CHSM的變頻調(diào)速實用

會計學(xué)1CHSM的變頻調(diào)速實用§10.2 SM的穩(wěn)態(tài)運行§10.2.1隱極SM穩(wěn)態(tài)

-Efsind=XsIacosj

（SM的功角d為負(fù)）☆三相輸入功率：

P=3UIacosj=-3UEf/Xs

sind☆電磁轉(zhuǎn)矩：

☆最大電磁轉(zhuǎn)矩：Tmax

＝(3p/w1)(UEf/Xs) （當(dāng)d=-90o時）☆普通隱極SM的穩(wěn)定范圍是

-90o<d<90o，自控式SM則可以調(diào)n自動穩(wěn)定。第1頁/共18頁§10.2.2凸極式SM穩(wěn)態(tài) （應(yīng)用雙反應(yīng)理論：Ia=Id+Iq，Xd<>Xq）三相功率電磁轉(zhuǎn)矩第2頁/共18頁§10.2.3永磁SM穩(wěn)態(tài)☆

通常Xd<Xq，在-90?<d<0時，反應(yīng)式轉(zhuǎn)矩為負(fù)，在d<-90?后，反應(yīng)式轉(zhuǎn)矩為正，因此使穩(wěn)定運行范圍增大。 穩(wěn)定極限通常在-90?~-135?。

（簡稱PMSM，是凸極SM的特例，勵磁固定，Ef為常數(shù)）第3頁/共18頁§10.2.4反應(yīng)式SM穩(wěn)態(tài)

(一種凸極SM，但轉(zhuǎn)子無勵磁，Ef=0)☆電磁轉(zhuǎn)矩：☆最大轉(zhuǎn)矩：☆Xd、Xq差別越大，最大轉(zhuǎn)矩就越大?！顒畲庞啥ㄗ犹峁?，cosj只能滯后，類似普通的IM。第4頁/共18頁§10.3 SM的變頻調(diào)速運行☆SM速度與電源f1

成正比，n=60f1/p，控制f1可以精確調(diào)速?！詈戕D(zhuǎn)矩控制 （類似IM的V/F恒定控制）

(a)忽略反應(yīng)式轉(zhuǎn)矩時，有Tmax=3p×U/w1×Ef

/Xd。勵磁不變時，Ef

/Xd為常數(shù)，控制U/w1為常數(shù)，則Tmax與f1無關(guān)。

(b)因xl很小，故氣隙電勢Er

≈U。故U/w1恒定，則Er/f1、Fr也基本恒定。

(c)低速電壓補(bǔ)償：類似IM的V/F恒定控制。☆恒功率控制 在nN

以上，維持U為UN，繼續(xù)提高f1，是一種恒功率弱磁控制?！铍娏骺刂?（控制電壓的目的，只是為了產(chǎn)生特定大小的電流和轉(zhuǎn)矩）（SeeNext）第5頁/共18頁☆電流控制（續(xù)）對隱極SM，有可見： 對于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，當(dāng)控制If、dT為常數(shù)時， 則在任何速度下，定子電流都應(yīng)該控制為常數(shù)。 因Ff∝If，故有T=kFfIasindT。第6頁/共18頁

§10.4 SM的控制原理§10.4.1 SM開環(huán)控制（電壓型變頻器）開環(huán)控制自控式SM系統(tǒng)：由位置傳感器決定開關(guān)通斷：直流無換向器電機(jī)、電子換向器電機(jī)?！?原理：控制u/f為恒定，可以恒轉(zhuǎn)矩運行?！?問題：低速、輕載易振蕩（尤其是反應(yīng)式SM），導(dǎo)致轉(zhuǎn)速搖擺?！?解決方法：

(a)

采用高穩(wěn)定性的頻率振蕩器；(b)

使變頻器的電壓控制器可以快速調(diào)節(jié)；

(c)

加大u/f比值。☆ 特點：

(a)

頻率只能緩慢變化，不能快速調(diào)節(jié)；

(b)

負(fù)載過大會牽出同步； (c)可以多臺并聯(lián)運行。第7頁/共18頁☆ 特點：(a)在結(jié)構(gòu)上：是一臺普通電勵磁（或永磁）SM；

(b)但在繞組通電方式、轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生原理上：完全等同一臺三槽三個換向片的直流電機(jī)。

(c)差別在于：用電子換向器取代了機(jī)械換向器來進(jìn)行換流。☆ 具體方案：

(a)DM三線圈的出線端首尾相連，構(gòu)成閉路（三角形聯(lián)結(jié)）；

SM三線圈的出線端也首尾相連，構(gòu)成閉路（三角形聯(lián)結(jié)）；

(b)DM的線圈首尾連接處（三個），各聯(lián)結(jié)到一個換向片；

SM的線圈首尾連接處（三個），各聯(lián)結(jié)到兩個反并聯(lián)的電子開關(guān)；

(c)DM中，正電刷將電流引入接觸的換向片及對應(yīng)的首尾聯(lián)結(jié)點； 負(fù)電刷將電流引出接觸的換向片及對應(yīng)的首尾聯(lián)結(jié)點；

SM中，讓向內(nèi)的電子開關(guān)導(dǎo)通，則電流流入對應(yīng)的首尾聯(lián)結(jié)點； 讓向外的電子開關(guān)導(dǎo)通，則電流流出對應(yīng)的首尾聯(lián)結(jié)點； 因此，只需在DM換向的位置，正確改變SM電子開關(guān)的通、斷狀態(tài)，就可以達(dá)到完全相同的效果?！?0.4.2 自控式SM對星形聯(lián)結(jié)，情況類似！第8頁/共18頁三槽DM和自控式SM的比較（星形聯(lián)結(jié)）+-wecebeaNS+-wecebeaSN第9頁/共18頁三槽直流電動機(jī)模型（三角形聯(lián)結(jié)）第10頁/共18頁自控式SM模型☆ SCR負(fù)載換流：當(dāng)采用SCR做電子開關(guān)時，需要用負(fù)載換流。因此需要提前觸發(fā)，即讓觸發(fā)角b留有余量。 這時，SM必須過勵、具有領(lǐng)先的功率因數(shù)，才能在各種負(fù)載條件下度能成功換流?！?SCR強(qiáng)迫換流：啟動、低速時，無法進(jìn)行負(fù)載換流，需強(qiáng)迫換流。轉(zhuǎn)子磁場旋轉(zhuǎn)！第11頁/共18頁使用SCR的自控式SM第12頁/共18頁§10.5 永磁SM（PMSM）的伺服控制☆系統(tǒng)構(gòu)成：(a)一個PMSM；(b)一個產(chǎn)生正弦波設(shè)定電流的無刷解碼器（旋轉(zhuǎn)變壓器，或數(shù)字編碼器）；(c)一個電流追蹤型的PWM變頻器。§10.5.1 PWM變頻器驅(qū)動PMSM

優(yōu)點：大T/J

比，可快速加減速；低速T平滑，零速性能好。 問題：在Ef<Udc之前，iout

可以很好地跟蹤設(shè)定的正弦電流； 但在Ef>Udc

后，將失去跟蹤能力，iout甚至畸變成6拍式?！叭醮拧笨刂疲骸逿=kFfIasindT，使dT超過90?，可以使電樞電流的Id分量起去磁作用，削弱永磁場，從而讓iout繼續(xù)追蹤正弦波設(shè)定值。 “弱磁”控制可以提高轉(zhuǎn)速1倍以上，但若控制失敗，將損壞變頻器。 “弱磁”控制處于領(lǐng)先功率因數(shù)狀態(tài)，電流大，損耗大。第13頁/共18頁§10.5.2 PMSM的性能分析

現(xiàn)代PMSM多采用NdFeB、SamCo等，Xd≈Xq：Tem=FfissindT=Ffiqs

（dT是定轉(zhuǎn)子磁勢間的夾角）

Tem與q軸電流分量iqs成正比。對于固定的電子電流is，dT=90?時，Tem最大，is為純q軸分量；在高速弱磁時，轉(zhuǎn)矩角dT

將大于90?

。

Tem=Ffiqs

既適用于穩(wěn)態(tài)，也適用于動態(tài)。利用電流追蹤型PWM逆變器供電，iqs可以快速變化，因而轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快速、動態(tài)性能良好。第14頁/共18頁§10.5.3 自控式SM的轉(zhuǎn)矩角控制☆特點：(a)對于DM，電刷位于幾何中心線時，勵磁繞組軸線、電樞反應(yīng)磁場軸線相差90?，單位電流轉(zhuǎn)矩最大；

(b)對于自控式SM，控制觸發(fā)角，使定、轉(zhuǎn)子磁場正交，同樣可獲得最大轉(zhuǎn)矩，這時內(nèi)j角為0?(dT=90?)，ia

落后外施電壓。（對應(yīng)DM的(a)）。

(c)但當(dāng)SCR逆變器依靠負(fù)載反電勢換流時，電樞電流必須超前反電勢，換流才能成功。這時dT>90?。（工作于“弱磁”狀態(tài)）

(d)當(dāng)采用強(qiáng)迫換流時，則允許工作在dT=90?的狀態(tài)。☆位置傳感器種類：Hall效應(yīng)傳感器；光電式傳感器；數(shù)字式位置傳感器增量式編碼器：給出相對位置；絕對式編碼器：給出絕對位置。無刷式解碼器－旋轉(zhuǎn)變壓器。第15頁/共18頁§10.5.4 電流追蹤型PMSM驅(qū)動系統(tǒng)PROM轉(zhuǎn)矩角： 查表求dT*；PROMA、B、C： 查表求sinqA*、sinqB*、

sinqC*；MDAC： 進(jìn)行乘法及D/A轉(zhuǎn)換，輸出ia、ib、ic；PWMGEN： 根據(jù)電流誤差，實現(xiàn)電流跟蹤，產(chǎn)生PWM信號。qdT*Is*或T*第16頁/共18頁§10.5.5 PMSM的磁場定向控制☆磁場定向控制：即讓轉(zhuǎn)矩、磁通的控制互不影響，實現(xiàn)解耦。

(a)電流可以自由控制的系統(tǒng)，容易實現(xiàn)磁場定向控制，例如，他勵DM系統(tǒng)，采用強(qiáng)迫換流變頻器供電的SM系統(tǒng)；

(b)在靠負(fù)載反電勢換流的系統(tǒng)中，電流ia必須超前反電勢，ia中含有去磁分量，控制不靈活，不