电力拖动自动控制系统 教学课件 作者 李华德 第九章 同步电动机变压变频调速系统.pptVIP

忽略换流过程的影响，则电磁转矩为： （9-50） 根据拖动系统运动方程有: (9-51) * 由于 ，则式（9-51）中电磁转矩为: (9-52) * 根据式(9-50)~式(9-52)绘出直流无刷电动机动态结构图，如图9-37所示。 无刷直流电动机的动态结构图和直流电动机的动态结构图十分相似，转速控制方法也相同，控制无刷直流电动机的电压就可以调节其转速。 * 2.梯形波永磁同步电动机调速系统 无刷直流电动机的调速系统原理框图，如图9-33所示。 * 无刷直流电动机本质上是一台直流电动机，具有与直流电动机相类似的转速控制方法。改变加于电动机定子侧的直流电压 ，就可以改变定子电流Ib，改变电磁转矩 ，从而改变电动机转速。 图中，转速控制仍采用了与直流电动机调速系统相类似的转速、电流双闭环系统。逆变器采用PWM技术，载波为等腰三角波，调制波为幅值可变的直流信号，改变调制波幅值，即图中电流调节器输出信号，改变了占空比 ，即改变了定子侧电压的平均值 。 * 值得说明的是，逆变器开关器件的通/断信号是位置传感器检测信号和PWM控制信号的合成。具体的说，就是根据转子位置检测信号和正反转指令信号，选择应导通的开关器件，而该开关器件的通/断则应由PWM信号控制。详见图9-39。 * 开关器件VT1、VT2的通、断控制信号应是转子位置检测信号和PWM控制信号的逻辑“与”。 在图9-38中，由于主电路采用了交-直-交电压源型系统，且整流桥为不可控整流，故电动机无法实现回馈制动和四象限运行，只能正、反向电动运行。要想制动运行可在主电路中加装能耗制动单元。 * 无刷直流电动机具有和直流电动机一样的转矩控制性能和调速性能。因而它获得了广泛的应用。但无刷直流电动机由于转矩的脉动，使其调速范围和调速性能受到影响。另外，它还具有永磁电动机的共同缺点，当电动机高速运行时，定子绕组感应电势增大，当电势增大到外加电压，甚至超过外加电压时，电动机无法正常工作。而当弱磁升速时，弱磁效果又不明显。 * 由于这些缺点的存在使无刷直流电动机目前主要应用于要求不高的场合，例如变频空调、电动自行车、计算机外设等领域中。 还要知道，除上述几种同步电动机变压变频调速系统外，还有开关磁阻同步电动机变频调速系统，直线永磁同步电动机变频调速系统，步进同步电动机控制系统等。本书不一一介绍，请参阅[13],[52],[56]。 * * 根据当前定子磁链矢量的位置从预置的开关表中选择相应电压空间矢量，直接对电动机转矩进行控制，从而得到快速的转矩响应。 * （2）永磁同步电动机直接转矩控制与异步电动机直接转矩控制的不同点 1）转子初始位置的影响：如果转子初始位置估计不准确，就会引起磁链的估计误差，引起磁链的漂移现象。对于异步电动机直接转矩控制来说，定子初始磁链为零，而永磁同步电动机的初始定子磁链不为零，是一个与永磁体磁链方向一致的矢量，因此必须检测转子的初始位置 * 2）零矢量和非零矢量在PMSM直接转矩控制的作用分析。 非零电压矢量在异步电动机和永磁同步电动机直接转矩控制中的作用都是相同的，然而零矢量在永磁同步电动机直接转矩控制的作用就不一样了。 在异步电动机中。当选择零矢量时，定子电压为零，磁链增量为零，定子磁链矢量将保持在原位置不动，转子电流及电磁转矩急剧下降，因此可以通过选择零电压矢量在保持磁链幅值不变时快速减小电磁转矩。 * 在永磁同步电动机中，选用零电压矢量虽然能使磁链保持原位置不动，但它与一直存在的永磁转子磁场相互作用仍能产生电磁转矩，不能起到有效减小转矩的作用；但如果使用得当，可起到减小转速或转矩脉动的效果。 * （3）永磁同步电动机直接转矩控制的稳定条件 永磁同步电动机转矩由两部分组成，第一部分为电磁转矩，它由交轴电枢反应产生；第二部分为凸极结构产生的磁阻转矩，第二部分的磁阻转矩为负值。可见，转矩的大小跟磁链幅值，转矩角以及凸极有关。 通常为了获得大的转矩输出和电动机过载能力，尽可能选取大的磁链幅值给定；带随着定子磁链给定幅值增加，电磁转矩却不会增加。 * 如图9-30所示，其中曲线1，2，3，4是钉子磁链幅值给定分别为ψr，2 ψr，3 ψr，4 ψr。 在转矩角θrs=0附近可以看到，|Ψs|=3ψr 时，出现转矩的零增长，|Ψs|=4ψr 时，甚至出现转矩负增长。 * 为了避免出现电机转矩始终和负载角变化的不一致的情况要求下式成立：