变频控制详解.ppt

从矢量变换上看，三相感应电动机必须将定、转子三相绕组同时变换为换向器绕组，而面装式PMSM只需将定子三相绕组变换为换向器绕组。 从励磁上看，感应电动机为单边励磁电动机，建立转子磁场的无功功率必须由定子侧输入，为保证转子磁链恒定或能够快速跟踪其指令值变化，在直接磁场定向系统中需要对磁链进行反馈控制和比例微分控制，因此三相感应电机需要励磁控制；PMSM的运行原理是依靠定、转子双边励磁，而PMSM的转子磁场由永磁体提供，若不计温度和磁路饱和的影响，可认为转子磁链恒定，如不需要弱磁的话，省去了励磁控制。 三相感应电机的转矩控制只有当转子磁场恒定条件下，才能说转矩大小与转差频率呈线性关系；而PMSM转矩控制的核心是对定子电流矢量幅值和相对转子磁链矢量相位的控制，更接近实际的他励直流电动机，动态性能更容易达到直流电动机的水平。 8.5 同步电动机直接转矩控制系统 同步电动机也可采用直接转矩控制，以下分析可控励磁同步电动机和正弦波永磁同步电动机的直接转矩控制系统。 8.5.1 可控励磁同步电动机直接转矩控制系统 可控励磁同步电动机定子磁链 按定子定向磁链坐标系（仍称作mt坐标系），使m轴与定子合成磁链矢量重合，t轴与m轴正交。 8.5.1 可控励磁同步电动机直接转矩控制系统 图8-28 可控励磁隐极式同步电动机空间矢量图 8.5.1 可控励磁同步电动机直接转矩控制系统 考虑到按定子磁链定向 由此导出 同步电动机的电磁转矩 8.5.1 可控励磁同步电动机直接转矩控制系统 定子磁链定向坐标系（mt坐标系）的状态方程 8.5.1 可控励磁同步电动机直接转矩控制系统 坐标系旋转角速度 定子电压矢量对磁链和转矩的控制作用于异步电动机相同，不再重述，着重讨论励磁电流的控制。 8.5.1 可控励磁同步电动机直接转矩控制系统 励磁电流 励磁电流给定 8.5.1 可控励磁同步电动机直接转矩控制系统 图8-29 可控励磁隐极式同步电动机直接转矩控制系统 8.5.2永磁同步电动机直接转矩控制系统 永磁同步电动机的状态方程 8.5.2永磁同步电动机直接转矩控制系统 转矩方程 8.5.2永磁同步电动机直接转矩控制系统 图8-30 永磁同步电动机空间矢量图 8.5.2永磁同步电动机直接转矩控制系统 图8-31 永磁同步电动机直接转矩控制系统 气隙磁场定向、定子磁场定向和转子磁场定向矢量控制系统的优缺点和适应情况 气隙磁场定向系统中磁通关系和转差关系中存在耦合，需要增加解耦器，这使得它比转子磁通的控制方式要复杂，但具有一些状态能直接测量的优点，比如气隙磁通。同时电机磁通的饱和程度与气隙磁通一致，故基于气隙磁通的控制方式更适合于处理饱和效应。 定子磁场定向的矢量控制方案，在一般的调速范围内可利用定子方程作磁通观测器，非常易于实现，且不包括对温度变化敏感的转子参数，可达到相当好的静态性能，同时控制结构也相对简单，然而在低速时，由定子电阻压降占端电压的大部分，致使反电动势测量误差较大，导致定子磁通观测不准，影响系统性能，定子磁场定向的矢量控制系统适用于大范围弱磁运行的情况。 转子磁场定向的缺点是磁链闭环系统中转子磁通的检测精度受转子时间常数的影响较大，降低了系统性能，但是它达到了完全的解耦控制，无需增加解耦器，并且不存在静态稳定性限制的条件，控制方式简单，具有较好的动态性能和控制精度，应用最为广泛。 交流电动机变频调速控制方法性能对照表 方法 性能 异步电机恒 压频比控制 异步电机转 差频率控制 异步电机 矢量控制 异步电机直 接转矩控制 永磁同步电 机矢量控制 调速特性 调速范围 10：1 50：1 200：1 100：1 200：1 调速精度 1%~2% 1% 0.01% 2% 0.01% 转速上升时间 响应慢 ≦100ms ≦60ms 快 快 转矩控制 一般 较好 好 好 好 低速运行 一般 较好 好 较好 好 特点 控制简单 调试容易 技术成熟 速度闭环 易受电机 参数变化 影响 转矩响应快 转矩脉动大 响应快 效率高 无刷直流永磁电动机与自控式永磁同步电动机就电动机本体而言，基本上具有一样的结构：三相电枢绕组设置在定子上，永磁体磁极设置在转子上，然而，就其运行原理和控制模式而言是有较大区别的。 无刷直流电动机在一般情况下，电动机的驱动电压是直流矩形波电压，希望转子永磁体磁极能在工作气隙内产生接近矩形波或梯形波的磁场，进而在电枢绕组内感生接近矩形波或梯形波的反电动势；电动机运行是，三相电枢绕组通常是一相一相轮流导通，或者是两相两相轮流导通，在工作气隙内产生“跳跃式”旋转磁场。 8.4.2可控励磁同步电动机按气