永磁同步马达研修资料中.ppt

,控制基板,变频器 系统 功率模块,控制技术,控制装置,软件技术 （程序编制）,功率装置技术,応用技術,模块技术,回路技术,加入软件的MCU,电机技术,応用技術,技术应用,（注）软件（技术利用）电机控制技术（不是MCU软件）,扭矩发生原理 （）弗来明定律 （）转子位置和扭矩的关系 什么是永磁式同步电机? （）构造 （）表面磁铁和埋入磁铁 （）关于电感 （）两种电感 改变电机速度的方法 （）负载的种类 （）重要运动方程式 （）4种控制系 永磁式同步电机的基本特性 （）2种扭矩 （）2种通电方式 120度通电方式 （）6种通电模式 （）重叠期间 （）电压控制方法,180度通电方式 （）通电模式 （）电压控制方法 电机电压模式 （）电压,电流位相关系 （）回转座标系的矢量表现 （）回转座标系模式Image 矢量控制 （）目标 （）一般方法 （）什么最难？ 干涉项 180度通电位置无感应方法 (）利用什么? (）中高速 日立方式 .电机电流检测方法 （）3种方式 （）one shunt电流检测方法,目 录,永磁磁铁同步电机驱动的基础知识,扭矩磁束电流sin(电流与磁束之间的角度） 磁束（电流与磁束之间的直交成分）,图1弗来明左手定律,図磁束与电流之间的关系,磁阻扭矩,扭矩发生原理 （）弗来明定律,永磁式同步电机 发生扭矩,（励磁電流Id）,图2-16 磁阻扭矩与磁铁扭矩,永磁磁束,线圈磁束,扭矩发生原理（）转子位置与扭矩关系,（图2-16的横轴角度方向）,【重点】 合理利用两种扭矩(控制电流位相)，使电流最小。,0度,什么是永磁式同步电机？（）构造,(a)分布卷定子和埋入式非突极转子（铁素体磁铁）,（）集中卷定子和埋入式突极转子 （钕磁铁）,付表 构造分类,图片 马达构造,表2-2 表面磁铁与埋入磁铁的形状比较,什么是永磁式同步电机？（）表面磁铁和埋入磁铁,图2-8 埋入磁铁的各种埋入方式,什么是永磁式同步电机？ ？（）关于电感,什么是电感？,表示磁束容易通过的量,i,磁束,电流 i,什么是3相线圈同步电感？,计算公式如下：,磁气饱和现象：在大电流情况下，L变小。,什么是永磁同步马达（）两种电感,同步电感,电气角度,180,360,Lq,Ld,难控制点：电流不同,L会变化,Id，I,Ld,Lq,参考图 突极性电感的变化例图,(a) 根据位置而变化,(b) 根据电流而变化,S,N,磁束量 多(大),90,S,N,磁束量少(小),【重点】 控制L的同时，也会受到其它控制。 （特是在无位置传感器的情况下）,同步电感,饱和现象,改变电机速度的方法（）负荷的种类,图 种负荷,【重点】 知道了负载特性，才可以进行最好的控制开发。,J：慣性【kg-m2】（一定or可变），：角速度【rad/s】（可检测or不可检测） m：电机扭矩【Nm】（从电流处可以计算） L：负荷扭矩【Nm】,重要的运动方程式,如果想改变和扭矩成比例的电流改变电压,回转数一定马达扭矩和负荷扭矩相等,左边,右边,式（1-1）,式（1-2）,改变电机速度的方法（）重要的运动方程式,图 从电压控制到位置控制系的4种控制形态。,改变电机速度的方法（）4种控制系,高応答用途,无位置检测运转的扭矩特性,有位置检测动转的扭矩,速度一定 根据其负荷，电流位相会发生变化 （其位相根据印加电压而变化）,同直流电机相同特性 负荷增加（减少）速度低（高） 诱起电压下降（增加） 和电源的电压差增加（减少） 扭矩电流增加（减少） 扭矩增加（减少）,图3-2 无位置检测驱动的扭矩特性图,图3-3 有位置检测驱动的扭矩特性图,sin(磁束和电流位相差d）；固定,sin(磁束和电流的位相差d）；变化,永磁同步马达的基本特性（）两种扭矩特性,图3-4 INV和永磁同步电机,图3-5改1 120度通电驱动时的电流波形,图3-8 180度通电正弦波驱动的电流波形,120度通电方式：方形波驱动 简单的方法，Torque Ripple大 180度通电方式：正弦波驱动 最近的动向，效率噪音低减,永磁同步电机的基本特性（2）两种通电方式,诱起电压为台形波状,诱起电压为正弦波状,图3-6改 6种通电Pattern,结合回转位置及变化的诱起电压，诱起电压选择最大相的卷线和最小相的卷线进行通电。,120度通电方式（）6种通电Pattern,图3-改 120度通电Pattern,图2-4 两种通电MODE,120度通电方式（）重叠期间,図3-改 120度通電,【重点】 Torque Ripple 1Cylce发生6次 还流电流如果chopper off，Ripple会增大 最适当的转流位相：重叠期间位相线间电压0位相,图3-9 度通电等价回路,直流电源和电机卷线间有两个开关,直流电压可变；控制 任何一个开关chopper动作 ；控制, 120度通电方式（）电压控制法,180度通电方式（）通电Pattern,参考图 例如任意位置的通电pattern,结合回转位置、变化诱起电压（锁交磁束进行90度），同位相（非突 极机）的正弦波电流流出。,参考图 诱起电压和电机电流的关系（非突极机的情况下）,决定电机电流的波形、大小、位相的3要素。【电压的3要素】 波形：Pulse Width Modulation 正弦波。 大小：调整H（=正弦波波高值三角波波高值） 位相：调整（例如向量控制）,图3-10 PWM信号的基本作成方法（相变调）,图3-11 和基本波电压比率,180度通电方式（）电压控制法 ,【重点】 电机电流为正弦波 电机诱起电压为正弦波INV输出电压为正弦波,図3-12 hip形状线间变调信号波,图3-13 2相线间变调信号波,180度通电方式（）电压控制法 ,(3/2),191V,図,3,-,1,1,図,3,-,12,13,非同步,Carrier频率,16kHz,Carrier频率一定。,信号波和carrier,频率的关系,同步,pulse数,21,15,9,高速用途。周波数比例関係,図,3,-,10,图3-18 电机等价回路（非突极机）,図3-19 瞬时电压，电流波形,图3-20 瞬时波形的向量表现,轴的电压位相角度： 轴的电流位相角度：,相卷线轴的d轴角度：d 相卷线轴的电压位相角度：v,电机电压模式 （）电压电流位相关系 （）回转座标系的向量表现,电机电压模式（）回转座标系模式,回转系（直流量）,电机印加电压 电机电流 诱起电压（回转中交流） 电阻电压下降 电感电压下降,固定座标系的实际世界,永磁磁束,回转座标系,回转系（直流量）,电机印加电压 电机电流 诱起电压 电阻电压下降 电感电压下降,线圈锁交,电机印加电压 电机电流 永磁磁束 电阻电压下降 电感电压下降,全部为线圈锁交,固定系（回转中的交流量）,固定系（交流量）,定义 单独控制磁束和电流。 ：电机扭矩磁束扭矩电流sin(磁束和电流的位相差) 目的可以处理和扭矩成比例的电流量，实现线形控制。 调整电流位相，可以容易实现扭矩/电流比的最大控制。 方法电机电流、永磁扭矩的扭矩电流Iq成分（和磁束度的位相差）及改变磁束大小的 励磁電流Id成分（同磁束同位相）分离开进行处理。,【历史】 过去：可变速电机（卷线界磁的）直流电机 界磁卷线和电机子卷线 有2种。 独立控制扭矩中发生的磁束和电流。 诱导电机：简单构造、低惯性 但是，电机电流励磁电流和扭矩电流的混合电流 不能够单独进行控制。 向量控制（Id0） 永磁同步电机：利用永磁磁束+卷线磁束的两个磁束（Id0）,励磁电流Id是依磁束（诱起电压）为基准，调整电流位相。,向量控制 （）目标, AC伺服等的高应答 需要快速采样处理,参考図 全部向量控制构成例,向量控制（）一般方法,向量控制（）难点是什么？ 干涉项,【重点】 高速运转时 Vd Iq 变化 Vq Id 变化 电机模导入控制 （但参数会有误差）,【在模拟控制或高速采样控制的时候】 控制侧：为了使Id一定，要调整Vd 电机侧：由于Vd变化，Iq也会变化 控制侧:由于Iq已变化，需要调整Vq 电机侧：由于Vq变化，Id也会变化,（课题） 在低速采样时会怎样？,() 180度位置无传感：位置变化利用什么？,() 180度位置无传感器：利用突极性的位置推定,同步电感,电气角度,180,360,Lq,Ld,问题点:通过电流，突极化（Lq/Ld）变化,180度通电位置无传感器法 (）利用什么？,Id，I,Ld,Lq,图3-29 实际回转位置和假设回转位置,【特征】 电机内部的磁极轴(d-q轴)和控制轴(dc-qc轴)的误差角是通过电压指令、电流、电机系数得来的。 调整频率使其达到和 （PLL手法）,() 180度位置无感应器：位置推定法的考虑方法（日立方式）,180度通电位置无感应法 (）中高速 日立方式,Vdc - rIdc + 1LqIqc,tan-1,Vqc - rIqc - 1LqIdc,中高速 扩大诱起电压方式,原理：突极磁束含在永磁磁束中， (扩大)计算诱起电压，作为非突极型来。,计算式,VDC,PM,Sup,Sun,Svp,Svn,Swp,Swn,电源,INV主回路,Iw,Iu,IDC,PM,Sup,Sun,Svp,Svn,Swp,Swn,Iw,Iv,Iu,(b) 三分流方式,电源,RDC,PM,Sup,Sun,Svp,Svn,Swp,Swn,IDC,(c) 单分流方式,