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《交流永磁同步電機結構和工作原理》由會員上傳分享,免費在線閱讀,更多相關內容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、word資料下載可編輯交流永磁同步電機結構與工作原理?2.1.1交流永磁同步電機的結構永磁同步電機的種類繁多,按照定子繞組感應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成,電樞繞組常以Y型連接,采用短距分布繞組;氣隙場設計為正弦波,以產生正弦波反電動勢;轉子采用永磁體代替電勵磁,根據(jù)永磁體在轉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、嵌入式和內埋式。本文中采用的電機為凸裝式正弦波永磁同步電機,結構如圖2一l所示,定子
2、繞組一般制成多相,轉子由永久磁鋼按一定對數(shù)組成,本系統(tǒng)的電機轉子磁極對數(shù)為兩對,則電機轉速為n=60f/p,f為電流頻率,P為極對數(shù)。專業(yè)技術資料word資料下載可編輯??????????????圖2一l凸裝式正弦波永磁同步電機結構圖目前,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節(jié)轉子的轉速不需要知道轉子的位置信息,經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節(jié)轉子
3、的轉速,與他控式不同,外部電源頻率的改變是和轉子的位置信息是有關聯(lián)的,轉子專業(yè)技術資料word資料下載可編輯轉速越高,定子通電頻率就越高,轉子的轉速是通過改變定子繞組外加電壓(或電流)頻率的大小來調節(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子也不存在電刷和換向器,降低了轉子的體積和質量,提高了系統(tǒng)的響應速度和調速范圍,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。當把三相對稱電源加到三相對稱繞組上后,自然會產生同步速的旋轉的定子磁場,同步電機轉子的轉速是與外部電源頻率保
4、持嚴格的同步,且與負載大小沒關系。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成,其結構原理圖如圖2—2所示。在圖2—2中,50HZ的市電經整流后,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磁場與轉子永久磁鋼所產生的磁場相互作用產生轉矩,拖動轉子同步專業(yè)技術資料word資料下載可編輯旋轉,通過位置傳感器實時讀取轉子磁鋼位置,變換成電信號控制逆變器功率器件開關,調節(jié)電流頻率和相位,使定子和轉子磁勢保持穩(wěn)定的位置關系,才
5、能產生恒定的轉矩,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子位置的變化而變化的,使三相電流合成一個與轉子同步的旋轉磁場,通過電力電子器件構成的逆變電路的開關變化實現(xiàn)三相電流的換相,代替了機械換向器。????????????????????????????????????????????????圖2—2自控式電機結構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矩特性,而且能實現(xiàn)恒轉矩專業(yè)技術資料word資料下載可編輯的調速
6、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旋轉式編碼器由自控式正弦波PMSM構成的伺服系統(tǒng),需要實時檢測電機轉子的位置及轉速,本系統(tǒng)是通過旋轉編碼器來獲取相關的信息。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子的絕對位置,每次為檢測到轉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、1
7、6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)技術資料word資料下載可編輯增量,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度相位差(相對于一個周波為360
8、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與反轉,通過零位脈沖,可獲得編碼器的零位參考位。編碼器以每旋轉3