華中科技永磁同步電機(jī)ppt課件

1、華中科技大學(xué)華中科技大學(xué)同步電機(jī)與異步電機(jī)的根本區(qū)別是旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子通入直流電流勵磁SNneaebecIftEemacos)120cos(tEemb)120cos(tEemcf260pnf aFpfn6011nn (同步電機(jī))一、概述 同步電機(jī)一般采用旋轉(zhuǎn)磁極式結(jié)構(gòu)，根據(jù)磁極形狀可分為隱極和凸極兩種型式。 凸極同步電機(jī)氣隙不均勻，適合于中速或低速旋轉(zhuǎn)場合 隱極同步電機(jī)在不考慮齒槽效應(yīng)時，氣隙均勻，適合于 高速旋轉(zhuǎn)二、基本結(jié)構(gòu)形式三、氣隙磁場的主要系數(shù)磁通波形系數(shù)IfFf基波)(1nFfE0（ ） 60pnf 三相對稱電流 iabc(f)旋轉(zhuǎn)磁勢基波(電樞磁勢)aF大小pKIFNNa135. 1轉(zhuǎn)速

2、npfn601方向與轉(zhuǎn)子同向fFaF與電樞反應(yīng)：電樞電流產(chǎn)生的磁動勢對勵磁磁場的影響電樞反應(yīng)：電樞電流產(chǎn)生的磁動勢對勵磁磁場的影響四、電樞反應(yīng)和電樞反應(yīng)電抗1. 定義定義2. 電樞反應(yīng)的性質(zhì)電樞反應(yīng)的性質(zhì) 當(dāng)取任一相繞組軸線作為時間參考軸，設(shè)三相對稱負(fù)載時，相電流I滯后于E0 相角 。若在t0時，轉(zhuǎn)子勵磁磁動勢正向軸線d軸超前參考相軸線90o電角度），則各時空矢量如圖所示。 根據(jù)交流電機(jī)繞組理論磁動勢原理，電樞三相電流產(chǎn)生的合成旋轉(zhuǎn)磁動勢基波矢量 與 重合。aFaFaFf1FI(1)=0o時(負(fù)載為純阻性) Fa=Faq,與Ff1正交，為交磁性質(zhì)I(2)=90o時(負(fù)載為純感性) Fa=Fad

3、,與Ff1反向，為去磁性質(zhì)II(3) 0 90o時(負(fù)載為感性) FaFad，與Ff1反向，去磁性質(zhì)Faq，與Ff1正交，交磁性質(zhì)IadIa qI(4) 90o 0o時(負(fù)載為容性) FaFad，與Ff1同向，助磁性質(zhì)Faq，與Ff1正交，交磁性質(zhì)a qIadII(1) 隱極同步電機(jī)3. 分析方法分析方法aaaaFBE 0011EBFff0EEEa不飽和時，afaFFF1求出BE 氣隙均勻， 處于任意位置上，產(chǎn)生的氣隙磁場Ba大小相同，故可直接由：aFaf1E或求出F再由求得合成氣隙磁動勢，F(xiàn)FF先由勢可以疊加性疊加條件，但是磁動飽和時，磁場不滿足線(2) 凸極同步電機(jī)雙反應(yīng)理論 凸極電機(jī)氣隙

4、不均勻， 處于不同位置，產(chǎn)生的氣隙磁場Ba不同，處于d，q軸上時，分別產(chǎn)生出如圖所示的磁動勢：aF雙反應(yīng)理論：adadadEFaqaqaqEF 當(dāng) 處于任意位置且不計飽和時：aFaIF分解或I 分解dadadadIFE qaqaqaqIFE 氣隙合成磁場：0EEEEaqadB 五、感應(yīng)電勢 1. 導(dǎo)體電動勢 p對極電機(jī)，氣隙磁場空間分布為p個正弦波的磁場稱為基波磁場，基波磁場在繞組中感應(yīng)的電動勢為基波電動勢。為感應(yīng)電動勢頻率為感應(yīng)電動勢頻率111c22. 22ffE601pnf 為基波磁場每極磁通量1 當(dāng)p對極的正弦分布磁場以轉(zhuǎn)速n1切割導(dǎo)體時，在導(dǎo)體中感應(yīng)電動勢為正弦波，其有效值為2. 線圈

5、電動勢與短距系數(shù) 11cc11cc1)(2)2sin()(2yykENyENE)2sin(11yky短距系數(shù) ky11對于整距線圈 ky1=1 3. 線圈組電動勢與分布系數(shù) 分布系數(shù) kq11對于集中繞組 kq1=11111112sin2sinqyyqkqEqqqEE2sin2sin111qqkq 4. 相電動勢與繞組系數(shù) 相電動勢等于并聯(lián)支路的支路電動勢。 每條支路所串聯(lián)的各線圈組的電動勢都是同大小、同相位，可以直接相加。 對于單層繞組，每相有p個線圈組，每條支路有p/a個線圈組；對于雙層繞組，每相有2p個線圈組，每條支路有2p/a個線圈組。 基波相電動勢有效值E1為)(244. 42)(4

6、4. 4111c1111c11雙層繞組單層繞組kkapqNfEapkkapqNfEapEqyqqyq111cc)(2)(qyNkkkapqNapqNN雙層繞組單層繞組11144. 4fNkEN繞組系數(shù)相繞組串聯(lián)匝數(shù)相電動勢統(tǒng)一計算式相電動勢統(tǒng)一計算式六、穩(wěn)態(tài)電磁關(guān)系電壓方程向量圖電磁功率無功調(diào)節(jié)和V形曲線七、動態(tài)數(shù)學(xué)模型 同步電動機(jī)矢量控制思想的引入 1.1.電機(jī)是機(jī)、電、磁三種物理量相互關(guān)聯(lián)的，以電磁場作為耦合場的機(jī)電電機(jī)是機(jī)、電、磁三種物理量相互關(guān)聯(lián)的，以電磁場作為耦合場的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置。能量轉(zhuǎn)換裝置。l從機(jī)的角度去看從機(jī)的角度去看 l從電的角度去看從電的角度去看 l從磁的角度去看從磁的

7、角度去看 同步電動機(jī)及異步電動機(jī)的氣隙磁場在空間分布是接近正弦的，其產(chǎn)生有效同步電動機(jī)及異步電動機(jī)的氣隙磁場在空間分布是接近正弦的，其產(chǎn)生有效轉(zhuǎn)矩的工作磁場是磁場的基波分量，這就使同步電動機(jī)及異步電動機(jī)分析及運(yùn)算轉(zhuǎn)矩的工作磁場是磁場的基波分量，這就使同步電動機(jī)及異步電動機(jī)分析及運(yùn)算中對磁場可以采用空間矢量的方法來分析及運(yùn)算，對電壓、電流等可以采用時間中對磁場可以采用空間矢量的方法來分析及運(yùn)算，對電壓、電流等可以采用時間相量的方法來分析及運(yùn)算，這個條件也為這類電機(jī)采用矢量控制奠定了基礎(chǔ)。相量的方法來分析及運(yùn)算，這個條件也為這類電機(jī)采用矢量控制奠定了基礎(chǔ)。 2.2.電機(jī)矢量的概念電機(jī)矢量的概念 S

8、FRFfFSffSsinsinsinSfsfSRsfRfTKF FKF FKF F 對于交流電機(jī)來說，氣隙磁勢沿氣隙周長方向呈正弦分布，因此可以用空對于交流電機(jī)來說，氣隙磁勢沿氣隙周長方向呈正弦分布，因此可以用空間磁勢矢量來表示，這就是電機(jī)矢量的概念間磁勢矢量來表示，這就是電機(jī)矢量的概念 。八、永磁同步電機(jī)的矢量控制 自控式變頻的同步電動機(jī)與他控式變頻系統(tǒng)相比較具有不會失步等明顯的優(yōu)點。自控式變頻的同步電動機(jī)與他控式變頻系統(tǒng)相比較具有不會失步等明顯的優(yōu)點。 因此，根據(jù)定子磁勢的位置是由轉(zhuǎn)子位置所決定的特點，使其與轉(zhuǎn)子的磁極因此，根據(jù)定子磁勢的位置是由轉(zhuǎn)子位置所決定的特點，使其與轉(zhuǎn)子的磁極軸線或

9、氣隙磁場軸線保持一個軸線或氣隙磁場軸線保持一個 的恒定值，即使的恒定值，即使 與與 垂直或使垂直或使 與與垂直，則定子磁勢的旋轉(zhuǎn)速度也即變頻器的輸出頻率是跟隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度垂直，則定子磁勢的旋轉(zhuǎn)速度也即變頻器的輸出頻率是跟隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度的變化而變化。這就是同步電動機(jī)的磁場定向控制或通常所說的的變化而變化。這就是同步電動機(jī)的磁場定向控制或通常所說的“矢量控制矢量控制”。90SFfFRFSF3. 3. 自控式變頻的優(yōu)缺點自控式變頻的優(yōu)缺點4. 4. 矢量控制思想的引入矢量控制思想的引入 若能使電機(jī)定、轉(zhuǎn)子磁勢的夾角在任何時候都保持同一個值，那么只要定若能使電機(jī)定、轉(zhuǎn)子磁勢的夾角在任何時候都保持同一個

10、值，那么只要定子電流恒定，其力矩也就不再脈動?？刂菩Ч麑⒏?。子電流恒定，其力矩也就不再脈動?？刂菩Ч麑⒏?。 六拍型供電的變頻電路使電機(jī)定子磁勢只有六拍型供電的變頻電路使電機(jī)定子磁勢只有6 6個空間位置狀態(tài)，定子旋轉(zhuǎn)磁勢是個空間位置狀態(tài)，定子旋轉(zhuǎn)磁勢是一個步進(jìn)式的旋轉(zhuǎn)磁勢，每一個定子磁勢要對應(yīng)于轉(zhuǎn)子一個步進(jìn)式的旋轉(zhuǎn)磁勢，每一個定子磁勢要對應(yīng)于轉(zhuǎn)子6060電角度的位置區(qū)域，可電角度的位置區(qū)域，可知，力矩的脈動也就不可避免知，力矩的脈動也就不可避免 。SFRFfFSffSsinsinsinSfsfSRsfRfTKF FKF FKF F同步電動機(jī)的坐標(biāo)變換 定子旋轉(zhuǎn)磁勢既可以由：定子旋轉(zhuǎn)磁勢既可以

11、由：定子三相繞組通入對稱的三相交流電流產(chǎn)生靜止的三相定子三相繞組通入對稱的三相交流電流產(chǎn)生靜止的三相a、b、c系統(tǒng)），系統(tǒng)），定子兩相繞組通入對稱的兩相交流電流產(chǎn)生靜止的定子兩相繞組通入對稱的兩相交流電流產(chǎn)生靜止的、 、0系統(tǒng)），系統(tǒng)），定子直流勵磁繞組生成固定磁場，把定子直流勵磁繞組生成固定磁場，把“定子旋轉(zhuǎn)起來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的定子旋轉(zhuǎn)起來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的d、q、0系統(tǒng)），系統(tǒng)），a)靜止的三相系統(tǒng)靜止的三相系統(tǒng) b)靜止的二相系統(tǒng)靜止的二相系統(tǒng) c)旋轉(zhuǎn)的二相系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)的二相系統(tǒng) 對產(chǎn)生同樣旋轉(zhuǎn)磁場的這些不同形式的繞組可以相互替換而不會影響電機(jī)的對產(chǎn)生同樣旋轉(zhuǎn)磁場的這些不同形式的繞組可以相互替換而不會影

12、響電機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速。這種繞組的替換從數(shù)學(xué)概念上看是同一個旋轉(zhuǎn)磁勢在不同坐標(biāo)系下轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速。這種繞組的替換從數(shù)學(xué)概念上看是同一個旋轉(zhuǎn)磁勢在不同坐標(biāo)系下的不同表示法而已，這種替換過程就是電機(jī)坐標(biāo)變換。的不同表示法而已，這種替換過程就是電機(jī)坐標(biāo)變換。c)1adqb)120120120a)abc綜合矢量 電機(jī)學(xué)中已知，三相電機(jī)定子繞組中通入三相電流時，其相應(yīng)的基波磁勢在電機(jī)學(xué)中已知，三相電機(jī)定子繞組中通入三相電流時，其相應(yīng)的基波磁勢在空間圓周方向空間電角度空間圓周方向空間電角度 坐標(biāo)及時間坐標(biāo)及時間t t 坐標(biāo)的二元表達(dá)式為坐標(biāo)的二元表達(dá)式為: :3332 2( , )cos sin2 2( , )c

13、os(120 )sin(120 )2 2( , )cos(240 )sin(240 )aabbccI NfttpI NfttpI Nfttp當(dāng)三相電流有效值當(dāng)三相電流有效值 時，其合成磁勢時，其合成磁勢 是一個圓形旋轉(zhuǎn)磁勢：是一個圓形旋轉(zhuǎn)磁勢：abcIIII,sft33 2( , )sin()SabcINftffftp 上式在空間按正弦規(guī)律分布的磁勢，可以用一個空間矢量上式在空間按正弦規(guī)律分布的磁勢，可以用一個空間矢量 來表示，矢量的模來表示，矢量的模表示磁勢波的幅值，表示磁勢波的幅值， 在某個時刻所在的位置或方向表示磁勢正波幅所在的地點。在某個時刻所在的位置或方向表示磁勢正波幅所在的地點。

14、在在a a、b b、c c 相軸相軸 、 、 的投影就是的投影就是 、 、 的瞬時值。的瞬時值。 SFSFabcafbfcf 與與 一樣，在空間也是一個按正一樣，在空間也是一個按正弦規(guī)律分布的量，因此也可弦規(guī)律分布的量，因此也可以表示成空間矢量以表示成空間矢量: :333222aabbccNFi apNFi bpNFi cp 當(dāng)三相電流對稱時，當(dāng)三相電流對稱時，三相合成磁勢為三相合成磁勢為01202403322()()jjjSabcabcabcNNFFFFi ai bi ci ei ei eapp(90 )332jtNIeap兩邊同除以兩邊同除以 ，即可得，即可得 33Np(90 )2()23

15、jtabci ai bi cIea 可見，上式的右邊是一個與可見，上式的右邊是一個與空間旋轉(zhuǎn)磁勢類似的空間旋轉(zhuǎn)電空間旋轉(zhuǎn)磁勢類似的空間旋轉(zhuǎn)電流，我們把這個空間旋轉(zhuǎn)電流稱流，我們把這個空間旋轉(zhuǎn)電流稱之為綜合電流矢量，并記作為之為綜合電流矢量，并記作為 ：22() ()33abcabcii ai bi ciii式中：式中： ， ， 分別稱之為分別稱之為a、b、c三相的空間電流矢量。三相的空間電流矢量。aaii abbii bccii cafbfcfSf 推而廣之，還可以引入推而廣之，還可以引入“空間電壓矢量空間電壓矢量”、“空間磁鏈?zhǔn)噶康取？臻g磁鏈?zhǔn)噶康取?一般化而言，對一般化而言，對m相系統(tǒng)中的

16、某一物理量電流、電壓、磁鏈等的相系統(tǒng)中的某一物理量電流、電壓、磁鏈等的m個變量個變量x1、x2.xm，其大小可看成是空間矢量，其大小可看成是空間矢量 、 、 的模，它們的空間位置的模，它們的空間位置方向分別處于各自繞組的軸線上，然后把這方向分別處于各自繞組的軸線上，然后把這m個空間矢量按矢量方式相加并乘以個空間矢量按矢量方式相加并乘以2/m 得到的合成矢量即為該物理量的綜合矢量得到的合成矢量即為該物理量的綜合矢量 。1x2xmxx 從電流的物理本質(zhì)來說，電流只是一個時間相量標(biāo)量），它并不具備從電流的物理本質(zhì)來說，電流只是一個時間相量標(biāo)量），它并不具備空間矢量的要素，但電機(jī)中的電流在空間是與它的

17、相軸聯(lián)系在一起的，這就空間矢量的要素，但電機(jī)中的電流在空間是與它的相軸聯(lián)系在一起的，這就賦于了它在空間的位置特性，因此可仿照磁勢的處理方式而定義出了賦于了它在空間的位置特性，因此可仿照磁勢的處理方式而定義出了“空間空間電流矢量電流矢量”（綜合電流矢量）（綜合電流矢量） 。 綜合電流矢量綜合電流矢量 的實質(zhì)是產(chǎn)生空間旋轉(zhuǎn)磁勢的實質(zhì)是產(chǎn)生空間旋轉(zhuǎn)磁勢 的一個合成綜合電流，的一個合成綜合電流，是一個在空間旋轉(zhuǎn)的空間正弦分布的電流片。是一個在空間旋轉(zhuǎn)的空間正弦分布的電流片。iSF2()3abcuu au bu c2()3sasbscsabc2()3rarrbrrcrrabc空間電壓矢量空間電壓矢量 空

18、間定子磁鏈?zhǔn)噶靠臻g定子磁鏈?zhǔn)噶?空間轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶靠臻g轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶?在在、0 0 系統(tǒng)中，有系統(tǒng)中，有繞組有效匝數(shù)相等條件下變換關(guān)系 設(shè)不同繞組形式的電機(jī)其每相繞組有效匝數(shù)相等，那么若磁勢相等，磁勢除設(shè)不同繞組形式的電機(jī)其每相繞組有效匝數(shù)相等，那么若磁勢相等，磁勢除以相同的匝數(shù)，則其綜合電流矢量也就相等。以相同的匝數(shù)，則其綜合電流矢量也就相等。 1 1靜止的靜止的a a、b b、c c系統(tǒng)系統(tǒng)3s3s與靜止的系統(tǒng)與靜止的系統(tǒng) 、 、 系統(tǒng)系統(tǒng)2s2s的變換的變換 0在在a a、b b、c c系統(tǒng)中，有系統(tǒng)中，有12024022()()33jjabcabcii ai bi cii ei ea211

19、3()()3222abcbciiijiia02()()21()3abciiiijiiiii式中，式中，i0 i0 是零序分量，該分量對旋轉(zhuǎn)磁勢無影響。是零序分量，該分量對旋轉(zhuǎn)磁勢無影響。 因此就可以用綜合電流矢量來作為坐標(biāo)變換的中間橋梁。因此就可以用綜合電流矢量來作為坐標(biāo)變換的中間橋梁。3 /20111222330322111222aabssbcciiiiiiiii C當(dāng)把當(dāng)把 軸與軸與 軸取在同一軸線上時，軸取在同一軸線上時， ，令實部、虛部分別相等，即可得令實部、虛部分別相等，即可得aa3 /20111222330322111222aabssbcciiiiiiiii C對對 求逆即可得到求

20、逆即可得到 ，即，即32ssC23ssC23001011312213122abssciiiiiiiii C 當(dāng)已知綜合電流矢量而要求得當(dāng)已知綜合電流矢量而要求得各相繞組電流瞬時值時，只需把綜各相繞組電流瞬時值時，只需把綜合電流矢量在各繞組軸線上投影即合電流矢量在各繞組軸線上投影即成成 ，即：，即：000coscos(120 )cos(240 )abciiiiiiiiicossiniiiia a、b b、c c系統(tǒng)系統(tǒng)、0 0系統(tǒng)系統(tǒng)對三相無中線星形接法或三角形接法的電機(jī)，對三相無中線星形接法或三角形接法的電機(jī)， ，上式可化簡得：，上式可化簡得： 00i1013221322abciiiii 11

21、1222333022abciiiii 2 2靜止的靜止的、0 0 系統(tǒng)與旋轉(zhuǎn)的系統(tǒng)與旋轉(zhuǎn)的d d、q q 、0 0 系統(tǒng)系統(tǒng)2r2r的變換的變換 設(shè)設(shè) 軸與軸與 軸之間的夾角為軸之間的夾角為 ， ，則有，則有 d0t()()()(cossin )jdqdqdqiiji diji eijij 由此：由此：2 /2000cossin0sincos0001ddqrsqiiiiiiiii C2 /2000cossin0sincos0001dqsriiiiiiiii C假設(shè)假設(shè) ，則可略去該，則可略去該 項。項。00i 0i3 3a a、b b、c c系統(tǒng)與系統(tǒng)與d d、q q、0 0系統(tǒng)間的變換系統(tǒng)間

22、的變換根據(jù)前述變換關(guān)系，利用矩陣乘法，立即可求得根據(jù)前述變換關(guān)系，利用矩陣乘法，立即可求得3 /23 /22 /2coscos120cos2402sinsin120sin2403111222srsssrCCC12 /33 /2cossin1cos120sin1201cos240sin2401rssrCC4 4、直角坐標(biāo)、直角坐標(biāo)、系統(tǒng)與極坐標(biāo)的變換關(guān)系系統(tǒng)與極坐標(biāo)的變換關(guān)系k / P k / P 變換）變換）設(shè)設(shè) 與與 軸之間的夾角為軸之間的夾角為 ，則有，則有 ，因此，因此ijiie222iiiiiarctgarctgiii，或更常用cossiniiii同步電動機(jī)變頻調(diào)速概述1.1.同步電動

23、機(jī)類型同步電動機(jī)類型 普通同步電動機(jī)普通同步電動機(jī) ( (直流勵磁直流勵磁) )無刷結(jié)構(gòu)無刷結(jié)構(gòu)利用滑環(huán)及電刷把勵磁電流通入旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子利用滑環(huán)及電刷把勵磁電流通入旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子 a.a.把交流電壓感應(yīng)到與轉(zhuǎn)子同軸旋轉(zhuǎn)的環(huán)形變壓器把交流電壓感應(yīng)到與轉(zhuǎn)子同軸旋轉(zhuǎn)的環(huán)形變壓器副方繞組，通過同軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)整流器而變成直流副方繞組，通過同軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)整流器而變成直流b.b.采用與轉(zhuǎn)子同軸的勵磁機(jī)，勵磁機(jī)定子通入直采用與轉(zhuǎn)子同軸的勵磁機(jī)，勵磁機(jī)定子通入直流產(chǎn)生恒定磁場，轉(zhuǎn)子所感應(yīng)的交流電壓經(jīng)旋轉(zhuǎn)流產(chǎn)生恒定磁場，轉(zhuǎn)子所感應(yīng)的交流電壓經(jīng)旋轉(zhuǎn)整流器整流后供給同步機(jī)轉(zhuǎn)子勵磁整流器整流后供給同步機(jī)轉(zhuǎn)子勵磁 c.c.爪極

24、式結(jié)構(gòu)等爪極式結(jié)構(gòu)等 永磁勵磁：永磁勵磁： 轉(zhuǎn)子上不會產(chǎn)生銅耗，電機(jī)的效率較高；轉(zhuǎn)子上不會產(chǎn)生銅耗，電機(jī)的效率較高； 轉(zhuǎn)子磁場無法調(diào)節(jié)控制，弱磁控制又非常困難，轉(zhuǎn)子磁場無法調(diào)節(jié)控制，弱磁控制又非常困難， 變頻調(diào)速時進(jìn)入高速區(qū)運(yùn)行很難。變頻調(diào)速時進(jìn)入高速區(qū)運(yùn)行很難。 兩類同步電動機(jī)特點：兩類同步電動機(jī)特點： 直流勵磁：直流勵磁： 轉(zhuǎn)子磁場的強(qiáng)弱可調(diào)，可以調(diào)節(jié)同步電動機(jī)的功率因數(shù)角；轉(zhuǎn)子磁場的強(qiáng)弱可調(diào)，可以調(diào)節(jié)同步電動機(jī)的功率因數(shù)角； 可以使變頻調(diào)速系統(tǒng)中的同步電動機(jī)進(jìn)入弱磁調(diào)速運(yùn)行，可以使變頻調(diào)速系統(tǒng)中的同步電動機(jī)進(jìn)入弱磁調(diào)速運(yùn)行， 使電機(jī)能在高于額定轉(zhuǎn)速的區(qū)域運(yùn)行。使電機(jī)能在高于額定轉(zhuǎn)速的區(qū)域

25、運(yùn)行。 有刷結(jié)構(gòu)有刷結(jié)構(gòu): :永磁同步電動機(jī)：永磁同步電動機(jī)： 轉(zhuǎn)子磁場是由永磁體產(chǎn)生的，無刷結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子磁場是由永磁體產(chǎn)生的，無刷結(jié)構(gòu)。 2 2同步電動機(jī)的空間矢量圖同步電動機(jī)的空間矢量圖下標(biāo)的含義：下標(biāo)的含義： s s定子定子 f f勵磁磁場勵磁磁場 R R合成合成 ssmstiii 根據(jù)空間矢量圖的矢量關(guān)根據(jù)空間矢量圖的矢量關(guān)系，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩系，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T T 為：為：sinsinsinsfsfsRsRffTKF FKF FKF F定子綜合電流矢量定子綜合電流矢量磁化分量磁化分量轉(zhuǎn)矩分量轉(zhuǎn)矩分量 同步電動機(jī)勵磁磁勢同步電動機(jī)勵磁磁勢 的方向是確定的，是在轉(zhuǎn)子磁極軸線的方向是確定的，

26、是在轉(zhuǎn)子磁極軸線 軸上，軸上， 的大小在的大小在永磁電動機(jī)及勵磁電流恒定的勵磁同步機(jī)中也是恒定不變的。因此，只要能控制定子永磁電動機(jī)及勵磁電流恒定的勵磁同步機(jī)中也是恒定不變的。因此，只要能控制定子磁動勢磁動勢 的大小及方向，就能控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩的大小及方向，就能控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩T T，從而實現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)速 n n 的控制。在的控制。在控制時，若把控制時，若把 的大小與方向同時改變或調(diào)節(jié)則比較麻煩，而且一般情況下也沒的大小與方向同時改變或調(diào)節(jié)則比較麻煩，而且一般情況下也沒有必要，因此通常把有必要，因此通常把 的方向?qū)δ掣S線固定成一個確定的值，而只改變的方向?qū)δ掣S線固定成一個確定

27、的值，而只改變 ( ) ( )的大的大小來控制轉(zhuǎn)矩，這就是同步電動機(jī)的磁場定向控制或稱之為矢量控制。小來控制轉(zhuǎn)矩，這就是同步電動機(jī)的磁場定向控制或稱之為矢量控制。 fFdsFsFsFsFstifF（ ）的定向方式有兩種：）的定向方式有兩種：3同步電動機(jī)矢量控制原理同步電動機(jī)矢量控制原理 同步電動機(jī)的磁場定向控制或矢量控制的基本思想：同步電動機(jī)的磁場定向控制或矢量控制的基本思想： sFstisF按勵磁軸線按勵磁軸線d d 軸定向軸定向90sfsF按氣隙磁勢按氣隙磁勢 的軸線定向的軸線定向RF90s1)1)按勵磁軸線按勵磁軸線d d 軸定向軸定向90sf電機(jī)轉(zhuǎn)矩表達(dá)式可寫成：電機(jī)轉(zhuǎn)矩表達(dá)式可寫成：

28、sinsfsfsfTKF FKF F 假設(shè)假設(shè) 恒定永磁同步電動恒定永磁同步電動機(jī)），則轉(zhuǎn)矩機(jī)），則轉(zhuǎn)矩T T 正比于正比于 的大小，的大小， 在控制系統(tǒng)中由速度調(diào)節(jié)器輸出在控制系統(tǒng)中由速度調(diào)節(jié)器輸出的轉(zhuǎn)矩指令的轉(zhuǎn)矩指令 就可以直接作為綜就可以直接作為綜合電流大小合電流大小 的指令的指令 。 Tsi*sisF優(yōu)點：優(yōu)點： 勵磁磁勢勵磁磁勢Ff Ff 不控制，因此特別適用于永磁同步電動機(jī)。不控制，因此特別適用于永磁同步電動機(jī)。 與與d d 軸總是保持垂直，因此，軸總是保持垂直，因此， 相對于定子相對于定子a a軸的夾軸的夾 角（角（ ）實際上也可以直接由位置檢測器得到）實際上也可以直接由位置檢測

29、器得到 ，因此采用這種控制方式時控制系統(tǒng)較為簡單。，因此采用這種控制方式時控制系統(tǒng)較為簡單。sFsF90缺陷：缺陷： 當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化時，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化時， 的大小也在變化，使電機(jī)氣隙磁通也隨著負(fù)載的變化的大小也在變化，使電機(jī)氣隙磁通也隨著負(fù)載的變化 而變化，不能滿足氣隙磁通基本恒定的要求。而變化，不能滿足氣隙磁通基本恒定的要求。 電機(jī)的功率因數(shù)電機(jī)的功率因數(shù) ，而且隨著負(fù)載的增加，其，而且隨著負(fù)載的增加，其 角也在增大，在輸出角也在增大，在輸出 功率相等的條件下，變頻器的伏安容量也要增加。功率相等的條件下，變頻器的伏安容量也要增加。si1cos 使使 始終與始終與 軸垂直，軸垂直，sFdfF缺

30、陷：缺陷： 負(fù)載變化時，不僅要控制定子電流的大小，同時要控制轉(zhuǎn)子勵磁電流的大小，負(fù)載變化時，不僅要控制定子電流的大小，同時要控制轉(zhuǎn)子勵磁電流的大小， 因此它只能適用于勵磁電流可控的同步電動機(jī)因此它只能適用于勵磁電流可控的同步電動機(jī) 的實際控制方向的實際控制方向 要通過運(yùn)算才能得到。要通過運(yùn)算才能得到。 控制系統(tǒng)較為復(fù)雜?？刂葡到y(tǒng)較為復(fù)雜。 電機(jī)轉(zhuǎn)矩表達(dá)式可寫成：電機(jī)轉(zhuǎn)矩表達(dá)式可寫成：優(yōu)點：優(yōu)點： 氣隙磁勢恒定。氣隙磁通能保持不變，電機(jī)的磁路不會氣隙磁勢恒定。氣隙磁通能保持不變，電機(jī)的磁路不會 飽和，電機(jī)鐵磁材料可充分得到利用。飽和，電機(jī)鐵磁材料可充分得到利用。 電機(jī)的功率因數(shù)恒等于電機(jī)的功率因

31、數(shù)恒等于1 1，在輸出功率相等的條件下變，在輸出功率相等的條件下變 頻器的伏安容量最小。頻器的伏安容量最小。sinsRssRTKF FKF F 假設(shè)假設(shè) 的大小恒定，則轉(zhuǎn)矩的大小恒定，則轉(zhuǎn)矩 T T 正比于正比于 的大小，控制的大小，控制 的大小的大小 ，就可以控制轉(zhuǎn)矩。由于就可以控制轉(zhuǎn)矩。由于 ，所以，要使所以，要使FRFR保持恒定就必須在改變保持恒定就必須在改變 大小的同時，對大小的同時，對Ff Ff 進(jìn)行控制。進(jìn)行控制。 sisFRFsi( )ssF i RsfFFFsF90f2)2)按氣隙磁勢按氣隙磁勢 的軸線定向，使的軸線定向，使 與與 垂直，垂直， RF90sRFsF控制策略：控制綜合電流矢量控制策略：控制綜合電流矢量 的方向，