第8章+同步电动机变压变频调速系统(《电力拖动自动控制系统（第4版）》阮毅、陈伯时).ppt

8.4.1可控励磁同步电动机动态数学模型 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。 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。 8.4.1可控励磁同步电动机动态数学模型 同步电动机的电压矩阵方程式 8.4.1可控励磁同步电动机动态数学模型 运动方程 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，而凸极效应使得d轴和q轴参数不等，增加了数学模型的复杂性。 8.4.1可控励磁同步电动机动态数学模型 隐极式同步电动机的dq轴对称 忽略阻尼绕组的作用，则动态数学模型为 8.4.1可控励磁同步电动机动态数学模型 隐极式同步电动机的状态方程 漏磁系数 8.4.1可控励磁同步电动机动态数学模型 图8-19 隐极式同步电动机动态结构图 8.4.1可控励磁同步电动机动态数学模型 同步电动机也是个非线性、强耦合的多变量系统，若考虑阻尼绕组的作用和凸极效应时，动态模型更为复杂，与异步电动机相比，其非线性、强耦合的程度有过之而无不及。 为了达到良好的控制效果，往往采用电流闭环控制的方式，实现对象的近似解耦。 8.4.2可控励磁同步电动机按气隙磁链定向矢量控制系统 保持同步电动机的气隙磁链恒定，采用按气隙磁链定向。 忽略阻尼绕组的作用，在可控励磁同步电动机中，除转子直流励磁外，定子磁动势还产生电枢反应，直流励磁与电枢反应合成起来产生气隙磁链。 8.4.2可控励磁同步电动机按气隙磁链定向矢量控制系统 同步电动机气隙磁链是指与定子和转子交链的主磁链，沿dq轴分解得在dq坐标系的表达式 气隙磁链矢量可以用其幅值和角度来表示 8.4.2可控励磁同步电动机按气隙磁链定向矢量控制系统 定子磁链 电磁转矩 8.4.2可控励磁同步电动机按气隙磁链定向矢量控制系统 定义mt坐标系，使m轴与气隙合成磁链矢量重合，t轴与m轴正交。 将定子三相电流合成矢量和励磁电流矢量沿m、t轴分解为励磁分量和转矩分量， 8.4.2可控励磁同步电动机按气隙磁链定向矢量控制系统 图8-20 可控励磁同步电动机空间矢量图 8.4.2可控励磁同步电动机按气隙磁链定向矢量控制系统 励磁分量和转矩分量与在dq坐标系中相应分量的关系 8.4.2可控励磁同步电动机按气隙磁链定向矢量控制系统 按气隙磁链定向 由此导出 8.4.2可控励磁同步电动机按气隙磁链定向矢量控制系统 同步电动机的电磁转矩 按气隙磁链定向后，同步电动机的转矩公式与直流电动机转矩表达式相同。 8.4.2可控励磁同步电动机按气隙磁链定向矢量控制系统 只要保证气隙磁链恒定，控制定子电流的转矩分量就可以方便灵活地控制同步电动机的电磁转矩。 当定子电压与电流都为三相对称正弦时，电压相量与电流相量的相位差等于合成矢量的夹角，可得可控励磁同步电动机空间矢量和时间相量图。 8.4.2可控励磁同步电动机按气隙磁链定向矢量控制系统 图8-21 可控励磁同步电动机空间矢量图和时间相量 8.4.2可控励磁同步电动机按气隙磁链定向矢量控制系统 要保证气隙磁链恒定，只要使 恒定即可。 定子电流的励磁分量可以从同步电动机期望的功率因数值求出。一般说来，希望功率因数 8.4.2可控励磁同步电动机按气隙磁链定向矢量控制系统 按气隙磁链定向 8.4.2可控励磁同步电动机按气隙磁链定向矢量控制系统 以A轴为参考坐标轴，则d轴的位置角为 可以通过电机轴上的位置传感器BQ测得或通过转速积分得到。 定子电流空间矢量与A轴的夹角 8.4.2可控励磁同步电动机按气隙磁链定向矢量控制系统 定子电流空间矢量与A轴夹角的期望值 若使功率因数等于1 8.3.1自控变频同步电动机 图8-9 自控变频同步电动机调速原理图 UI——逆变器 BQ——转子位置检测器 需要两套可控功率单元，系统结构复杂。 8.3.1自控变频同步电动机 在基频以下调速时，需要电压频率协调控制。 需要一套直流调压装置，为逆变器提供可调的直流电源。 调速时改变直流电压，转速将随之变化，逆变器的输出频率自动跟踪转速。 在表面上只控制了电压，实际上也自动地控制了频率，这就是自控变频同步电动机变压变频调速。 8.3.1自控变频同步电动机 采用PWM逆变器，既完成变频，又实现调压。 可控整流器就可以用不可控整流器，或直接由直流母线供电，系统结构简单，只需一套可控功率单元。 8.3.1自控变频同步电动机 图8-10 PWM控制的自控变频同步电动机及调速原理图 8.3.1自控变频同步电动机 从电动机本身看，自控变频同步电动机是一台同步电动机，可以是永磁式的，容量