交流永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理

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1、word資料下載可編輯交流永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理?2．1．1交流永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)永磁同步電機(jī)的種類繁多，按照定子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的波形的不同，可以分為正弦波永磁同步電機(jī)(PMSM)和梯形波永磁同步電機(jī)(BLDC)【261。正弦波永磁同步電機(jī)定子由三相繞組以及鐵芯構(gòu)成，電樞繞組常以Y型連接，采用短距分布繞組；氣隙場(chǎng)設(shè)計(jì)為正弦波，以產(chǎn)生正弦波反電動(dòng)勢(shì)；轉(zhuǎn)子采用永磁體代替電勵(lì)磁，根據(jù)永磁體在轉(zhuǎn)子上的安裝位置不同，正弦波永磁同步電機(jī)又分為三類：凸裝式、嵌入式和內(nèi)埋式。本文中采用的電機(jī)為凸裝式正弦波永磁同步電機(jī)，結(jié)構(gòu)如圖2一l所示，定子繞組一般制成多相，轉(zhuǎn)子由

2、永久磁鋼按一定對(duì)數(shù)組成，本系統(tǒng)的電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極對(duì)數(shù)為兩對(duì)，則電機(jī)轉(zhuǎn)速為n=60f／p，f為電流頻率，P為極對(duì)數(shù)。專業(yè)技術(shù)資料word資料下載可編輯??????????????圖2一l凸裝式正弦波永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)圖目前，三相同步電機(jī)現(xiàn)在主要有兩種控制方式，一種是他控式(又稱為頻率開(kāi)環(huán)控制)；另一種是自控式(又稱為頻率閉環(huán)控制)[27】。他控式方式主要是通過(guò)獨(dú)立控N#l-部電源頻率的方式來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不需要知道轉(zhuǎn)子的位置信息，經(jīng)常采用恒壓頻比的開(kāi)環(huán)控制方案。自控式永磁同步電機(jī)也是通過(guò)改變外部電源的頻率來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，與他控式不同，外部電源頻率的改變是和轉(zhuǎn)子

3、的位置信息是有關(guān)聯(lián)的，轉(zhuǎn)子專業(yè)技術(shù)資料word資料下載可編輯轉(zhuǎn)速越高，定子通電頻率就越高，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速是通過(guò)改變定子繞組外加電壓(或電流)頻率的大小來(lái)調(diào)節(jié)的。由于自控式同步電機(jī)不存在他控式同步電機(jī)的失步和振蕩問(wèn)題，并且永磁同步電機(jī)永磁體做轉(zhuǎn)子也不存在電刷和換向器，降低了轉(zhuǎn)子的體積和質(zhì)量，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度和調(diào)速范圍，且具有直流電動(dòng)機(jī)的性能，所以本文采用了自控式交流永磁同步電機(jī)。當(dāng)把三相對(duì)稱電源加到三相對(duì)稱繞組上后，自然會(huì)產(chǎn)生同步速的旋轉(zhuǎn)的定子磁場(chǎng)，同步電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速是與外部電源頻率保持嚴(yán)格的同步，且與負(fù)載大小沒(méi)關(guān)系。2．1．2交流永磁同步電機(jī)的工作原理本

4、系統(tǒng)采用的是自控式交直交電壓型電機(jī)控制方式，由整流橋、三相逆變電路、控制電路、三相交流永磁電機(jī)和位置傳感器構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)原理圖如圖2—2所示。在圖2—2中，50HZ的市電經(jīng)整流后，由三相逆變器給電機(jī)的三相繞組供電，三相對(duì)稱電流合成的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子永久磁鋼所產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，拖動(dòng)轉(zhuǎn)子同步專業(yè)技術(shù)資料word資料下載可編輯旋轉(zhuǎn)，通過(guò)位置傳感器實(shí)時(shí)讀取轉(zhuǎn)子磁鋼位置，變換成電信號(hào)控制逆變器功率器件開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)電流頻率和相位，使定子和轉(zhuǎn)子磁勢(shì)保持穩(wěn)定的位置關(guān)系，才能產(chǎn)生恒定的轉(zhuǎn)矩，定子繞組中的電流大小是由負(fù)載決定的。定子繞組中三相電流的頻率和相位隨轉(zhuǎn)子位置的

5、變化而變化的，使三相電流合成一個(gè)與轉(zhuǎn)子同步的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，通過(guò)電力電子器件構(gòu)成的逆變電路的開(kāi)關(guān)變化實(shí)現(xiàn)三相電流的換相，代替了機(jī)械換向器。????????????????????????????????????????????????圖2—2自控式電機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖正弦波永磁同步電機(jī)屬于自控式電機(jī)，只是電動(dòng)機(jī)的定子反電勢(shì)和電流波形均為正弦波，并且保持同相，其可以獲得與直流電機(jī)相同的轉(zhuǎn)矩特性，而且能實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩專業(yè)技術(shù)資料word資料下載可編輯的調(diào)速特性。本位置伺服系統(tǒng)是通過(guò)正弦波永磁同步電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)位置伺服功能的。2．1．3旋轉(zhuǎn)式編碼器由自控式正弦波PMSM構(gòu)成的伺服

6、系統(tǒng)，需要實(shí)時(shí)檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置及轉(zhuǎn)速，本系統(tǒng)是通過(guò)旋轉(zhuǎn)編碼器來(lái)獲取相關(guān)的信息。根據(jù)編碼器的工作原理不同可分為磁性編碼器和光學(xué)編碼器，而根據(jù)編碼器的輸出信號(hào)的不同又分為增量式(incremental)和絕對(duì)式(absolute)編碼器兩種。絕對(duì)式編碼器可以直接測(cè)得轉(zhuǎn)子的絕對(duì)位置，每次為檢測(cè)到轉(zhuǎn)子的位置提供一個(gè)獨(dú)一無(wú)二的編碼數(shù)字值。絕對(duì)式型編碼器(旋轉(zhuǎn)型)碼盤上有許多道光通道刻線，每道刻線依次以2線、4線、8線、16線??編排，在編碼器的每一個(gè)位置，通過(guò)讀取每道刻線的通、暗，獲得一組從2的零次方到2的n-1次方的唯一的2進(jìn)制編碼，這就稱為n位絕對(duì)編碼器。這

7、樣的編碼器是由光電碼盤的機(jī)械位置決定的，它不受停電、干擾的影響。增量式編碼器每次只能返回轉(zhuǎn)子的相對(duì)位置。增量型只能測(cè)角位移(間接為角速度)專業(yè)技術(shù)資料word資料下載可編輯增量，以前一個(gè)時(shí)刻為基點(diǎn)。光電式增量式編碼器(旋轉(zhuǎn)型)由一個(gè)中心有軸的光電碼盤，其上有環(huán)形通、暗的刻線，有光電發(fā)射和接收器件讀取，獲得四組正弦波信號(hào)組合成A、B、C、D，每個(gè)正弦波相差90度相位差(相對(duì)于一個(gè)周波為360度)，將C、D信號(hào)反向，疊加在A、B兩相上，可增強(qiáng)穩(wěn)定信號(hào)；另每轉(zhuǎn)輸出一個(gè)Z相脈沖以代表零位參考位。由于A、B兩相脈沖信號(hào)相差90度，可通過(guò)比較A相在前還是B相在前，以

8、判別編碼器的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，通過(guò)零位脈沖，可獲得編碼器的零位參考位。編碼器以每旋轉(zhuǎn)3