同步电动机变压变频调速系统研讨.ppt

按气隙磁链定向 定子电流空间矢量与A轴夹角的期望值 (6-48) 若使功率因数 则 (6-49) 三相定子电流给定值 由定子电流空间矢量的期望值和相位角的期望值可以求出三相定子电流给定值 (6-50) 同步电动机矢量运算器 图6-17 同步电动机矢量运算器 可控励磁同步电动机矢量控制系统 图6-18 可控励磁同步电动机基于电流模型的矢量控制系统 6.4.3正弦波永磁同步电动机矢量控制系统 正弦波永磁同步电动机具有定子三相分布绕组，在磁路结构和绕组分布上保证定子绕组中的感应电动势具有正弦波形，外施的定子电压和电流也应为正弦波，一般靠交流PWM变压变频器提供。 永磁同步电动机物理模型 永磁同步电动机一般没有阻尼绕组，转子由永磁体材料构成，无励磁绕组。永磁同步电动机具有幅值恒定、方向随转子位置变化（位于d轴）的转子磁动势。 图6-19 永磁同步电动机物理模型 虚拟励磁电流 假想永磁同步电动机的转子由一般导磁材料构成，转子带有一个虚拟的励磁绕组，该绕组通以虚拟的励磁电流，产生的转子磁动势与永磁同步电动机的转子磁动势相等。 虚拟励磁电流 恒定，相当于虚拟励磁绕组由恒定的电流源供电。 永磁同步电动机的状态方程 永磁同步电动机的状态方程为 (6-56) 转矩方程式 永磁同步电动机常采用按转子磁链定向控制，转矩方程式 (6-58) 按转子磁链定向 在基频以下的恒转矩工作区中，控制定子电流矢量使之落在q轴上， 永磁同步电动机按转子磁链定向时，磁链方程 (6-59) 转子磁链定向空间矢量图 图6-20 永磁同步电动机转子磁链定向空间矢量图 a）恒转矩调速 b）弱磁恒功率调速 三相电流给定值 由图6-20a的空间矢量图可知，三相电流给定值为 (6-61) 永磁同步电动机矢量运算器 图6-21 按转子磁链定向的永磁同步电动机矢量运算器 永磁同步电动机矢量控制系统 图6-22 按转子磁链定向永磁同步电动机矢量控制系统 状态方程 状态方程 (6-16) 其中， 状态方程 根据电机和电力拖动系统基本理论，可知 (6-17) (6-18) (6-19) 状态方程 无刷直流电动机的状态方程 (6-20) 动态结构图 图6-14 无刷直流电动机的动态结构图 6.4 同步电动机矢量控制系统 为了获得高动态性能，应当从同步电动机的动态模型出发，研究同步电动机的调速系统。 同步电动机的定子绕组与异步电动机相同，主要差异在转子部分，同步电动机转子为直流励磁或永磁体，为了解决起动问题和抑制失步现象，有些同步电动机在转子侧带有阻尼绕组。 6.4.1可控励磁同步电动机动态数学模型 作如下假定： ①忽略空间谐波，设定子三相绕组对称，在空间中互差120°电角度，所产生的磁动势沿气隙按正弦规律分布； ②忽略磁路饱和，各绕组的自感和互感都是恒定的； ③忽略铁心损耗； ④不考虑频率变化和温度变化对绕组电阻的影响。 带有阻尼绕组的同步电动机物理模型 定子三相绕组轴线A、B、C是静止的，转子以角速度旋转，转子励磁绕组流过励磁电流。沿励磁磁极的轴线为d轴，与d轴正交的是q轴，dq坐标系固定在转子上，与转子同步旋转，d轴与A轴之间的夹角为变量。阻尼绕组是多导条类似笼型的绕组，把它等效成在d轴和q轴各自短路的两个独立的绕组。 带有阻尼绕组的同步电动机物理模型 图6-15 带有阻尼绕组的同步电动机物理模型 电压方程 考虑同步电动机的凸极效应和阻尼绕组，同步电动机的定、转子电压方程 (6-22) (6-21) 定子电压方程 按照坐标变换原理，将定子电压方程从ABC三相坐标系变换到dq二相旋转坐标系 (6-23) 磁链方程 在dq两相旋转坐标系上的磁链方程 (6-24) 转矩和运动方程 同步电动机在dq轴上的转矩和运动方程分别为 (6-26) (6-25) 转矩方程 把式（6-24）中的 和 代入式（6-25）的转矩方程，并整理后得 (6-27) 转矩分析 第一项是转子励磁磁动势和定子电枢反应磁动势转矩分量相互作用所产生的转矩，是同步电动机主要的电磁转矩。 第二项是由凸极效应造成的磁阻变化在电枢反应磁动势作用下产生的转矩，称作反应转矩或磁阻转矩，这是凸极电机特有的转矩，在隐极电机中，该项为零。 转矩分析 第三项是电枢反应磁动势与阻尼绕组磁动势相互作用的转矩，如果没有阻尼绕组，或者在稳态运行时阻尼绕组中没有感应电流，该项都是零。只有在动态过程中，产生阻尼电流，才有阻尼转矩，帮助同步电动机尽快达到新的稳态。 同步电动机的电压矩阵方程式 (6-28) 运动方程 (6-29) 凸极同步电动机动态数学模型 与笼型异步电动机相比较，励磁绕组的存在，增加了状态变量的维数，提高了微分方程的阶次，而