行,例如風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)、普通機(jī)床等。對(duì)這類機(jī)械以往大多采用三相或單相異步電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)。異步電動(dòng)機(jī)成本較低,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢靠,維修方便,很適合該類機(jī)械的驅(qū)動(dòng)。但是,異步電動(dòng)機(jī)效率、功率因數(shù)低、損耗大,而該類電機(jī)使用面廣量大,故有大量的電能在使用中被浪費(fèi)了。其次,工農(nóng)業(yè)中大量使用的風(fēng)機(jī)、水泵往往亦需要調(diào)節(jié)其流量,通常是通過調(diào)節(jié)風(fēng)門、閥來完成的,這其中又浪費(fèi)了大量的電能。70年代起,人們用變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)、水泵中異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)它們的流量,取得可觀的節(jié)能效果,但變頻器的成本又限制了它的使用,而且異步電動(dòng)機(jī)本身的低效率依然存在。
例如,家用空調(diào)壓縮機(jī)原先都是采用單相異步電動(dòng)機(jī),開關(guān)式控制其運(yùn)行,噪聲和較高的溫度變化幅度是它的不足。90年代初,日本東芝公司首先在壓縮機(jī)控制上采用了異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速,變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)促進(jìn)了變頻空調(diào)的發(fā)展。近年來日本的日立、三洋等公司開始采用永磁無刷電動(dòng)機(jī)來替代異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速,顯著提高了效率,獲得更好的節(jié)能效果和進(jìn)一步降低了噪聲,在相同的額定功率和額定轉(zhuǎn)速下,設(shè)單相異步電動(dòng)要的體積和重量為100%,則永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的體積為38.6%,重量為34.8%,用銅量為20.9%,用鐵量為36.5%,效率提高10%以上,而且調(diào)速方便,價(jià)格和異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速相當(dāng)。永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)在空調(diào)中的應(yīng)用促進(jìn)了空調(diào)劑的升級(jí)換代。
再如儀器儀表等設(shè)備上大量使用的冷卻風(fēng)扇,以往都采用單相異步電動(dòng)機(jī)外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)方式,它的體積和重量大,效率低。近年來它已經(jīng)完全被永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的無刷風(fēng)機(jī)所取代。現(xiàn)代迅速發(fā)展的各種計(jì)算機(jī)等信息設(shè)備上更是無例外地使用著無刷風(fēng)機(jī)。這些年,使用無刷風(fēng)機(jī)已形成了完整的系列,品種規(guī)格多,外框尺寸從15mm到120mm共有12種,框架厚度有6mm到18mm共7種,電壓規(guī)格有直流1.5V、3V、5V、12V、24V、48V,轉(zhuǎn)速范圍從 2100rpm到14000rpm,分為低轉(zhuǎn)速、中轉(zhuǎn)速、高轉(zhuǎn)速和超高轉(zhuǎn)速4種,壽命30000小時(shí)以上,電機(jī)是外轉(zhuǎn)子的永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)。
近年來的實(shí)踐表明,在功率不大于10kW而連續(xù)運(yùn)行的場(chǎng)合,為減小體積、節(jié)省材料、提高效率和降低能耗等因素,越來越多的異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)正被永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)逐步替代。而在功率較大的場(chǎng)合,由于一次成本和投資較大,除了永磁材料外,還要功率較大的驅(qū)動(dòng)器,故還較少有應(yīng)用。
二、 調(diào)速驅(qū)動(dòng)
有相當(dāng)多的工作機(jī)械,其運(yùn)行速度需要任意設(shè)定和調(diào)節(jié),但速度控制精度要求并不非常高。這類驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在包裝機(jī)械、食品機(jī)械、印刷機(jī)械、物料輸送機(jī)械、紡織機(jī)械和交通車輛中有大量應(yīng)用。
在這類調(diào)速應(yīng)用領(lǐng)域最初用的最多的是直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng),70年代后隨電力電子技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展,異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速迅速滲透到原來的直流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域。這是因?yàn)橐环矫娈惒诫妱?dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的性能價(jià)格完全可與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美,另一方面異步電動(dòng)機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)相比有著容量大、可靠性高、干擾小、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。故異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速在許多場(chǎng)合迅速取代了直流調(diào)速系統(tǒng)。
交流永磁同步電動(dòng)機(jī)由于其體積小、重量輕、高效節(jié)能等一系列優(yōu)點(diǎn),越來越引起人們重視,其控制技術(shù)日趨成熟,控制器已產(chǎn)品化。中小功率的異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速正逐步為永磁同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)所取代。電梯驅(qū)動(dòng)就是一個(gè)典型的例子。電梯的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)電機(jī)的加速、穩(wěn)速、制動(dòng)、定位都有一定的要求。早期人們采用直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng),其缺點(diǎn)是不言而喻的。70年代變頻技術(shù)發(fā)展成熟,異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)迅速取代了電梯行業(yè)中的直流調(diào)速系統(tǒng)。而這幾年電梯行業(yè)中最新驅(qū)動(dòng)技術(shù)就是永磁同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng),其體積小、節(jié)能、控制性能好、又容易做成低速直接驅(qū)動(dòng),消除齒輪減速裝置;其低噪聲、平層精度和舒適性都優(yōu)于以前的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),適合在無機(jī)房電梯中使用。永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)很快得到各大電梯公司青睞,與其配套的專用變頻器系列產(chǎn)品已有多種牌號(hào)上市。可以預(yù)見,在調(diào)速驅(qū)動(dòng)的場(chǎng)合,將會(huì)是永磁同步電動(dòng)機(jī)的天下。日本富士公司已推出系列的永磁同步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品相配的變頻控制器,功率從0.4kW~300kW,體積比同容量異步電動(dòng)機(jī)小1~2個(gè)機(jī)座號(hào),力能指標(biāo)明顯高于異步電動(dòng)機(jī),可用于泵、運(yùn)輸機(jī)械、攪拌機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)、升降機(jī)、起重機(jī)等多咱場(chǎng)合。
三、 精密控制驅(qū)動(dòng)
1、高精度的伺服控制系統(tǒng)
伺服電動(dòng)機(jī)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的運(yùn)行控制中扮演了十分重要的角色,應(yīng)用場(chǎng)合的不同對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)的控制性能要求也不盡相同。實(shí)際應(yīng)用中,伺服電動(dòng)機(jī)有各種不同的控制方式,例如轉(zhuǎn)矩控制/電流控制、速度控制、位置控制等。伺服電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)也經(jīng)歷了直流伺服系統(tǒng)、交流伺服系統(tǒng)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),直至近年來最為引人注目的永磁電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)。最近幾年進(jìn)口的各類自動(dòng)化設(shè)備、自動(dòng)加工裝置和機(jī)器人等絕大多數(shù)都采用永磁同步電動(dòng)機(jī)的交流伺服系統(tǒng)。
2、信息技術(shù)中的永磁同步電動(dòng)機(jī)
當(dāng)今信息技術(shù)高度發(fā)展,各種計(jì)算機(jī)外設(shè)和辦公自動(dòng)化設(shè)備也隨之高度發(fā)展,與其配套的關(guān)鍵部件微電機(jī)需求量大,精度和性能要求也越來越高。對(duì)這類微電機(jī)的要求是小型化、薄形化、高速、長(zhǎng)壽命、高可靠、低噪聲和低振動(dòng),精度要求更是特別高。例如,硬盤驅(qū)動(dòng)器用主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)是永磁無刷直流電動(dòng)機(jī),它以近10000rpm的高速帶動(dòng)盤片旋轉(zhuǎn),盤片上執(zhí)行數(shù)據(jù)讀寫功能的磁頭在離盤片表面只有0.1~0.3微米處作懸浮運(yùn)動(dòng),其精度要求之高可想而知了。信息技術(shù)中各種設(shè)備如打印機(jī)、軟硬盤驅(qū)動(dòng)器、光盤驅(qū)動(dòng)、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)等中所使用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)絕大多數(shù)是永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)。受技術(shù)水平限制,這類微電機(jī)目前國(guó)內(nèi)還不能自己制造,有部分產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)組裝。
勵(lì)磁控制、保護(hù)及信號(hào)回路由滅磁開關(guān),助磁電路、風(fēng)機(jī)、滅磁開關(guān)偷跳、勵(lì)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(shí)除了必須解列外,還必須滅磁,把轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)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(shí)間盡可能縮短,是滅磁裝置的主要功能。根據(jù)額定勵(lì)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(lì)磁方式得到了不斷的發(fā)展和完善。在自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)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(jì)算機(jī)用軟件實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置有顯著優(yōu)點(diǎn),目前很多國(guó)家都在研制和試驗(yàn)用微型機(jī)計(jì)算機(jī)配以相應(yīng)的外部設(shè)備構(gòu)成的數(shù)字自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置,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(lì)磁電流的方法稱為勵(lì)磁方式。目前采用的勵(lì)磁方式分為兩大類:一類是用直流發(fā)電機(jī)作為勵(lì)磁電源的直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)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(lì)磁的整流器勵(lì)磁系統(tǒng)。現(xiàn)說明如下:
1、直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁 直流勵(lì)磁機(jī)通常與同步發(fā)電機(jī)同軸,采用并勵(lì)或者他勵(lì)接法。采用他勵(lì)接法時(shí),勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流由另一臺(tái)被稱為副勵(lì)磁機(jī)的同軸的直流發(fā)電機(jī)供給。如圖15.5所示。
2、靜止整流器勵(lì)磁 同一軸上有三臺(tái)交流發(fā)電機(jī),即主發(fā)電機(jī)、交流主勵(lì)磁機(jī)和交流副勵(lì)磁機(jī)。副勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流開始時(shí)由外部直流電源提供,待電壓建立起來后再轉(zhuǎn)為自勵(lì)(有時(shí)采用發(fā)電機(jī))。副勵(lì)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(lì)磁機(jī),而主勵(lì)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(lì)磁繞組。(見圖15.6)
3、旋轉(zhuǎn)整流器勵(lì)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(lì)磁繞組,對(duì)于大容量的同步發(fā)電機(jī),其勵(lì)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(lì)磁系統(tǒng),如圖15.7所示。主勵(lì)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(lì)磁繞組。交流主勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流由同軸的交流副勵(lì)磁機(jī)經(jīng)靜止的晶閘管整流器整流后供給。由于這種勵(lì)磁系統(tǒng)取消了集電環(huán)和電刷裝置,故又稱為無刷勵(lì)磁系統(tǒng)。
優(yōu)點(diǎn):同步,可當(dāng)發(fā)電機(jī)用
缺點(diǎn):電刷容易壞,電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,造價(jià)高
絕緣電阻測(cè)試儀 光纖光纜 拉力試驗(yàn)機(jī) 油桶泵 高低溫試驗(yàn)箱 計(jì)量泵 合金分析儀 溫度變送器紅外測(cè)溫儀 四川短信群發(fā) 復(fù)合鹽霧腐蝕試驗(yàn)箱 噪音計(jì) 攪拌機(jī) 金屬元素分析儀 鮑爾環(huán) 不銹鋼儀表閥門 電磁流量計(jì) 電動(dòng)執(zhí)行器 旋進(jìn)旋渦流量計(jì) 壓力變送器
近年來,隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、新型電機(jī)控制理論和稀土永磁材料的快速發(fā)展,永磁同步電動(dòng)機(jī)得以迅速的推廣應(yīng)用。永磁同步電動(dòng)機(jī)具有體積小,損耗低,效率高等優(yōu)點(diǎn),在節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)日益受到重視的今天,對(duì)其研究就顯得非常必要。因此。這里對(duì)永磁同步電機(jī)的控制策略進(jìn)行綜述,并介紹了永磁同步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的各種控制策略發(fā)展方向。
2、永磁同步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型
當(dāng)永磁同步電動(dòng)機(jī)的定子通入三相交流電時(shí),三相電流在定子繞組的電阻上產(chǎn)生電壓降。由三相交流電產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)電樞磁動(dòng)勢(shì)及建立的電樞磁場(chǎng),一方面切割定子繞組,并在定子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì);另一方面以電磁力拖動(dòng)轉(zhuǎn)子以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。電樞電流還會(huì)產(chǎn)生僅與定子繞組相交鏈的定子繞組漏磁通,并在定子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)漏電動(dòng)勢(shì)。此外,轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)也以同步轉(zhuǎn)速切割定子繞組。從而產(chǎn)生空載電動(dòng)勢(shì)。為了便于分析,在建立數(shù)學(xué)模型時(shí),假設(shè)以下參數(shù):①忽略電動(dòng)機(jī)的鐵心飽和;②不計(jì)電機(jī)中的渦流和磁滯損耗;③定子和轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)沿定子內(nèi)圓按正弦分布,即忽略磁場(chǎng)中所有的空間諧波;④各相繞組對(duì)稱,即各相繞組的匝數(shù)與電阻相同,各相軸線相互位移同樣的電角度。
在分析同步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型時(shí),常采用兩相同步旋轉(zhuǎn)(d,q)坐標(biāo)系和兩相靜止(α,β)坐標(biāo)系。圖1給出永磁同步電動(dòng)機(jī)在(d,q)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。
①定子電壓方程為:
式中:r為定子繞組電阻;p為微分算子,p=d/dt;id,iq為定子電流;ud,uq為定子電壓;ψd,ψq分別為磁鏈在d,q軸上的分量;ωf為轉(zhuǎn)子角速度(ω=ωfnp);np為電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)。
②定子磁鏈方程為:
式中:ψf為轉(zhuǎn)子磁鏈。
③電磁轉(zhuǎn)矩為:
式中:J為電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
若電動(dòng)機(jī)為隱極電動(dòng)機(jī),則Ld=Lq,選取id,iq及電動(dòng)機(jī)機(jī)械角速度ω為狀態(tài)變量,由此可得永磁同步電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)方程式為:
由式(7)可見,三相永磁同步電動(dòng)機(jī)是一個(gè)多變量系統(tǒng),而且id,iq,ω之間存在非線性耦合關(guān)系,要想實(shí)現(xiàn)對(duì)三相永磁同步電機(jī)的高性能控制,是一個(gè)頗具挑戰(zhàn)性的課題。
3、永磁同步電動(dòng)機(jī)的控制策略
任何電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩都是由主磁場(chǎng)和電樞磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生的。直流電動(dòng)機(jī)的主磁場(chǎng)和電樞磁場(chǎng)在空間互差90°,因此可以獨(dú)立調(diào)節(jié);交流電機(jī)的主磁場(chǎng)和電樞磁場(chǎng)互不垂直,互相影響。因此,長(zhǎng)期以來,交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制性能較差。經(jīng)過長(zhǎng)期研究,目前的交流電機(jī)控制有恒壓頻比控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等方案。
①恒壓頻比控制
恒壓頻比控制是一種開環(huán)控制。它根據(jù)系統(tǒng)的給定,利用空間矢量脈寬調(diào)制轉(zhuǎn)化為期望的輸出電壓uout進(jìn)行控制,使電動(dòng)機(jī)以一定的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。在一些動(dòng)態(tài)性能要求不高的場(chǎng)所,由于開環(huán)變壓變頻控制方式簡(jiǎn)單,至今仍普遍用于一般的調(diào)速系統(tǒng)中,但因其依據(jù)電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)模型,無法獲得理想的動(dòng)態(tài)控制性能,因此必須依據(jù)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型。永磁同步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型為非線性、多變量,它含有ω與id或iq的乘積項(xiàng),因此要得到精確的動(dòng)態(tài)控制性能,必須對(duì)ω和id,iq解耦。近年來,研究各種非線性控制器用于解決永磁同步電動(dòng)機(jī)的非線性特性。
②矢量控制
高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)需要現(xiàn)代控制理論的支持,對(duì)于交流電動(dòng)機(jī),目前使用最廣泛的當(dāng)屬矢量控制方案。自1971年德國(guó)西門子公司F.Blaschke提出矢量控制原理,該控制方案就倍受青睞。因此,對(duì)其進(jìn)行深入研究。
矢量控制的基本思想是:在普通的三相交流電動(dòng)機(jī)上模擬直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制規(guī)律,磁場(chǎng)定向坐標(biāo)通過矢量變換,將三相交流電動(dòng)機(jī)的定子電流分解成勵(lì)磁電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量,并使這兩個(gè)分量相互垂直,彼此獨(dú)立,然后分別調(diào)節(jié),以獲得像直流電動(dòng)機(jī)一樣良好的動(dòng)態(tài)特性。因此矢量控制的關(guān)鍵在于對(duì)定子電流幅值和空間位置(頻率和相位)的控制。矢量控制的目的是改善轉(zhuǎn)矩控制性能,最終的實(shí)施是對(duì)id,iq的控制。由于定子側(cè)的物理量都是交流量,其空間矢量在空間以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn),因此調(diào)節(jié)、控制和計(jì)算都不方便。需借助復(fù)雜的坐標(biāo)變換進(jìn)行矢量控制,而且對(duì)電動(dòng)機(jī)參數(shù)的依賴性很大,難以保證完全解耦,使控制效果大打折扣。
③直接轉(zhuǎn)矩控制
矢量控制方案是一種有效的交流伺服電動(dòng)機(jī)控制方案。但因其需要復(fù)雜的矢量旋轉(zhuǎn)變換,而且電動(dòng)機(jī)的機(jī)械常數(shù)低于電磁常數(shù),所以不能迅速地響應(yīng)矢量控制中的轉(zhuǎn)矩。針對(duì)矢量控制的這一缺點(diǎn),德國(guó)學(xué)者DEPEnbrock于上世紀(jì)80年代提出了一種具有快速轉(zhuǎn)矩響應(yīng)特性的控制方案,即直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)。該控制方案摒棄了矢量控制中解耦的控制思想及電流反饋環(huán)節(jié),采取定子磁鏈定向的方法,利用離散的兩點(diǎn)式控制直接對(duì)電動(dòng)機(jī)的定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行調(diào)節(jié),具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。DTC最早用于感應(yīng)電動(dòng)機(jī),1997年L Zhong等人對(duì)DTC算法進(jìn)行改造,將其用于永磁同步電動(dòng)機(jī)控制,目前已有相關(guān)的仿真和實(shí)驗(yàn)研究。
DTC方法實(shí)現(xiàn)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的雙閉環(huán)控制。在得到電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩值后,即可對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行DTC。圖2給出永磁同步電機(jī)的DTC方案結(jié)構(gòu)框圖。它由永磁同步電動(dòng)機(jī)、逆變器、轉(zhuǎn)矩估算、磁鏈估算及電壓矢量切換開關(guān)表等環(huán)節(jié)組成,其中ud,uq,id,iq為靜止(d,q)坐標(biāo)系下電壓、電流分量。
雖然,對(duì)DTC的研究已取得了很大的進(jìn)展,但在理論和實(shí)踐上還不夠成熟,例如:低速性能、帶負(fù)載能力等,而且它對(duì)實(shí)時(shí)性要求高,計(jì)算量大。
④解耦控制
永磁同步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型經(jīng)坐標(biāo)變換后,id,id之間仍存在耦合,不能實(shí)現(xiàn)對(duì)id和iq的獨(dú)立調(diào)節(jié)。若想使永磁同步電動(dòng)機(jī)獲得良好的動(dòng)、靜態(tài)性能,就必須解決id,iq的解耦問題。若能控制id恒為0,則可簡(jiǎn)化永磁同步電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)方程式為:
此時(shí),id與iq無耦合關(guān)系,Te=npψfiq,獨(dú)立調(diào)節(jié)iq可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的線性化。實(shí)現(xiàn)id恒為0的解耦控制,可采用電壓型解耦和電流型解耦。前者是一種完全解耦控制方案,可用于對(duì)id,iq的完全解耦,但實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜;后者是一種近似解耦控制方案,控制原理是:適當(dāng)選取id環(huán)電流調(diào)節(jié)器的參數(shù),使其具有相當(dāng)?shù)脑鲆?并始終使控制器的參考輸入指令id*=O,可得到id≈id*=0,iq≈iq*o,這樣就獲得了永磁同步電動(dòng)機(jī)的近似解耦。圖3給出基于矢量控制和id*=O解耦控制的永磁同步電動(dòng)機(jī)
調(diào)速系統(tǒng)框圖。
雖然電流型解耦控制方案不能完全解耦,但仍是一種行之有效的控制方法,只要采取較好的處理方式,也能得到高精度的轉(zhuǎn)矩控制。因此,工程上使用電流型解耦控制方案的較多。然而,電流型解耦控制只能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)電流和轉(zhuǎn)速的靜態(tài)解耦,若實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)耦合會(huì)影響電動(dòng)機(jī)的控制精度。另外,電流型解耦控制通過使耦合項(xiàng)中的一項(xiàng)保持不變,會(huì)引入一個(gè)滯后的功率因數(shù)。
4、結(jié)語
上述永磁同步電動(dòng)機(jī)的各種控制策略各有優(yōu)缺點(diǎn),實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)當(dāng)根據(jù)性能要求采用與之相適應(yīng)的控制策略,以獲得最佳性能。永磁同步電動(dòng)機(jī)以其卓越的性能,在控制策略方面已取得了許多成果,相信永磁同步電動(dòng)機(jī)必然廣泛地應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。
-
振動(dòng)電機(jī)廠家 宏達(dá)xvm-a-100-6振動(dòng)電機(jī)
- 產(chǎn)品規(guī)格:
- 多種規(guī)格
- 產(chǎn)品數(shù)量:
- 100
- 經(jīng)營(yíng)模式:
- 生產(chǎn)型, 貿(mào)易型
- 執(zhí)照認(rèn)證:
- 已認(rèn)證
- 最近更新:
- 2025/1/11 11:16:18
- 經(jīng)營(yíng)品牌:
- 宏達(dá)
振動(dòng)電機(jī)廠家宏達(dá)xvm-a-100-6振動(dòng)電機(jī) xvm-a-100-6振動(dòng)電機(jī)是一種具有特定技術(shù)參數(shù)的振動(dòng)設(shè)備。以下是一些關(guān)于它的詳細(xì)信息: imgsrc=http://www.hanguoqt.cn/v¥8500元/臺(tái)所在地:河南新鄉(xiāng)
河南宏達(dá)振動(dòng)電機(jī)有限公司
-
AMCI步進(jìn)電機(jī),AMCI步進(jìn)電機(jī)控制器,AMCI步進(jìn)電機(jī)驅(qū)
- 產(chǎn)品規(guī)格:
- 產(chǎn)品數(shù)量:
- 經(jīng)營(yíng)模式:
- 貿(mào)易型
- 執(zhí)照認(rèn)證:
- 已認(rèn)證
- 最近更新:
- 2025/1/8 9:20:57
- 經(jīng)營(yíng)品牌:
上海包勒有限公司代理供應(yīng)amci步進(jìn)電機(jī),amci步進(jìn)電機(jī)控制器,amci步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 amci步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器:sd7540a,sd17040c,sd17060b,sd170¥0元/所在地:上海上海
上海包勒機(jī)械設(shè)備有限公司
-
bauer永磁同步電機(jī)的容量?jī)?chǔ)備確保設(shè)計(jì)安全
- 產(chǎn)品規(guī)格:
- 多款
- 產(chǎn)品數(shù)量:
- 500
- 經(jīng)營(yíng)模式:
- 貿(mào)易型
- 執(zhí)照認(rèn)證:
- 已認(rèn)證
- 最近更新:
- 2025/2/5 17:55:08
- 經(jīng)營(yíng)品牌:
陜西渭柏精密機(jī)械有限公司位于世界貿(mào)易中心-古絲綢之路起點(diǎn)-古城西安。國(guó)際貿(mào)易與進(jìn)出口代理,主營(yíng)機(jī)床附件及數(shù)控刀具、量具、磨具等德國(guó)、瑞士、意大利、歐洲等。原裝、貨真價(jià)實(shí)、誠(chéng)實(shí)經(jīng)營(yíng)。¥285元/個(gè)所在地:陜西西安
陜西渭柏精密機(jī)械有限公司