第10章_三相永磁同步电动机.ppt

第10章 三相永磁同步电动机的建模与分析 内容简介： 涉及下列两类永磁同步电动机基本运行原理、电磁过程、数学模型及运行特性 正弦波永磁同步电动机 梯形波永磁同步电动机（永磁无刷直流电动机） 分类： 表面永磁同步电动机 内置式永磁同步电动机 10.1 正弦波永磁同步电动机 图10.1 正弦波永磁同步电动机的基本组成框图 10.1.1 正弦波PMSM的基本运行原理 定子三相绕组采用正弦绕组; 由三相逆变器提供定子绕组的三相对称电流产生旋转磁场,拖动永磁转子同步旋转; 定子绕组的通电频率以及由此产生的旋转磁场转速取决于转子的实际位置和转速; 转子的实际位置和转速由光电式编码器或旋转变压器获得; 10.1.2 正弦波PMSM的结构特点与矩角特性 表面永磁同步电动机 内置式永磁同步电动机 A、表面永磁同步电动机的特点： 永磁体粘接到转子铁心表面，转子转速低； 有效气隙较大，则同步电抗小，电枢反应小； 气隙均匀，呈现隐极式同步电机的特点，即： 。 C、矩角特性： 2. 正弦波内置永磁PMSM 2. 正弦波内置永磁PMSM 永磁体被牢牢地镶嵌在转子铁心内部，适用于高速运行场合 ； 有效气隙较小，d 轴和q 轴的同步电抗均较大，电枢反应磁势较大，从而存在相当大的弱磁空间； 直轴的有效气隙比交轴的大（一般直轴的有效气隙是交轴的几倍），因此，直轴同步电抗小于交轴同步电抗，即： 或 。 10.1.3 正弦波PMSM的起动 异步起动转矩 单轴转矩 发电制动转矩 (由转子永磁体与其在定子绕组中的感应电流相互作用产生) 10.1.4 正弦波PMSM的控制 1、正弦波表面永磁同步电动机 2、正弦波内置永磁PMSM 的控制方案； 最大 的控制方案 ； 弱磁控制方案； 10.2 无刷永磁直流电动机建模与分析 高性能伺服系统，如数控机床、机器人、载人飞船等； 家用电器，如高档洗衣机、变频空调、电动自行车等 定子绕组采用整距、集中绕组； 永磁体粘接至转子表面，呈隐极式结构； 10.2.1 永磁无刷直流电动机的基本运行原理 电刷与机械式换向器的真正作用； 定子侧直流电枢磁势 和转子侧电枢反应磁势 之间的相互关系； 直流电动机内部电磁过程的特点总结： 定子侧为静止的主极励磁磁势； 转子侧由外部电刷的直流电源供电，内部绕组电流以及感应的电势为交流。由换向器和电刷完成上述逆变过程的转换； 电刷是电枢电流的分界线，其位置决定了转子电枢电流的换流时刻。因此，电刷与换向片配合起到了检测转子位置的作用； 尽管转子在不停的旋转，但由于电刷相对主极静止不动，因此，电枢磁势与主极磁势相对静止； 电枢磁势与主极磁势空间互相垂直，确保了直流电动机可以产生最大的电磁转矩； 通过电力电子式逆变器完成直流到交流的转换； 通过转子位置传感器检测转子位置，完成换向片与电刷的作用，以决定换流时刻； 考虑到实现的方便性，定、转子位置颠倒，组成反装式直流电动机。 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； 2. 永磁无刷直流电动机的基本运行原理 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。 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。 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 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