永磁同步馬達(dá)研修資料中.ppt

,控制基板,變頻器 系統(tǒng) 功率模塊,控制技術(shù),控制裝置,軟件技術(shù) （程序編制）,功率裝置技術(shù),応用技術(shù),模塊技術(shù),回路技術(shù),加入軟件的MCU,電機(jī)技術(shù),応用技術(shù),技術(shù)應(yīng)用,（注）軟件（技術(shù)利用）電機(jī)控制技術(shù)（不是MCU軟件）,扭矩發(fā)生原理 （）弗來明定律 （）轉(zhuǎn)子位置和扭矩的關(guān)系 什么是永磁式同步電機(jī)? （）構(gòu)造 （）表面磁鐵和埋入磁鐵 （）關(guān)于電感 （）兩種電感 改變電機(jī)速度的方法 （）負(fù)載的種類 （）重要運(yùn)動(dòng)方程式 （）4種控制系 永磁式同步電機(jī)的基本特性 （）2種扭矩 （）2種通電方式 120度通電方式 （）6種通電模式 （）重疊期間 （）電壓控制方法,180度通電方式 （）通電模式 （）電壓控制方法 電機(jī)電壓模式 （）電壓,電流位相關(guān)系 （）回轉(zhuǎn)座標(biāo)系的矢量表現(xiàn) （）回轉(zhuǎn)座標(biāo)系模式Image 矢量控制 （）目標(biāo) （）一般方法 （）什么最難？ 干涉項(xiàng) 180度通電位置無感應(yīng)方法 (）利用什么? (）中高速 日立方式 .電機(jī)電流檢測(cè)方法 （）3種方式 （）one shunt電流檢測(cè)方法,目 錄,永磁磁鐵同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí),扭矩磁束電流sin(電流與磁束之間的角度） 磁束（電流與磁束之間的直交成分）,圖1弗來明左手定律,図磁束與電流之間的關(guān)系,磁阻扭矩,扭矩發(fā)生原理 （）弗來明定律,永磁式同步電機(jī) 發(fā)生扭矩,（勵(lì)磁電流Id）,圖2-16 磁阻扭矩與磁鐵扭矩,永磁磁束,線圈磁束,扭矩發(fā)生原理（）轉(zhuǎn)子位置與扭矩關(guān)系,（圖2-16的橫軸角度方向）,【重點(diǎn)】 合理利用兩種扭矩(控制電流位相)，使電流最小。,0度,什么是永磁式同步電機(jī)？（）構(gòu)造,(a)分布卷定子和埋入式非突極轉(zhuǎn)子（鐵素體磁鐵）,（）集中卷定子和埋入式突極轉(zhuǎn)子 （釹磁鐵）,付表 構(gòu)造分類,圖片 馬達(dá)構(gòu)造,表2-2 表面磁鐵與埋入磁鐵的形狀比較,什么是永磁式同步電機(jī)？（）表面磁鐵和埋入磁鐵,圖2-8 埋入磁鐵的各種埋入方式,什么是永磁式同步電機(jī)？ ？（）關(guān)于電感,什么是電感？,表示磁束容易通過的量,i,磁束,電流 i,什么是3相線圈同步電感？,計(jì)算公式如下：,磁氣飽和現(xiàn)象：在大電流情況下，L變小。,什么是永磁同步馬達(dá)（）兩種電感,同步電感,電氣角度,180,360,Lq,Ld,難控制點(diǎn)：電流不同,L會(huì)變化,Id，I,Ld,Lq,參考圖 突極性電感的變化例圖,(a) 根據(jù)位置而變化,(b) 根據(jù)電流而變化,S,N,磁束量 多(大),90,S,N,磁束量少(小),【重點(diǎn)】 控制L的同時(shí)，也會(huì)受到其它控制。 （特是在無位置傳感器的情況下）,同步電感,飽和現(xiàn)象,改變電機(jī)速度的方法（）負(fù)荷的種類,圖 種負(fù)荷,【重點(diǎn)】 知道了負(fù)載特性，才可以進(jìn)行最好的控制開發(fā)。,J：慣性【kg-m2】（一定or可變），：角速度【rad/s】（可檢測(cè)or不可檢測(cè)） m：電機(jī)扭矩【Nm】（從電流處可以計(jì)算） L：負(fù)荷扭矩【Nm】,重要的運(yùn)動(dòng)方程式,如果想改變和扭矩成比例的電流改變電壓,回轉(zhuǎn)數(shù)一定馬達(dá)扭矩和負(fù)荷扭矩相等,左邊,右邊,式（1-1）,式（1-2）,改變電機(jī)速度的方法（）重要的運(yùn)動(dòng)方程式,圖 從電壓控制到位置控制系的4種控制形態(tài)。,改變電機(jī)速度的方法（）4種控制系,高応答用途,無位置檢測(cè)運(yùn)轉(zhuǎn)的扭矩特性,有位置檢測(cè)動(dòng)轉(zhuǎn)的扭矩,速度一定 根據(jù)其負(fù)荷，電流位相會(huì)發(fā)生變化 （其位相根據(jù)印加電壓而變化）,同直流電機(jī)相同特性 負(fù)荷增加（減少）速度低（高） 誘起電壓下降（增加） 和電源的電壓差增加（減少） 扭矩電流增加（減少） 扭矩增加（減少）,圖3-2 無位置檢測(cè)驅(qū)動(dòng)的扭矩特性圖,圖3-3 有位置檢測(cè)驅(qū)動(dòng)的扭矩特性圖,sin(磁束和電流位相差d）；固定,sin(磁束和電流的位相差d）；變化,永磁同步馬達(dá)的基本特性（）兩種扭矩特性,圖3-4 INV和永磁同步電機(jī),圖3-5改1 120度通電驅(qū)動(dòng)時(shí)的電流波形,圖3-8 180度通電正弦波驅(qū)動(dòng)的電流波形,120度通電方式：方形波驅(qū)動(dòng) 簡單的方法，Torque Ripple大 180度通電方式：正弦波驅(qū)動(dòng) 最近的動(dòng)向，效率噪音低減,永磁同步電機(jī)的基本特性（2）兩種通電方式,誘起電壓為臺(tái)形波狀,誘起電壓為正弦波狀,圖3-6改 6種通電Pattern,結(jié)合回轉(zhuǎn)位置及變化的誘起電壓，誘起電壓選擇最大相的卷線和最小相的卷線進(jìn)行通電。,120度通電方式（）6種通電Pattern,圖3-改 120度通電Pattern,圖2-4 兩種通電MODE,120度通電方式（）重疊期間,図3-改 120度通電,【重點(diǎn)】 Torque Ripple 1Cylce發(fā)生6次 還流電流如果chopper off，Ripple會(huì)增大 最適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)流位相：重疊期間位相線間電壓0位相,圖3-9 度通電等價(jià)回路,直流電源和電機(jī)卷線間有兩個(gè)開關(guān),直流電壓可變；控制 任何一個(gè)開關(guān)chopper動(dòng)作 ；控制, 120度通電方式（）電壓控制法,180度通電方式（）通電Pattern,參考圖 例如任意位置的通電pattern,結(jié)合回轉(zhuǎn)位置、變化誘起電壓（鎖交磁束進(jìn)行90度），同位相（非突 極機(jī)）的正弦波電流流出。,參考圖 誘起電壓和電機(jī)電流的關(guān)系（非突極機(jī)的情況下）,決定電機(jī)電流的波形、大小、位相的3要素。【電壓的3要素】 波形：Pulse Width Modulation 正弦波。 大小：調(diào)整H（=正弦波波高值三角波波高值） 位相：調(diào)整（例如向量控制）,圖3-10 PWM信號(hào)的基本作成方法（相變調(diào)）,圖3-11 和基本波電壓比率,180度通電方式（）電壓控制法 ,【重點(diǎn)】 電機(jī)電流為正弦波 電機(jī)誘起電壓為正弦波INV輸出電壓為正弦波,図3-12 hip形狀線間變調(diào)信號(hào)波,圖3-13 2相線間變調(diào)信號(hào)波,180度通電方式（）電壓控制法 ,(3/2),191V,図,3,-,1,1,図,3,-,12,13,非同步,Carrier頻率,16kHz,Carrier頻率一定。,信號(hào)波和carrier,頻率的關(guān)系,同步,pulse數(shù),21,15,9,高速用途。周波數(shù)比例関係,図,3,-,10,圖3-18 電機(jī)等價(jià)回路（非突極機(jī)）,図3-19 瞬時(shí)電壓，電流波形,圖3-20 瞬時(shí)波形的向量表現(xiàn),軸的電壓位相角度： 軸的電流位相角度：,相卷線軸的d軸角度：d 相卷線軸的電壓位相角度：v,電機(jī)電壓模式 （）電壓電流位相關(guān)系 （）回轉(zhuǎn)座標(biāo)系的向量表現(xiàn),電機(jī)電壓模式（）回轉(zhuǎn)座標(biāo)系模式,回轉(zhuǎn)系（直流量）,電機(jī)印加電壓 電機(jī)電流 誘起電壓（回轉(zhuǎn)中交流） 電阻電壓下降 電感電壓下降,固定座標(biāo)系的實(shí)際世界,永磁磁束,回轉(zhuǎn)座標(biāo)系,回轉(zhuǎn)系（直流量）,電機(jī)印加電壓 電機(jī)電流 誘起電壓 電阻電壓下降 電感電壓下降,線圈鎖交,電機(jī)印加電壓 電機(jī)電流 永磁磁束 電阻電壓下降 電感電壓下降,全部為線圈鎖交,固定系（回轉(zhuǎn)中的交流量）,固定系（交流量）,定義 單獨(dú)控制磁束和電流。 ：電機(jī)扭矩磁束扭矩電流sin(磁束和電流的位相差) 目的可以處理和扭矩成比例的電流量，實(shí)現(xiàn)線形控制。 調(diào)整電流位相，可以容易實(shí)現(xiàn)扭矩/電流比的最大控制。 方法電機(jī)電流、永磁扭矩的扭矩電流Iq成分（和磁束度的位相差）及改變磁束大小的 勵(lì)磁電流Id成分（同磁束同位相）分離開進(jìn)行處理。,【歷史】 過去：可變速電機(jī)（卷線界磁的）直流電機(jī) 界磁卷線和電機(jī)子卷線 有2種。 獨(dú)立控制扭矩中發(fā)生的磁束和電流。 誘導(dǎo)電機(jī)：簡單構(gòu)造、低慣性 但是，電機(jī)電流勵(lì)磁電流和扭矩電流的混合電流 不能夠單獨(dú)進(jìn)行控制。 向量控制（Id0） 永磁同步電機(jī)：利用永磁磁束+卷線磁束的兩個(gè)磁束（Id0）,勵(lì)磁電流Id是依磁束（誘起電壓）為基準(zhǔn)，調(diào)整電流位相。,向量控制 （）目標(biāo), AC伺服等的高應(yīng)答 需要快速采樣處理,參考図 全部向量控制構(gòu)成例,向量控制（）一般方法,向量控制（）難點(diǎn)是什么？ 干涉項(xiàng),【重點(diǎn)】 高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) Vd Iq 變化 Vq Id 變化 電機(jī)模導(dǎo)入控制 （但參數(shù)會(huì)有誤差）,【在模擬控制或高速采樣控制的時(shí)候】 控制側(cè)：為了使Id一定，要調(diào)整Vd 電機(jī)側(cè)：由于Vd變化，Iq也會(huì)變化 控制側(cè):由于Iq已變化，需要調(diào)整Vq 電機(jī)側(cè)：由于Vq變化，Id也會(huì)變化,（課題） 在低速采樣時(shí)會(huì)怎樣？,() 180度位置無傳感：位置變化利用什么？,() 180度位置無傳感器：利用突極性的位置推定,同步電感,電氣角度,180,360,Lq,Ld,問題點(diǎn):通過電流，突極化（Lq/Ld）變化,180度通電位置無傳感器法 (）利用什么？,Id，I,Ld,Lq,圖3-29 實(shí)際回轉(zhuǎn)位置和假設(shè)回轉(zhuǎn)位置,【特征】 電機(jī)內(nèi)部的磁極軸(d-q軸)和控制軸(dc-qc軸)的誤差角是通過電壓指令、電流、電機(jī)系數(shù)得來的。 調(diào)整頻率使其達(dá)到和 （PLL手法）,() 180度位置無感應(yīng)器：位置推定法的考慮方法（日立方式）,180度通電位置無感應(yīng)法 (）中高速 日立方式,Vdc - rIdc + 1LqIqc,tan-1,Vqc - rIqc - 1LqIdc,中高速 擴(kuò)大誘起電壓方式,原理：突極磁束含在永磁磁束中， (擴(kuò)大)計(jì)算誘起電壓，作為非突極型來。,計(jì)算式,VDC,PM,Sup,Sun,Svp,Svn,Swp,Swn,電源,INV主回路,Iw,Iu,IDC,PM,Sup,Sun,Svp,Svn,Swp,Swn,Iw,Iv,Iu,(b) 三分流方式,電源,RDC,PM,Sup,Sun,Svp,Svn,Swp,Swn,IDC,(c) 單分流方式,