现代交流伺服系统 课件 第7章 永磁同步电动机伺服系统的特殊问题

第7章永磁同步电动机伺服系统的特殊问题

内容提要7.1

PMSM的d-q轴基本数学模型7.2磁阻转矩的利用7.3永磁伺服电动机的弱磁调速控制问题7.4交流永磁伺服电动机初始定向问题的讨论永磁同步电动机伺服系统的特殊问题1

为了分析与控制简单起见，采用了不计铁损、涡流损失的d、q轴基本数学模型。主要出于对电流控制方法的考虑，而不计运动方程与负载特性的研究。

各状态变量之间的关系的矢量图如图7-1

所示。7.1PMSM的d-q轴基本数学模型图7-1

PMSM基本矢量图2

7.1PMSM的d-q轴基本数学模型3

7.1PMSM的d-q轴基本数学模型4

7.1PMSM的d-q轴基本数学模型5

7.2磁阻转矩的利用6

7.2磁阻转矩的利用7

7.2磁阻转矩的利用

87.3永磁伺服电动机的弱磁调速控制问题

图7-2

圆筒形外装转子结构示意图97.3永磁伺服电动机的弱磁调速控制问题

107.3永磁伺服电动机的弱磁调速控制问题

117.3永磁伺服电动机的弱磁调速控制问题

图7-3

稳态时的电压矢量图127.3永磁伺服电动机的弱磁调速控制问题图7-4

输出最大转矩时的电动机定子电流矢量轨迹图7-5

交流永磁同步电动机的弱磁控制特性137.3永磁伺服电动机的弱磁调速控制问题

147.3永磁伺服电动机的弱磁调速控制问题

157.3永磁伺服电动机的弱磁调速控制问题

167.3永磁伺服电动机的弱磁调速控制问题

177.3永磁伺服电动机的弱磁调速控制问题

187.3永磁伺服电动机的弱磁调速控制问题

由上述电压限制方程得出，电动机的端电压被限制在椭圆的内侧，并且这个椭圆随着电动机速度上升移向内侧，这就使得同时满足电流限制和电压限制的范围越来越窄，如图7-6所示。图7-6

在电压电流受限情况下的电流矢量197.4交流永磁伺服电动机初始定向问题的讨论

初始定向：对于PMSM、BDCM而言，在初始启动时就希望以额定电流的合成磁场实现对永磁体磁场正交的矢量控制，以完成启动过程的一种定位方法。如能正确初始定向，PMSM、BDCM系统将会得到安全、快速起动并进入平稳运行状态。 初始定位的方法有多种，各有特点和应用场合，下面讨论其中的几种。

(1)采用绝对式光电编码器

(2)采用混合式光电编码器 (3)永磁场与电枢反应合成磁场正交207.4交流永磁伺服电动机初始定向问题的讨论(1)采用绝对式光电编码器图7-7

绝对式光电编码器构造a)码盘构造b)编码器结构示意1-缝隙2-固定缝隙板3-旋转圆盘217.4交流永磁伺服电动机初始定向问题的讨论(1)采用绝对式光电编码器

在旋转码盘上制成8-12个码道，图7-7a)中仅用4个码道的情况来说明其原理；编码器整体结构示意如同图7-7b）所示。

绝对式光电编码器的特点是：输出的二进制数与轴角位置具有一一对应的关系；在需要更多码道时，虽然提高了位置的分辨率，但增加制造的复杂性，需要更多的光电元件。若用计算机采样处理位置时，由于延迟时间的存在，限制了在高速控制的工作需要。假若实现位置信号的并行处理，虽然可以提高传输工作速度，但引线增多，给使用造成不便。而且编码器的造价较高，因此在一般工业上采用较少。227.4交流永磁伺服电动机初始定向问题的讨论

图7-8a)

交流伺服电动机光电编码器的组成237.4交流永磁伺服电动机初始定向问题的讨论(2)采用混合式光电编码器(以二极电机为例)

混合式光电编码器的的输出信号波形如图7-8b)所示。

这种混合式光电编码器常用在方波型交流永磁电机中，也称为BDCM，这种结构把旋转电机气隙中的空间位置转换成输出电信号的时间相位，通过处理输出信号就可以取得定转子磁场间相应的位置范围。图7-8b)

交流伺服电动机用光电编码器的输出信号波形247.4交流永磁伺服电动机初始定向问题的讨论

257.4交流永磁伺服电动机初始定向问题的讨论

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