同步电机与异步电机的概念区别及应用前景.docVIP

异步电机与同步电机的控制原理，应用领域和研究热点 班级： 学号： 姓名： 同步电机简介 同步电机，和感应电机一样是一种常用的交流电机。特点是：稳态运行时，转子的转速和电网频率之间有不变的关系n=ns=60f/p，ns称为同步转速。若电网的频率不变，则稳态时同步电机的转速恒为常数而与负载的大小无关。同步电机分为同步发电机和同步电动机。现代发电厂中的交流机以同步电机为主。　励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主磁场运行方式同步电机的主要运行方式有三种，即作为发电机、电动机和补偿机运行。 作为发电机运行是同步电机最主要的运行方式，作为电动机运行是同步电机的另一种重要的运行方式。同步电动机的功率因数，在不要求调速的场合，应用大型同步电动机可以提高运行效率。近年来，小型同步电动机在变频调速系统中开始得到较多地应用。 同步电机还可以接于电网作为同步补偿机。这时电机不带任何机械负载，靠调节转子中的励磁电流向电网发出所需的感性或者容性无功功率，以达到改善电网功率因数或者调节电网电压的目的。同步电动机控制永磁同步电机的调速主要通过改变供电电源的频率来实现。目前常用的变频调速方式有转速闭环恒压频比控制（v/f）、转差频率控制、基于磁场定向的矢量控制（Vector Control）以及直接转矩控制（Direct Torque Control）。转速闭环恒压频比控制转速闭环恒压频比控制是一种最常用的变频调速控制方法。该方法是通过控制V/f恒定，使磁通保持不变，并以控制转差频率来控制电机的转矩和转速。这种控制方法低速带载能力不强，须对定子压降实行补偿，因该控制方法只控制了电机的气隙磁通，不能调节转矩，故性能不高。但该方法由于实现简单、稳定可靠，调速方便，所以在一些对动态性能要求不太高的场合，如对通风机、水泵等的控制，仍是首选的方法。2.转差频率控制转差频率控制的突出优点就在于频率控制环节的输入是转差信号，而频率信号是由转差信号与实际转速信号相加后得到的，这样，在转速变化过程中，实际频率随着实际转速同步地上升或者下降。尽管转差频率控制能够在一定程度上控制电机转矩3.矢量控制矢量控制框图如图2 所示。1971 年，西门子工程师Balschke 首次提出矢量控制理论，使交流电机控制理论获得了一次质的飞跃。其基本思想为：以转子磁链旋转空间矢量为参考坐标，将定子电流分解为相互正交的两个分量，一个与磁链同方向，代表定子电流励磁分量，另一个与磁链方向正交，代表定子电流转矩分量，分别对它们进行控制，获得像直流电动机一样良好的动态特性。因其控制结构简单，控制软件实现较容易，已被广泛应用到调速系统中。但矢量控制方法在实现时要进行复杂的坐标变换，并需准确观测转子磁链，而且对电机的参数依赖性很大，难以保证完全解耦，使控制效果大打折扣。采用矢量控制理论进行控制时，具有和直流电动机类似的特性。矢量控制的优点在于调速范围宽，动态性能较好。不足之处是按转子磁链定向会受电动机参数变化的影响而失真，从而降低了系统的调速性能。解决方法是采用智能化调节器可以提高系统的调速性能和鲁棒性。文献[20]和文献[21]采用PI 控制，文献[20]中电流环、速度环均采用PI 调节，由仿真结果得出:PI 控制器的参数对系统的性能有极大的影响，永磁同步电机是一个具有强耦合的非线性对象，很难用精确的数学模型描述，而PI 控制器是一种线性控制器，鲁棒性不够强，所以，在调速系统中难以达到令人满意的调速性能，尤其是在对系统性能和控制精度要求较高的场合，这就需要对PI 算法进行改进，以达到更好的控制性能。文献[21]通过多次仿真，在速度调节中只单纯采用PI 调节效果并不理想，为此，提出了采用分段PI 速度调节的方法，即根据误差量的大小分段确定参数Kp，Ki。在初期，可加大比例调节成分，随着误差减小适当加大积分系数，这样系统能较好地实现永磁同步电机的调速及其正反转控制。文献[1]对PMSM的电压空间矢量的弱磁控制方面所做的研究，提出一种基于空间矢量PWM（SVPWM）的PMSM 定子磁链弱磁控制方法，在电机转速达到基本转速之前采用最大转矩/电流策略控制，超过基本转速之后采用弱磁扩速的电流控制策略，使电机具有更大的调速空间，该策略可实现电压矢量近似连续调节，同传统的有限的离散空间矢量相比，有效减小了PMSM的转矩脉动，提高了系统的性能。 4.直接转矩控制直接转矩控制（DTC）框图如图3 所示。1985 年，Depenbrock 教授提出的高性能交流电机控制策略，摒弃了矢量控制的解耦思想，不需要将交流电动机与直流电动机作等效与转化，省去了复杂的坐标变换；采用定子磁场定向，实现了在定子坐标系内对电动机磁链、转矩的直接观察、控制，定子磁链的估计仅涉及定子电阻，减弱了对电机参数的依