运动控制系统同步电动机变压变频调速系统

1、会计学1运动控制系统同步电动机变压变频调速运动控制系统同步电动机变压变频调速系统系统ppnnfn26060111（6-1） 同步电动机的稳态转速等于同步转速同步电动机的稳态转速等于同步转速 。图6-1 凸极同步电动机稳定运行相量图（功率因数超前）cos31ssMIUPP（6-2） 代入代入 sinsin3coscos3)cos(3cos31UIUIUIUIPPMsincoscossinssqqsssddssqssdUIxUEIxIIII2sin2)(3sin3sincos) 11(3sin3sin)cos(3cossin3sin3cos3sinsin3coscos322qdqdsdssdqsd

2、ssdsssqssdssqssssssMxxxxUxEUxxUxEUxUEUxUUIUIUIUIUP2sin2)(3sin32qdmqdsdmssexxxxUxEUT（6-5） 电磁转矩由两部分组成，第电磁转矩由两部分组成，第1部分由转子部分由转子磁势产生的，第磁势产生的，第2部分是由于磁路不对称部分是由于磁路不对称产生的。产生的。sUsEcqdxxx故隐极同步电动机电磁功率故隐极同步电动机电磁功率 sin30dsMxEUP（6-6） 电磁转矩电磁转矩sin30dmsexEUT （6-7） 图图6-2 隐极同步电动机的矩角特性隐极同步电动机的矩角特性2dmsexEUT0max3（6-8） 20

3、12011eT1LT111sin3dmssLexEUTT202LT222eT2LT同步电动机仍以同步转速稳定运行。同步电动机仍以同步转速稳定运行。222sin3dmssLexEUTT2012011eT1LT图图6-3 在在20隐极同步电动机的矩角特性隐极同步电动机的矩角特性的范围内，的范围内，23323eT3LT333sin3dmssLexEUTT24LT4eT222图图6-4 在在隐极同步电动机的矩角特性隐极同步电动机的矩角特性的范围内，的范围内，sFpnn50601旋转，当旋转，当 时，电磁转矩时，电磁转矩 ，使电动，使电动机加速，由于机械惯性的作用，电动机转机加速，由于机械惯性的作用，电

4、动机转速具有较大的滞后，不能快速跟上同步转速具有较大的滞后，不能快速跟上同步转速。速。 00eT20eT图6-5 同步电动机在工频电源下起动转矩0eavT故同步电动机不能正常起动。在工频电源下故同步电动机不能正常起动。在工频电源下起动时，先用转子中的起动绕组按异步起起动时，先用转子中的起动绕组按异步起动，接近同步转速时再通入励磁电流牵入动，接近同步转速时再通入励磁电流牵入同步同步 。而同步电动机的转子据有固定的极对数，所而同步电动机的转子据有固定的极对数，所以同步电动机的调速只能是改变电源频率以同步电动机的调速只能是改变电源频率的变频调速。的变频调速。 pnfnn1160（6-9） 同步电动机

5、变频调速的电压频率特性与异步同步电动机变频调速的电压频率特性与异步电动机变频调速相同，基频以下采用带定电动机变频调速相同，基频以下采用带定子压降补偿的恒压频比控制方式，基频以子压降补偿的恒压频比控制方式，基频以上采用电压恒定的控制方式。上采用电压恒定的控制方式。 （6-10） mNssSkNfU44. 41图图6-6 多台同步电动机的多台同步电动机的恒压频比控制调速系统恒压频比控制调速系统图图6-7 变压变频器供电的变压变频器供电的同步电动机调速系统同步电动机调速系统20图图6-10 梯形波永磁同步电动机梯形波永磁同步电动机的电动势与电流波形图的电动势与电流波形图图图6-12 PWM逆变器逆变

6、器A相输出电压相输出电压图图6-12 PWM逆变器逆变器A相输出电压相输出电压图图6-13 梯形波永磁同步电梯形波永磁同步电动机的转矩脉动动机的转矩脉动CBACBAsmmmsmmmsCBAsssCBAeeeiiidtdLLLLLLLLLiiiRRRuuu000000（6-11） （6-12） CBACBAmsmsmsCBAsssCBAeeeiiidtdLLLLLLiiiRRRuuu0000000000000CBAiii则则 pIpEppmIEP2pppppppmmmeInIEnnPPT22/（6-13） ApmspsBAedtdILLIRuu2)(22(6-14) (6-15) dBAUuu则

7、无刷直流电动机的动态电压方程为则无刷直流电动机的动态电压方程为AdpmspseUdtdILLIR2)(22)(2)(1msdmsAplpLLULLeITdtdI(6-16) 其中，其中，smslRLLTeBAkeepepBBAApeIknieienT2)()(LepTTJndtd(6-17) (6-18) (6-19) (6-20) )(2)(122msdmseplpLppepLLULLkITdtdITJnIkJndtd图图6-15 带有阻尼绕组的同步带有阻尼绕组的同步电动机物理模型电动机物理模型dtdiRudtdiRudtdiRuCCsCBBsBAAsAdtdiRdtdiRdtdIRUrqr

8、qrqrdrdrdffff00(6-22) (6-21) sdsqsqssqsqsdsdssddtdiRudtdiRu(6-23) rqrqsqmqrqrdrdfmdsdmdrdrdmdffsdmdfrqmqsqsqsqrdmdfmdsdsdsdiLiLiLILiLiLILiLiLiLiLILiL(6-24) )(sdsqsqsdpeiinTLpsdsqsqsdpLepTJniiJnTTJndtd)()(2(6-26) (6-25) dd)()(sdrqmqsqrdmdpsqsdsqsdpsqfmdpeiiLiiLniiLLniILnT(6-27) rqrdfsqsdrqmqrdmdmdmdf

9、mdmqsqmdmdsdrqrdfsqsdrqrdfmdmdssdmqsqsfsqsdiiIiidtdLLLLLLLLLLLLLiiIiiRRRLLRLLLRUuu00000000000000000000000000000(6-28) LpsdrqmqsqrdmdsqsdsqsdsqfmdpLepTJniiLiiLiiLLiILJnTTJndtd)()()(2(6-29) ssqsdLLLmmqmdLLLfsqsdfmsmsfsqsdfmssssfsqsdIiidtdLLLLLIiiRLRLoLRUuu000000LpsqfmpLepTJniILJnTTJndtd2)(6-30) (6-31)

10、 fmfsssdmfsmfmfsfssqmfsmfsdmfssmfsqsfsmsqsssdsqfmfsmsdmfsffmfsfmsqmfssfsdmfssfsdLpsqfmpLepULLLLuLLLLILLLRLiLLLLLiLLLRLdtdIuLILLiLRidtdiULLLLuLLLLILLLRLiLLLLLiLLLRLdtdiTJniILJnTTJndtd222222222221)(6-32) smistifmifIsiftisqsdstsmiiiicossinsincos0cossinsincosfftfmIii(6-37) (6-36) 0cossinsincosgmftmstmfm

11、msmmgqgdgtgmiLiLiLiLiL由此导出由此导出ftstfmsmgiiiii(6-38) (6-39) stsmsqsdiiiicossinsincosgtgmgqgdcossinsincos(6-41) (6-40) ftgmpstgmpeininT(6-42) gmfmsmgiii恒定即可，定子电流的励磁分量恒定即可，定子电流的励磁分量 可以可以从同步电动机期望的功率因数值求出。从同步电动机期望的功率因数值求出。n一般说来，希望功率因数一般说来，希望功率因数 ，即，即 ，也就是说，希望，也就是说，希望 。n因此，由期望功率因数确定的因此，由期望功率因数确定的 可作可作为矢量控制

12、系统的一个给定值。为矢量控制系统的一个给定值。smi1cos 90s0smismi22stsmsiiismstsiitg122ftfmfiiIfmstfmftiitgiitg11(6-45) (6-44) (6-46) (6-43) n考虑到考虑到逆逆时钟为正，时钟为正，故在式（故在式（6-46）中）中 前前取负号。取负号。ftidtr可以通过电机轴上的位置传感器可以通过电机轴上的位置传感器BQ测得或测得或通过积分得到。于是，定子电流空间矢量通过积分得到。于是，定子电流空间矢量与与A轴的夹角为轴的夹角为sr(6-47) *1*1*smstfmstrsriitgiitg(6-48) 若使功率因数

13、若使功率因数 1cos90s则则 90*1*fmstrsriitg(6-49) )120cos()120cos(cos*sCsBsAiiiiii(6-50) 图图6-19 永磁同步电动机物理模型永磁同步电动机物理模型fIsqsqfsqmdsqsqssdsqsdsqsdsdsqsdsqsdsdssdLpsqsdsqsdsqfmdpLepuLILLiLRiLLdtdiuLiLLiLRdtdiTJniiLLiILJnTTJndtd11)()(2(6-56) )(2sqsdsqsdsqsdfmdsqffmdpeiiLLiiLLiLLnT(6-58) 0sdin永磁同步电动机按转子磁链定向时，磁链方程ssqiifffssqsqfmdsdILiLIL(6-59) )120sin()12090cos()120sin()12090cos(s