永磁同步电PMSM大学答辩攻略

2.2.1整流电路整流电路的功能是将交流电转换成直流电。整流采用的器件主要有二极管 和晶闸管，二极管在工作时无法控制其通断，而晶闸管工作时可以通过控制脉 冲来控制其通断。根据工作时是否具有可控性，变频器采用的整流电路主要有 两种：不可控整流电路和可控整流电路。本设计重点讲述可控整流电路中的 PWM8流电路PWh整流电路的功率因数很高，且工作时不会对电网产生污染，因此PWM8流电路在电子电力设备中应用越来越广泛。PWM整流电路可分为电压型和电流型，但广泛应用的主要是电压型。电压型 PW整流电路有单相和三相之分。F1I U1.iB_i n I -12口|N|3口|J Un- I图2.4三相全控桥式整流电路及有关信号波形在图2.4中，6个晶闸管VS1VS6构成三相全控桥式整流电路。 VS1VS3的 3个阴极连接在一起，称为共阴极组晶闸管；VS4- VS6的3个阳极连接在一起，称为共阳极组晶闸管，VS1VS6的G极与触发电路连接，接受触发电路 送到的触发脉冲的控制。下面来分析电路在三相交流电一个周期（t1t7内的工作过程。在t1t2期间，U相始终为正电压（左负右正，V相始终为负电压（左正 右负，W相在前半段为正电压，后半段为负电压。在 t1时刻触发脉冲送到 VS1 VS5的G极，VS1 VS5导通，有电流流过负载 RL电流的途径是：U相 绕组右端（电压极性为正a点一 VS仔RVSA b点一V相绕组右端 电压极 性为负。因VS1 VS5的导通，a、b两点电压分别加到RL两端，RL上电压的 大小为Uaco在t2t3期间，U相始终为正电压（左负右正，W相始终为负电压（左正右 负，V相在前半段为负电压，后半段为正电压。在 t2时刻，触发脉冲送到VSI、VS6的G极，VSI、VS6导通，有电流流过负载 RL电流的途径是：U相 绕组右端（电压极性为正n点-VS1 RVS6c点-W相绕组右端（电压极性 为负，因VS1 VS6的导通，a、c两点电压分别加到RL两端，RL上电压的大 小为 Uac。在t3t4期间,V相始终为正电压（左负心正，W相始终为负电压（左正右 负，U相在前半段为正电压，后半段变为负电压。在 t3时刻，触发脉冲送到 VS2 VS6的G极，VS2 VS6导通，有电流流过负载 RL电流的途径是；V相 绕组右端（电压极性为正b点-VSARL-VS4c点-W相绕组右端（电压极 性为负，因VS2 VS6的导通，b、c两点电压分别加到RL两端，RL上电压的 大小为 Ubc。在t4t5期间，V相始终为正电压（左负有正，U相始终为负电压（左正 右负，W相在前半段为负电压，后半段变为正电压。在 t4时刻，触发脉冲送 到VS2 VS4的G极，VS2 VS4导通，有电流流过负载 RL电流的途径是：V 相绕组右端（电压极性为正-b点-VSA RL-VS4a点-U相绕组右端（电压 极性为负，因VS2 VS4的导通，b、a两点电压分别加到RL两端，RL上电压 的大小为 Uba。在t5t6期间.W相始终为正电压（左负右正，U相始终为负电压（左正 右负，V相在前半段为正电压，后半段变为负电压。在 t5时刻，触发脉冲送 到VS3 VS4的G极，VS3 VS4导通，有电流流过负载 RL电流的途径是：W 相绕组右端（电压极性为正-c点-VS4 RL-VS4a点-U相绕组右端 电压 极性为负，因VS3 VS4的导通，c、a两点电压分别加到RL两端，RL上电压 的大小为 Uca。在t6t7期间，W相始终为正电压（左负右正，V相始终为负电压（左正 右负，U相往前半段为负电压，后半段变为正电压。在 t6时刻，触发脉冲送 到VS3 VS5的G极.VS3 VS5导通，有电流流过负载 RL电流的造径是：W 相绕组右端（电压特性为正 -c点-VS4RL-VS5 b点-V相绕组右端（电 压极性为负 ，因VS3 VS5的导通，c、b两点电压分别加到RL两端，RL上电 压的大小为Ucb。在t7时刻以后，电路会重复t1t7期间的过程，在负载RL 上可以得到图 2.8 所示的脉动直流电压 UL。在上面的电路分析中，将交流电压一个周期（t1t7分成6等价，每等价 所占的相位角为60,在任意一个60相位角内，始终有两个晶间管处于导 通状态（个共阴极组晶闸管，一个共阳极组晶间管 ，并且任意一个晶间管的 导通角都是120。另外，触发脉冲不是同时加到 6个晶闸管的G极，而是在 触发时刻将触发脉冲同时送到需触发的 2个晶闸管G极。2.3三相SPW波的产生变频器采用的逆变电路主要有方波逆变电路和SPWM波逆变电路。因为方波逆变器产生的是方波信号，其所含的谐波成分较多，会使电动机发热且转矩 脉动大，在低速时影响转速平稳。解决这个问题的方法有：一是采用多个方波 逆变器组成多重方波逆变器，已接近正弦波的信号去驱动电动机；二是采用 SPW逆变器，产生与正弦波等效的 SPW波去驱动电动机。SPW逆变器主电路 的详细工作过程如下：单极性SPWM波和双极性SPWM波用来驱动单相电动机，三相 SPWM波则用来驱动三相电动机。图 2.6是三相桥式PWM逆变电路，它可以产生三相 SPWM波，图中电容 C1、C2容量相等，它将电压分成相等的两部分，为中点，C1、C2两端的电压均为UwnLiWCl(b波形图图2.6三相桥式PWM逆变电路产生三相 SPW波三相SPW波的产生说明如下 时,PWM控制信号使VT1导通、VT4关断，U点通过VT1与 正 端直接连接，U点与中点 之间的电压 Q当 (4.9(4.10由式（4-3可以看出，永磁同步电机输出转矩中包含两个分量，第一项是 由两磁场相互作用所产生的电磁转矩，第二项是由凸极效应引起，并与两轴电 感参数的差值成正比的磁阻转矩。对于隐极永磁同步电机，第二项为零，不存在磁阻转矩，只存在电磁转矩。即.n（4.ii因为是不可调节的，因此矢量控制就是控制定子电流矢量的幅值和它相对叵的空间角度 （转矩角。控制 一I时，向量 与正交，我们将这种情况称为“磁场定向”。此时每安培定子电流产生的转矩值最大，即可获得最高的转矩/电流比值，电动机铜耗也最小。显然，这是一种很有吸引力的运行状态。因此，永磁同步电机的磁场定向矢量控制就是要准确地检测出转子的空间 位置（d轴，通过控制逆变器使三相定子的合成电流位于q轴上，那么，永磁同步电机的电磁转矩只与定子电流的幅值成正比，即控制定子电流的幅值就能 较好地控制电磁转矩。图4.4给出了转子磁场定向的矢量控制系统原理图图4.4 PMSM矢量控制的原理图若使两相d-q坐标系与转子磁链同步旋转，并进一步将 d轴取在转子磁链 方向上，则转子磁链与转矩分别由定子电流的励磁分量和转矩分量 来控制，当转子磁链幅值保持恒定时，系统可实现对转矩与转子磁链的解耦控制。图4.4表明，这是一个电流内环、转速外环的双闭环控制系统。首先，根 据检测到的电机转速和输入的参考转速，利用转速与转矩的关系，通过速度 PI控制器计算得到定了电流、的参考输入 丨和目。通过相电流检测电路提取 和，再使用Clark变换将它们转换到定了两相坐标系中，然后使用 Park变换，将它们转换到d-q旋转坐标系中，再将d-q坐标系中的电流信号 与它们的 丨和曰相比较，其中 ，通过PI控制器获得理想的控制 量。控制信号再通过 Park逆变换送到三相逆变器，从而得到控制定了三相对 称绕组的实际电流。外环速度环产生了定子电流的参考值，内环电流环得到实 际控制信号，从而构成一个完整的速度矢量双闭环控制系统。2）永磁同步电机的矢量控制方法的选择永磁同步电机用途不同，电机电流矢量的控制方法也各不相同。根据转矩 公式可以看出，永磁同步电动机输出同一个转矩时存在不同的转矩电流与励磁 电流的组合，这样就存在不同的电流控制策略。通常采用的控制策略主要有： .三控制；力矩电流比最大控制；功率因数等于1控制；恒磁链控制。除此之外，还有转矩线性控制法，但因为其控制方法太繁琐，实现起来十 分困难一般不考虑采用。不同控制方法具有不同的优缺点，如三 最为简单， I可降低与之匹配的逆变器的容量，恒磁链控制可增大电动机的最大输出转矩等。当采用 习 的控制方案时，转矩和 呈线性关系，只要对 进行控制就达到了控制转矩的目的。并且，在表面式永磁同步电机中， 保持网：可以保证用最小的电流幅值得到最大的输出转矩。或者说，在产生 所要求转距的情况下，只需最小的电流，从而使铜耗下降，效率有所提高。这 正是本文采用这种控制策略的原因。i唐任远，顾国彪，秦和，莫会成，沈梁伟，胡鉴清，黄国治 电机项目/中国电气项目大典（第9卷M.北京：中国电力出版社,2008:586-591.