交流永磁同步電機結(jié)構(gòu)和工作原理

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1、WORD文檔下載可編輯交流永磁同步電機結(jié)構(gòu)與工作原理?2．1．1交流永磁同步電機的結(jié)構(gòu)永磁同步電機的種類繁多，按照定子繞組感應(yīng)電動勢的波形的不同，可以分為正弦波永磁同步電機(PMSM)和梯形波永磁同步電機(BLDC)【261。正弦波永磁同步電機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；氣隙場設(shè)計為正弦波，以產(chǎn)生正弦波反電動勢；轉(zhuǎn)子采用永磁體代替電勵磁，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又分為三類：凸裝式、嵌入式和內(nèi)埋式。本文中采用的電機為凸裝式正弦波永磁同步電機，結(jié)構(gòu)如圖2一l所示，定子繞

2、組一般制成多相，轉(zhuǎn)子由永久磁鋼按一定對數(shù)組成，本系統(tǒng)的電機轉(zhuǎn)子磁極對數(shù)為兩對，則電機轉(zhuǎn)速為n=60f／p，f為電流頻率，P為極對數(shù)。專業(yè)技術(shù)資料精心整理WORD文檔下載可編輯??????????????圖2一l凸裝式正弦波永磁同步電機結(jié)構(gòu)圖目前，三相同步電機現(xiàn)在主要有兩種控制方式，一種是他控式(又稱為頻率開環(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獨立控N#l-部電源頻率的方式來調(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環(huán)控制方案。自控式永磁同步電機也是通過改變外部電源的頻率來調(diào)節(jié)

3、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)子的位置信息是有關(guān)聯(lián)的，轉(zhuǎn)子專業(yè)技術(shù)資料精心整理WORD文檔下載可編輯轉(zhuǎn)速越高，定子通電頻率就越高，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速是通過改變定子繞組外加電壓(或電流)頻率的大小來調(diào)節(jié)的。由于自控式同步電機不存在他控式同步電機的失步和振蕩問題，并且永磁同步電機永磁體做轉(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，且具有直流電動機的性能，所以本文采用了自控式交流永磁同步電機。當(dāng)把三相對稱電源加到三相對稱繞組上后，自然會產(chǎn)生同步速的旋轉(zhuǎn)的定子磁場，同步電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速是與外部

4、電源頻率保持嚴格的同步，且與負載大小沒關(guān)系。2．1．2交流永磁同步電機的工作原理本系統(tǒng)采用的是自控式交直交電壓型電機控制方式，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的三相繞組供電，三相對稱電流合成的旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子永久磁鋼所產(chǎn)生的磁場相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，拖動轉(zhuǎn)子同步專業(yè)技術(shù)資料精心整理WORD文檔下載可編輯旋轉(zhuǎn)，通過位置傳感器實時讀取轉(zhuǎn)子磁鋼位置，變換成電信號控制逆變器功率器件開關(guān)，調(diào)節(jié)電流頻率和相位，使定子和轉(zhuǎn)子磁勢保持穩(wěn)

5、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)子位置的變化而變化的，使三相電流合成一個與轉(zhuǎn)子同步的旋轉(zhuǎn)磁場，通過電力電子器件構(gòu)成的逆變電路的開關(guān)變化實現(xiàn)三相電流的換相，代替了機械換向器。????????????????????????????????????????????????圖2—2自控式電機結(jié)構(gòu)原理圖正弦波永磁同步電機屬于自控式電機，只是電動機的定子反電勢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相同的轉(zhuǎn)矩特性，而且能實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩專業(yè)技術(shù)資料精心整理WOR

6、D文檔下載可編輯的調(diào)速特性。本位置伺服系統(tǒng)是通過正弦波永磁同步電機來實現(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)成的伺服系統(tǒng)，需要實時檢測電機轉(zhuǎn)子的位置及轉(zhuǎn)速，本系統(tǒng)是通過旋轉(zhuǎn)編碼器來獲取相關(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)編碼器的輸出信號的不同又分為增量式(incremental)和絕對式(absolute)編碼器兩種。絕對式編碼器可以直接測得轉(zhuǎn)子的絕對位置，每次為檢測到轉(zhuǎn)子的位置提供一個獨一無二的編碼數(shù)字值。絕對式型編碼器(旋轉(zhuǎn)型)碼盤上有許多道光通道刻線，每道刻線依次以

7、2線、4線、8線、16線??編排，在編碼器的每一個位置，通過讀取每道刻線的通、暗，獲得一組從2的零次方到2的n-1次方的唯一的2進制編碼，這就稱為n位絕對編碼器。這樣的編碼器是由光電碼盤的機械位置決定的，它不受停電、干擾的影響。增量式編碼器每次只能返回轉(zhuǎn)子的相對位置。增量型只能測角位移(間接為角速度)專業(yè)技術(shù)資料精心整理WORD文檔下載可編輯增量，以前一個時刻為基點。光電式增量式編碼器(旋轉(zhuǎn)型)由一個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組合成A、B、C、D，每個正弦波相差90度相位

8、差(相對于一個周波為360度)，將C、D信號反向，疊加在A、B兩相上，可增強穩(wěn)定信號；另每轉(zhuǎn)輸出一個Z相脈沖以代表零位參考位。由于A、B兩相脈沖信號相差90度，可通過比較A相在前還是B相在前，以判別編碼器的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，通過零位脈沖，可