高级电工理论课.ppt

1-1 晶闸管直流电动机开环系统 第二节 永磁同步电动机的调速系统 一.永磁同步电动机 二. 正弦波永磁同步电动机调速系统 三．无刷直流电动机调速系统 小功率同步电动机常直接采用永久磁铁作为转子磁极，被称为永磁同步电动机。永磁同步电动机（Permanent Magnet Synchronous Moter）具有多种结构。下图为一种简单的永磁电动机截面图。 一.永磁同步电动机 其转子为实心铁心或由简单加工的冲制叠片组成，一层薄的永磁体被粘合剂固定在转子铁心的表面，N、S极交替放置，以产生转子磁通。 二.正弦波永磁同步电动机调速系统 1．? 正弦波永磁同步电动机调速原理 正弦波永磁同步电动机常采用转子位置定向的矢量控制 右图为永磁同步电动机的矢量图。 基于转子坐标系（d-q轴系）中的永磁同步电动机定子磁链方程为 为转子磁钢在定子上的耦合磁链； 、 为永磁同步电动机的直轴、交轴主电感； 、 分别为定子电流矢量 的直轴、交轴分量。 PMSM的转矩方程为： 将式方程组代入转矩方程，求得 在永磁同步电动机中，由于转子磁链 恒定不变，采用转子磁链定向方法来进行矢量控制较为适宜，并且在基频以下的控制中，控制单元可以使用算法实现定子电流矢量与q轴重合，这样在d轴上只有转子磁链，没有定子磁链，相当于用转子的永久磁铁实现励磁，定子电流全部用来产生拖动转矩。 这时，转矩方程中， 故 由于转子磁链为常数，三相定子电流合成矢量的幅值与定子励磁电流幅值的关系为 于是 永磁同步电动机在上述的转子磁链定向控制方式下，定子电流的的相位，比 d轴超前900，因此变频器应提供的定子三相电流瞬时值表达式为： 变频器只要根据转子位置角信息，按上述方程严格控制三相定子电流的幅值、频率和相位，就可以对永磁同步电动机进行速度控制。 * 1-2 转速单闭环示意图 1-3 闭环系统的抗干扰作用 2-1 转速单闭环 有静差 2-2 转速单闭环 无静差 2-3 电压负反馈 （未画电流截止负反馈保护环节） 2-4 电压负反馈附加电流正反馈补偿 （未画电流截止负反馈保护环节） 3-1 机组调速系统示意图 3-2 交磁放大机结构 3-3 交磁放大机接线 3-4 交磁放大机说明 是一种特殊的直流发电机。发电电压受控制绕组控制。 转子装有相互垂直的直轴绕组d-d和交轴绕组q-q，装有换向器将发电电压引出 。应用时将交轴电刷短接，直轴电刷输出发电电压。 定子大槽：放置控制绕组、交流去磁绕组、小部分补偿绕组 定子小槽：放置大部分补偿绕组 定子中槽：放置换向绕组、交轴助磁绕组 控制绕组有很多个，便于多个信号综合控制。当控制绕组没有控制信号时，基本保证没有输出电压。当控制绕组有控制信号时，输出发电电压。 一般控制绕组输入功率约0.25—1W，可以控制的发电输出功率约几千瓦，功率放大倍数、电压放大倍数均很大。 3-5 交磁放大机外特性 3-6 机组调速实例 龙门刨局部 ＋ 0 － － ＋ ＋ 电压负反馈+附加电流正反馈补偿+电流截止负反馈保护 交流感应子中频发电机 IGBT结构 绕线异步机 转子整流器 有源逆变器 绕线异步机 转子整流器 直流电动机 电气串级调速系统 机械串级调速系统 一. 串级调速的原理 转子串电阻调速方法有什么缺点？ 我们知道，对于绕线转子异步电动机，可以在其转子回路串入电阻来减小电流，增大转差率，从而改变转速。这种方法就是转子串电阻调速方法。 转子串电阻调速方法的主要缺点：大量转差功率将在转子所串电阻上变成热量被消耗掉，因此不适合对大容量电机降速，对小容量电机也因效率太低而不适宜长期运行。 转子串电阻调速方法的能量关系如图所示。 参照电动机内部各项功率表达式，对照能量关系图，可以估算出电动机的效率情况。 基本结论是： 串入电阻越大，转速越低，转差就越大，机械功率在电磁功率中所占的比率就越低，效率越低。 串级调速的基本原理是什么？ 针对绕线转子异步电动机转子串电阻调速方法转差功率消耗在电阻上，运行效率太低的缺点，引入了一种新的调速方法：基本思路是转子不串入附加电阻-----改为串入附加电动势来调速，并将调速引起的转差功率损耗，回馈回电网或电动机本身，既提高效率、又实现变转差率调速的方法，该方法被称为绕线转子异步电动机的串级调速控制方案。