《現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù)》PPT課件

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1、現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù)王成元夏加寬孫宜標(biāo)編著機(jī)械工業(yè)出版社1現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù)第1章基礎(chǔ)知識第2章三相感應(yīng)電動機(jī)矢量控制第3章三相永磁同步電動機(jī)矢量控制第4章三相感應(yīng)電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制第5章三相永磁同步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制第6章無速度傳感器控制與智能控制2第1章基礎(chǔ)知識1.1電磁轉(zhuǎn)矩1.2直、交流電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩1.3空間矢量1.4矢量控制31.1電磁轉(zhuǎn)矩1.1.1磁場與磁能A、B兩線圈匝數(shù)分別為NA和NB。主磁路由鐵芯磁路和氣隙磁路串聯(lián)構(gòu)成，兩段磁路的斷面面積均為S。假設(shè)外加電壓和電流為任意波形。41.單線圈勵磁討論僅有線圈A勵磁的情況。當(dāng)電流iA流入線

2、圈時，便會在鐵芯內(nèi)產(chǎn)生磁場。根據(jù)安培環(huán)路定律，有式中，H為磁場強(qiáng)度；∑i為該閉合回線包圍的總電流。(1-1)5閉合回線可任意選取，在圖1-1中，取鐵芯斷面的中心線為閉合回線，環(huán)行方向為順時針方向。沿著該閉合回線，假設(shè)鐵芯磁路內(nèi)的Hm處處相等，方向與積分路徑一致，氣隙內(nèi)Hδ亦如此。于是，有(1-2)式中，lm為鐵芯磁路的長度；δ為氣隙長度。6定義(1-3)式中，fA為磁路的磁動勢。式(1-2)中，Hmlm和Hδδ為磁壓降，式(1-2)表明線圈A提供的磁動勢fA將消耗在鐵芯和氣隙磁壓降中。此時，fA相當(dāng)于產(chǎn)生磁場H的“源”，類似于電路中的電動勢。7在

3、鐵芯磁路內(nèi)，磁場強(qiáng)度Hm產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm為(1-4)式中，μFe為磁導(dǎo)率；μr為相對磁導(dǎo)率；μ0為真空磁導(dǎo)率。電機(jī)中常用的鐵磁材料的磁導(dǎo)率μFe約是真空磁導(dǎo)率μ0的2000~6000倍。空氣磁導(dǎo)率與真空磁導(dǎo)率幾乎相等。8鐵磁材料的磁導(dǎo)率是非線性的，通常將Bm=f(Hm)關(guān)系曲線稱為磁化曲線，如圖1-3所示?？梢钥闯觯?dāng)Hm達(dá)到一定值時，隨著Hm的增大，Bm增加越來越慢，這種現(xiàn)象稱為飽和。圖1-3鐵磁材料的磁化曲線(Bm=f(Hm)和μFe=f(Hm)曲線)9由式(1-4)，可將式(1-2)改寫為(1-5)若不考慮氣隙δ內(nèi)磁場的邊緣效應(yīng)，氣隙內(nèi)

4、磁場Bδ也為均勻分布，于是式(1-5)可寫為(1-6)式中，BmS=φmA，φmA稱為鐵芯磁路主磁通;BδS=φδ，φδ稱為氣隙磁通；10Rm為鐵芯磁路磁阻；Rδ為氣隙磁路磁阻。由于磁通具有連續(xù)性，顯然有，φmA=φδ；于是有Bm=Bδ。將式(1-6)表示為(1-7)式中，Rmδ=Rm+Rδ為串聯(lián)磁路的總磁阻；φmARm和φδRδ稱為鐵芯和氣隙磁壓降。11通常，將式(1-7)稱為磁路的歐姆定律。串聯(lián)磁路的模擬電路可用圖1-4表示。圖1-4串聯(lián)磁路的模擬電路12將式(1-7)表示為另一種形式，即(1-8a)式中，Λm為鐵芯磁路磁導(dǎo)，Λδ為氣隙磁路磁

5、導(dǎo)13將式(1-8a)寫為(1-8b)式中，Λmδ為串聯(lián)磁路的總磁導(dǎo)，式(1-8b)為磁路歐姆定律的另一種表達(dá)形式。14由于μFe>>μ0。盡管鐵芯磁路長度比氣隙磁路長得多，氣隙磁路磁阻還是要遠(yuǎn)大于鐵芯磁路的磁阻。對于這個具有氣隙的串聯(lián)磁路，總磁阻將取決于氣隙磁路的磁阻，磁動勢大部分將消耗在氣隙的磁壓降內(nèi)。在很多情況下，為了問題分析的簡化，可將鐵芯磁路的磁阻忽略不計，此時磁動勢fA與氣隙磁路磁壓降相等，即有(1-8c)15因為主磁通φmA是穿過氣隙后而閉合的，它提供了氣隙磁通，所以又將φmA稱為勵磁磁通。定義線圈A的勵磁磁鏈為(1-9)由式(1-

6、7)和式(1-9)，可得(1-10)16定義線圈A的勵磁電感LmA為(1-11)LmA表征了線圈A單位電流產(chǎn)生磁鏈ψmA的能力。對于圖1-1所示的具體磁路，又將LmA稱為線圈A的勵磁電感。LmA的大小與線圈A的匝數(shù)二次方成正比，與串聯(lián)磁路的總磁導(dǎo)成正比。17由于總磁導(dǎo)與鐵芯磁路的飽和程度(μFe值)有關(guān)，因此LmA是個與勵磁電流iA相關(guān)的非線性參數(shù)。若將鐵芯磁路的磁阻忽略不計(μFe=∞)，LmA便是個僅與氣隙磁導(dǎo)和匝數(shù)有關(guān)的常數(shù)，即有在磁動勢fA作用下，還會產(chǎn)生沒有穿過氣隙，主要經(jīng)由鐵芯外空氣磁路而閉合的磁場，稱之為漏磁場。18漏磁場與線圈A交

7、鏈，產(chǎn)生漏磁鏈ψσA，可表示為(1-12)式中，LσA為線圈A的漏電感。LσA表征了線圈A單位電流產(chǎn)生漏磁鏈ψσA的能力，由于漏磁場主要分布在空氣中，因此LσA近乎為常值，且在數(shù)值上遠(yuǎn)小于LmA。19線圈A的總磁鏈為(1-13)式中，ψAA是線圈A中電流iA產(chǎn)生的磁場鏈過自身線圈的磁鏈，稱為自感磁鏈。定義(1-14)式中，LA稱為自感，由漏電感LσA和勵磁電感LmA兩部分構(gòu)成。20這樣，通過電感就將線圈A產(chǎn)生磁鏈的能力表現(xiàn)為一個集中參數(shù)。電感是非常重要的參數(shù)。磁場能量分布在磁場所在的整個空間，單位體積內(nèi)的磁能wm可表示為在一定磁感應(yīng)強(qiáng)度下，介質(zhì)的

8、磁導(dǎo)率μ越大，磁場的儲能密度就越小，否則相反。(1-15)21對于圖1-1所示的電磁裝置，由于μFe>>μ0，因此，當(dāng)鐵芯的磁感應(yīng)強(qiáng)度由