电力拖动控制系统·马志源 第09章.ppt

第9章 特种同步电动机自控式变频调速系统(带有位置检测器的变频调速系统),本章介绍四种调速电动机：永磁无刷直流电动机、开关磁阻电动机、直流无换向器电动机、交流无换向器电动机。,共同的特点：新型调速电机；这是一种典型的机电一体化的电机调速系统；它们都带有绝对编码的位置检测器（含无位置检测器的位置检测技术）；它们的功率变换器其实质都是自控式的变频电路；就电机本体而言，它们都属于同步电动机或广义同步电动机的范畴。,但要注意它们之间在工作原理上的差别：电机磁场的成因或形状不同，使电磁转矩的产生原因不同。,9.1 永磁无刷直流电动机,直流电动机调速系统，调速性能好。但有重大缺点，那就是它带有机械换向装置换向器及电刷。定、转子倒置，把机械换向装置改成电子换向器，这就是无刷直流电动机。,9.1.1永磁无刷直流电动机的构成,三大部分组成：电机本体位置检测器功率变换器（直-交无源逆变器）,电子换向器,定子m相，集中（或分布）绕组，转子永磁，梯形波磁密，图a,与同步电机的区别：同步电机 定子，3相，分布绕组，转子，正弦波磁密，图b,9.1.2 永磁无刷直流电动机的工作原理,1矩角特性,矩角特性曲线将与磁密曲线相似，也是一个梯形波。,2电机匀速旋转，A相120o导通时,导通时的波形：方波电压 方波电势 方波电流 方波转矩,电路方程,是无刷直流电机的主要特征,动态,稳态,3120o单极性电流工作的无刷直流电动机,主电路,波形图,三个主开关元件依次轮流导通，各占 120o，,导通的区域由位置信号确定：区域1、2A相区域3、4B相区域5、6C相,4120o方波交流电流工作的无刷直流电动机,主电路,波形图,输出的电流是120o的方波交流电流,每个谐波都能得到有用的转矩。所有谐波都是参与了正常的工作。总输出转矩是其基波分量与所有谐波分量共同努力的结果。,应采用正确的测量方法。,由位置信号（区域号）决定导通管，这就是“自控式”变频,“自控式”变频 n 决定 f“它控式”变频 f 决定 n,5自控式变频的概念,9.1.3 位置检测器,a)结构示意图 b)光电开关电路图 c)输出信号及其编码,4极、2p极电机,可同时检测到电机的转速与转向,初始定位问题,1光电开关位置检测器,2绝对式光电编码器,二进制绝对式光电编码器,循环码绝对式光电编码器,n个光电开关最多只能把一个电周期分成2n个区域,3增量式光电编码器,4其它形式的位置检测器,正余弦旋转变压器,结构,原理,用途：测绝对位置，测转速、转向,9.1.4永磁无刷直流电动机的控制系统,1控制原理,“自控式”变频工作：由位置码控制逆变器元件的通断。控制电压来控制电机绕组电流的大小，从而控制转矩。直流斩波的PWM方式 来 控制电压。,2系统原理图,PWM信号与区域导通信号相“与”导通时正电压 导通区间零电压续流 关断后负电压续流 零电压续流由上、下元件轮流导通。,PWM调压采用的控制方法：,3制动及四象限运行,要实现四象限运行，应：把不控整流桥改成可回馈的PWM双向整流桥 或在直流侧加接能耗制动单元 也可在需要制动时把电动机的三相绕组短接,加接能耗制动单元后的系统原理图,控制方式：在矩角特性的正转矩区加上负电流，负转矩区加上正电流，即改变位置码与导通相的对应关系。,4专用集成芯片构成的控制器,以LS7261为例,5永磁无刷直流电动机优缺点,优点：效率高、出力大，控制性能、调速性能好。,缺点：很难运行于高速区域，永磁材料较贵，电机的造价高，永磁材料在振动、高温下会退磁。,应用：目前在家用电器（例变频空调等）、电动车辆、汽车电器、计算机外设等领域已经占有了较大的市场。,20脚双列直插封装的芯片 适应4种位置码盘的输入 制动时上桥臂开关元件断开，下桥臂开关元件全导通,9.2 开关磁阻电动机,结构及其动作原理,主电路,电流、磁链变化与导通区间,工作原理,电流控制方式,9.3 同步电动机交-直-交自控式变频调速系统（直流无换向器电机）,构成,工作原理,定子磁势,矩角特性,输出的平均转矩,低速用“电流断续法”换流,高速时依靠反电势换流,无换向器电机换流时刻示意图,逆变器晶闸管的换流,9.4 同步电动机交-交自控式变频调速系统（交流无换向器电机）,