第10章 三相永磁同步电动机.ppt

定子三相绕组由电子式逆变器供电，供电频率和换流时刻取决于转子位置传感器——同步的需要； 定子电枢绕组磁势与转子永磁体产生的磁势均以同步速旋转，两者保持相对静止且空间相互垂直—— 最大转矩的需要； 电机本体为交流永磁同步电动机； 无刷直流电动机的特点总结： 2. 永磁无刷直流电动机的基本运行原理 下面借助于图10.15说明永磁无刷直流电动机的定子电枢磁势与转子永磁磁势相对静止且空间相互垂直的具体实现。 图10.15中,电力电子变流器的开关规律(又称为 导通型): 每隔换流一次; 任何瞬时有两只开关器件同时导通； 每个开关器件导通 即: 由此绘出一个周期内定子三相绕组在不同时刻三相电流所产生的定子合成磁势与转子永磁磁势之间的关系如图10.8所示。 图10.18 定子绕组的合成磁势与转子磁势之间的空间相位关系 在一个周期内三相定子绕组在空间共产生六个定子合成磁势； 转子每转过 电角度，定子绕组则换流一次，相应的定子合成磁势就跳变一次。每个定子合成磁势在时间上持续1/6周期（ 电角度）； 在这六个连续跳变的定子合成磁势作用下，转子永磁磁势随转子旋转； 尽管定子合成磁势是跳变的，但其平均转速却与转子转速保持同步，亦即在平均意义上 与 相对静止。从而保证了有效电磁转矩的产生，而且转子转速为同步速。 电枢磁势在与转子磁极轴线垂直的 电角度范围内变化，亦即使两者之间的夹角在 ~ 范围内变化。 这样，无论是在开关器件导通过程中还是在换流瞬间， 与 之间的夹角在平均意义上接近 ，亦即在平均意义上互相垂直。 结论： 无论在开关器件导通过程中还是在换流瞬间，定子合成磁势转子磁磁势之间的夹角在平均意义上接近 ，亦即在平均意义上互相垂直。 上述结论的说明：(以T6、T1向T1、T2换流为例说明） (a) T6、T1导通时 图10.18 (T6、T1 )导通时定子合成磁势 与转子永磁磁势之间的空间相位关系 图10.19 ( ) 向( )换流前定子合成磁势 与转子永磁磁势之间的空间相位关系 由上述两图可见: (a) T1、T2导通时 永磁无刷直流电动机具有和直流电动机完全相同的功能和电磁关系，从而决定了其机械特性和调速性能与直流电动机的相似性。 结论： 永磁无刷直流电动机的不足之处： 定子（或电枢）仅有三相绕组，相当于具有三个电枢绕组和三个换向片的直流电动机，因而存在转矩脉动问题。 10.2.2 永磁无刷直流电动机逆变器的各种控 制方式 “ 导通型”（两两导通控制方式）； “ 导通型”（三三导通控制方式）； “ 导通型”（两三轮流导通控制方式）； PWM电压和电流控制方式 1、三三导通控制方式(又称 为导通型) 开关规律： 。 每隔 换流一次； 任何瞬时有三只开关器件同时导通； 每个开关器件导通 。 即： 相应的定子合成磁势的空间矢量为： 图10.20 无刷直流电动机的定子合成磁势( 导通型) 2、三三导通控制方式(又称 为导通型) 每隔 换流一次； 任何瞬时有三只开关器件同时导通，然后变为两只开关器件同时导通，再变回三只开关器件同时导通，……； 每个开关器件导通。 开关规律： 即： 相应的定子合成磁势的空间矢量为： 图10.21 无刷直流电动机的定子合成磁势( 导通型) 3、 PWM电压和电流控制方式 改变逆变器直流侧的输入电压实现调压,并利用来自位置传感器的转子信息控制逆变器的频率，调节转子转速； 保持逆变器直流侧输入电压不变，利用来自转子位置传感器的转子信息和PWM斩波控制同时调节逆变器的频率和电压，调节转子转速。 以 导通型为例加以说明: 永磁无刷直流电动机的调速方案: 反馈控制：上、下桥臂的主开关器件同时斩波调整电机端的输出电压； 续流控制：仅上桥臂（或下桥臂）的主开关器件斩波调整电机端的输出电压； PWM斩波控制方案： PWM斩波控制的用途： 永磁无刷直流电动机的起动； 永磁无刷直流电动机的调速。 10.2.3 永磁无刷直流电动机的稳态模型与机械特性 以 导通型为例加以说明: 忽略各种损耗，则有： （10-16） 即： （10-17） 又： （10-18） 参考图10.15,由KVL得: （10-19） 将式（10-18）代入（10-17）得： （10-20） 将式（10-20）代入（10-19）得： （10-21） 于是得机械特性为: （10-22） 若采用PWM