第9章 永磁交流伺服电动机.ppt

好学力行 河南理工大学 明德任责 控制电机 (Control Electrical Machine) 第九章 永磁交流伺服电动机 9.1 概述 永磁交流伺服电动机的特点 以永磁电机为驱动电机，配合以信号（转子位置、转速、定子电压和电流）检测、电力电子驱动和微电子控制电路；集电机与控制器于一体，构成自动控制系统中性能优越的伺服单元，通过控制器改变伺服电动机的运行状态，实现变频起动并响应位置或速度伺服控制指令。 结构简单 功率因数和效率高 功率密度和转矩密度高 位置分辨率和定位精度高 调速范围宽 力矩波动小，低速运行稳定性好 响应速度快 过载能力强 能承受频繁起停、制动和正/反转 可靠性高 永磁 交流 伺服 系统 定子旋转磁场以同步速ns旋转时，N、S极互相吸引，定子旋转磁极带着转子磁极一起旋转，转子与定子旋转磁场同步。当转子上的负载阻转矩增大时，定子磁极轴线与转子磁极轴线间的夹角θ就会相应增大；当负载阻转矩减小时，θ减小。 两对磁极间的磁力线如同弹性的橡皮筋一样。负载变化时，定、转子磁极轴线之间的夹角会变大或变小，但只要负载不超过一定限度，转子就始终跟着定子旋转磁场以恒定的同步速ns转动，即转子转速为 永磁式同步电动机工作原理 影响永磁式同步电动机不能自行起动的因素主要有下面两个方面： (1) 转子本身存在惯性； (2) 定、转子磁场之间转速相差过大。 永磁式同步电动机起动 为了使永磁式同步电动机能自行起动，在转子上一般都装有起动绕组。但如果电动机转子本身惯性不大，或者是多极的低速电机，定子旋转磁场转速不很大， 那末永磁式同步电动机不另装起动绕组还是会自己起动的。 永磁式同步电动机起动 9.2 转子磁路结构 1. Surface PM Motor 交(Quadrature axis )轴、直轴(Direct axis )磁路电磁气隙长度相同， 磁路磁阻大小相等，为隐极电机（ Non-salient pole motor ） 2. Inset PM Motor Teeth Between Magnets to Create Rotor Saliency 交、直轴磁路电磁气隙长度不同，磁路磁阻大小不相等，为凸极电机 3. Interior PM Machine 3-phase, 12 slot, 8pole brushless IPM synchronous machine 交、直轴磁路电磁气隙长度不同，磁路磁阻大小不相等，为凸极电机 Magnetic field of an IPM motor in the cross-section of a 3-phase 9-slot 6-pole. Coils are wound around every tooth and inter-connected to produce a concentrated type winding.在一个三相9 6极截面的IPM电机的磁场。线圈缠绕在每个齿间连接产生集中式绕组。 Interior PM Motor with Rotor Saliency with a Single Flux Barrier Interior PM Motor with Multiple Flux Barrier Rotor Saliency Interior PM Motor with Rotor Saliency with a Single Flux Barrier and a Squirrel Cage Winding for Starting与一个单一的磁通屏障和鼠笼绕组转子凸极永磁电机启动内部 Stator and cut-away rotor for a 2-pole line-fed IPM motor, which operates at synchronous speed without electronic controls. The rotor includes a squirrel cage and PMs定子和切开一个极线馈IPM电机的转子，它工作在同步速度没有电子控制。转子包括鼠笼和PMS 永磁交流伺服系统的组成 1.永磁交流伺服电机本体 前面已经介绍过 2. 功率驱动单元 永磁交流伺服电动机的功率驱动单元是向定子绕组供电的电力电子逆变电路，包括可关断功率器件（开关管）。 信号反馈单元包括转子位置、定子电压和电流（有时还包括直流母线电压 和电流）的信号检测和调理等电路，实现控制所需机械量和电量的反馈。 转子位置检测——通常采用光/电编码器 电压和电流检测——通常采用霍尔传感器 3.信号反馈单元 控制单元构成 控制交流伺服电动机运行的指挥中心，大多采用高速、高精度微处理器（如DSP、ARM）及其外围接口电路（输入、显