高性能的通用变频器课件

交流调速系统的交流调速系统的控制策略控制策略 交流调速系统的控制策略 1(一)发展的历史(一)发展的历史2 2020世纪世纪6060年代以前的年代以前的电气传动电气传动80%80%交流不调速传动交流不调速传动18%18%直流可调速传动直流可调速传动 2%2%交流可调速传交流可调速传动动 20世纪60年代以前的37070年代开始年代开始电力电子技术的应用电力电子技术的应用开创了交流可调速传动开创了交流可调速传动的新纪元的新纪元70年代开始电力电子技术的应用4现代交流调速传动的物质基础现代交流调速传动的物质基础电力电子变换器电力电子变换器微处理器：单片机、微处理器：单片机、DSPDSP、RISC RISC 数据通信：现场总线、无线总线、数据通信：现场总线、无线总线、工业以太网工业以太网 现代交流调速传动的物质基础电力电子变换器5预测预测20102010年的电力电子应用年的电力电子应用预测2010年的电力电子应用6(二）现代交流调速系统二）现代交流调速系统的类型的类型(二）现代交流调速系统的类型7异步电动机调速系统异步电动机调速系统 1.转差功率消耗型转差功率消耗型例如：变压调速例如：变压调速 定子用双向晶闸管调压器调速定子用双向晶闸管调压器调速 2.转差功率馈送型转差功率馈送型例如例如:双馈电机调速双馈电机调速 转子用整流、逆变器调速转子用整流、逆变器调速 3.转差功率不变型转差功率不变型变压变频调速变压变频调速 定子用定子用PWMPWM变压变频器调速变压变频器调速异步电动机调速系统 1.转差功率消耗型例如：变压调速 8同步电动机调速系统同步电动机调速系统同步电动机转差恒等于同步电动机转差恒等于0 0，没有转差功率，没有转差功率，只有转差功率不变型的变压变频调速。只有转差功率不变型的变压变频调速。1.1.他控变频调速系统，他控变频调速系统，2.2.自控变频调速系统。自控变频调速系统。同步电动机调速系统同步电动机转差恒等于0，没有转差功率，9变压变频（变压变频（VVVF)VVVF)调速是调速是交交流流可调速传动的主流可调速传动的主流n满足一般工艺要求的平滑调速满足一般工艺要求的平滑调速n风机、泵类节能调速风机、泵类节能调速n高动态性能调速系统和伺服系统高动态性能调速系统和伺服系统变压变频（VVVF)调速是交流可调速传动的主流10（三）基于异步电动机（三）基于异步电动机稳态模型的一般性能稳态模型的一般性能变压变频调速系统变压变频调速系统（三）基于异步电动机稳态模型的一般性能11变压变频控制特性变压变频控制特性mNf1Nm恒转矩调速恒转矩调速恒功率调速恒功率调速UsUsUsNmf1变压变频控制特性mNf1Nm恒转矩调速恒功率调速UsUs12带电压补偿的恒压频比控制特性带电压补偿的恒压频比控制特性a 无补偿无补偿 b 带定子压降补偿带定子压降补偿 OUsf 1a 无补偿无补偿 b 带定子压降补偿带定子压降补偿 0UsUsNf 1f 1Na 无补偿无补偿 b 带定子压降补偿带定子压降补偿 带电压补偿的恒压频比控制特性a 无补偿 b 带定子压降补131.转速开环恒压频比控制的调速系统转速开环恒压频比控制的调速系统1M3电压电压检测检测泵升泵升限制限制电流电流检测检测温度温度检测检测电流电流检测检测单单片片机机显示显示设定设定接口接口PWMPWM发生器发生器驱动驱动电路电路URUIR0R1R2RbVTbK1.转速开环恒压频比控制的调速系统1M电压泵升电流温度电流14控制作用控制作用tfufu斜坡函数斜坡函数U/f 曲线曲线驱动驱动电路电路工作频工作频率设定率设定升降速升降速时间设定时间设定电压补偿设定电压补偿设定PWMPWM产生产生控制作用tfufu斜坡函数U/f 曲线驱动工作频升降速电152.转速闭环转差频率控制的调速系统转速闭环转差频率控制的调速系统1)在在s 值很小的稳态运行范围内，保持气隙磁值很小的稳态运行范围内，保持气隙磁通通 m不变时，电磁转矩近似与转差角频率不变时，电磁转矩近似与转差角频率 s 成正比。成正比。控制转差频率控制转差频率 s ，就代表控制转矩。，就代表控制转矩。2 2）按恒）按恒 控制可保持控制可保持 m恒定，须恒定，须在在Us/1 为恒值为恒值的基础上再提高电压的基础上再提高电压 Us 以补偿定子以补偿定子压降。压降。2.转速闭环转差频率控制的调速系统1)在s 值很小的稳态运16压频比控制特性压频比控制特性1OUs/1=Const.Eg/1=Const.定子电流增大的趋势定子电流增大的趋势压频比控制特性1OUs/1=Const.Eg/1=Con17转差频率控制的变压变频调速系统转差频率控制的变压变频调速系统FBS电电压压型型逆逆变变器器PWMM3 ASR转差频率控制的变压变频调速系统FBSMASR18（四）基于异步电动机动态模型的高动态性能调速系统（四）基于异步电动机动态模型的高动态性能调速系统19通用变频器控制的局限性n调速范围不过调速范围不过1 1：1010左右左右n调速时有静差，精度不高调速时有静差，精度不高n不能像直流调速系统那样提供不能像直流调速系统那样提供很高的动态性能很高的动态性能 通用变频器控制的局限性调速范围不过1：10左右20已应用成熟的高性能调速控制策略已应用成熟的高性能调速控制策略 矢量控制矢量控制(VC)(VC)直接转矩控制直接转矩控制(DTC)(DTC)已应用成熟的高性能调速控制策略 矢量控制(VC)21VC与与DTC的共同点的共同点1 1、数学模型、数学模型同样基于异步电动同样基于异步电动机的动态数学模型。机的动态数学模型。2 2、控制结构、控制结构转速、磁链分别控转速、磁链分别控制，转速环内加转矩内环，以抑制，转速环内加转矩内环，以抑制磁链的扰动，达到近似解耦。制磁链的扰动，达到近似解耦。VC与DTC的共同点1、数学模型同样基于异步电动机的动221.基于同样的异步电机多变量非线性基于同样的异步电机多变量非线性动态数学模型（两相同步旋转坐标）动态数学模型（两相同步旋转坐标）1.基于同样的异步电机多变量非线性动态数学模型（两相同步旋转23 状态方程状态方程 在两相坐标系上异步电动机的状态在两相坐标系上异步电动机的状态方程是方程是5 5阶的，须选取阶的，须选取5 5个状态变量。个状态变量。在系统的动态模型中，输入变量是在系统的动态模型中，输入变量是 对于笼型转子电机，转子内部是短对于笼型转子电机，转子内部是短路的，路的，状态方程 在两相坐标系上异步电动机的状态方24因此，因此，可供选用的变量可供选用的变量如下：如下：转速转速 4个电流变量个电流变量 4个磁链变量个磁链变量其中，电流和磁链变量是相关的。其中，电流和磁链变量是相关的。因此，可供选用的变量如下：25转子电流不可测，不便于转子电流不可测，不便于实现状态反馈，于是：实现状态反馈，于是：转速转速 4个电流变量个电流变量 4个磁链变量个磁链变量转子电流不可测，不便于实现状态反馈，于是：26 可选定子电流可选定子电流 和转子磁链和转子磁链 或选定子电流或选定子电流 和定子磁链和定子磁链 矢量控制矢量控制选用选用 方程。方程。直接转矩控制直接转矩控制选用选用 方程。方程。272.总体控制结构相同总体控制结构相同n在控制结构上，矢量控制和直接转在控制结构上，矢量控制和直接转矩控制矩控制都采用转矩、磁链分别控制都采用转矩、磁链分别控制。n转矩控制环（或电流的转矩分量环）转矩控制环（或电流的转矩分量环）都处于转速环的内环都处于转速环的内环，可抑制磁链，可抑制磁链变化对转速子系统的影响，使转速变化对转速子系统的影响，使转速和磁链子系统和磁链子系统近似解耦近似解耦。2.总体控制结构相同在控制结构上，矢量控制和直接转矩控制都采28高性能异步电机调速系统的控制结构高性能异步电机调速系统的控制结构 高性能异步电机调速系统的控制结构29 从表面上看，两种系统的控从表面上看，两种系统的控制方法虽然有所不同，制方法虽然有所不同，在控制在控制性能上各有特色。性能上各有特色。但是，但是，两种系统两种系统在本质上是在本质上是一样的，都能获得较高的静、一样的，都能获得较高的静、动态性能。动态性能。从表面上看，两种系统的控制方法虽然有所不同，在控制性能上30（五）矢量控制系统（五）矢量控制系统1971 德国西门子公司德国西门子公司F.Blaschke工程师：工程师：Transvector control（矢量变换控制）（矢量变换控制）1980 德国德国Braunschweig University W.Leonhard教授教授,R.Gabriel,G.Heinemann 等：等：Field orientated control （磁场定向控制）（磁场定向控制）（五）矢量控制系统1971 德国西门子公司F.Blasch31矢量控制系统的特点矢量控制系统的特点在按转子磁链定向的在按转子磁链定向的dq同步旋转坐标系上，同步旋转坐标系上，把定子电流分解为其励磁分量和转矩分量，把定子电流分解为其励磁分量和转矩分量，得到得到类似于直流电机的动态模型类似于直流电机的动态模型。变换成独立的转速子系统和转子磁链子系统，变换成独立的转速子系统和转子磁链子系统，分别分别用用PI调节器进行连续控制调节器进行连续控制。矢量控制系统的特点32按按 定向实现定子电流解耦的定向实现定子电流解耦的 直接矢量控制系统直接矢量控制系统按 定向实现定子电流解耦的 直接矢量33n按按转转子子磁磁链链定定向向会会受受电电机机参参数数（如如转转子子电电阻阻）变变化化的的影影响响而而失失真真，从从而降低了系统的调速性能，而降低了系统的调速性能，n采用采用智能化调节器智能化调节器可以克服这一缺可以克服这一缺点，提高系统的鲁棒性。点，提高系统的鲁棒性。矢量控制的不足和解决方法矢量控制的不足和解决方法按转子磁链定向会受电机参数（如转子电阻）变化的影响而失真，从34（六）直接转矩控制系统（六）直接转矩控制系统1985 Ruhr University M.Depenbrock 教授教授 DSR(Direkte Selbst-regelung)即即Direct Self Control 现通称现通称 DTC(Direct Torque Control）（六）直接转矩控制系统1985 Ruhr Universi35 直接转矩控制系统的特点直接转矩控制系统的特点 n舍去比较复杂的旋转坐标变换，舍去比较复杂的旋转坐标变换，在两相静在两相静止坐标系上止坐标系上构成转矩和定子磁链的反馈信构成转矩和定子磁链的反馈信号。号。n但是，数学模型不够简化，不能用线性调但是，数学模型不够简化，不能用线性调节器来控制转矩和定子磁链，因而改用节器来控制转矩和定子磁链，因而改用双双位式的砰位式的砰-砰控制器砰控制器。n根据二者的变化选择根据二者的变化选择电压空间矢量的电压空间矢量的PWM开关状态，开关状态，以控制电机的转速。以控制电机的转速。直接转矩控制系统的特点 舍去比较复杂的旋转坐标变换，在两36转矩和定子磁链砰转矩和定子磁链砰-砰控制的砰控制的 直接转矩控制系统直接转矩控制系统转矩和定子磁链砰-砰控制的 直接转矩控制系统37n砰砰-砰控制属于砰控制属于P P控制控制，可以获得比，可以获得比PIPI控制控制更快的动态转矩响应。更快的动态转矩响应。n按按定子磁链定子磁链控制，避免了转子参数变化的控制，避免了转子参数变化的影响。影响。直接转矩控制的优点直接转矩控制的优点砰-砰控制属于P控制，可以获得比PI控制更快的动态转矩响应。38 直接转矩控制的不足和解决办法直接转矩控制的不足和解决办法 *砰砰-砰控制引起转矩脉动，砰控制引起转矩脉动，*带带积积分分环环节节的的电电压压型型磁磁链链模模型型在在低低速速时时误误差大，差大，这都这都影响系统的低速性能影响系统的低速性能。低低速速时时改改用用电电流流型型模模型型，可可减减小小磁磁链链误误差差，但但又又受受转转子子参参数数变变化化影影响响，牺牺牲牲了了鲁鲁棒棒性性好的优点。好的优点。直接转矩控制的不足和解决办法39（七）（七）VC和和DTC的应用的应用特色和发展前景特色和发展前景两种方案都适用于高性能调速。两种方案都适用于高性能调速。矢矢量量控控制制更更有有利利于于宽宽范范围围调调速速系系统和伺服系统。统和伺服系统。直接转矩控制直接转矩控制更有利于需要快速更有利于需要快速转矩响应（特别在弱磁范围）的转矩响应（特别在弱磁范围）的大惯量运动控制系统。大惯量运动控制系统。（七）VC和DTC的应用特色和发展前景两种方案都适用于高性40两种控制策略都有其不足之处，两种控制策略都有其不足之处，研究和开发工作都朝着克服其研究和开发工作都朝着克服其缺点的方向发展。缺点的方向发展。两种控制策略都有其不足之处，研究和开发工作都朝着克服其缺点的41用用现现代代智智能能控控制制方方法法可可使使被被控控系系统统不不依依赖赖于于或或较较少少依依赖赖于于控控制制对对象象的的数数学学模模型型，因因而而能能使使矢矢量量控控制制系系统统不不受受或或少少受受电电机机参参数数变变化化的的影影响响，比比较较方方便便的的办办法法是是采采用用单单神神经经元元构构成成的的自适应自适应PID控制器控制器。用现代智能控制方法可使被控系统不依赖于或较少依赖于控制对象的42对直接转矩控制系统对直接转矩控制系统的研究和产品改进的研究和产品改进着重于提高低速性能着重于提高低速性能对直接转矩控制系统的研究和产品改进着重于提高低速性能431 1、在砰、在砰-砰控制器基础上改进，砰控制器基础上改进，细化磁链偏细化磁链偏差和转矩偏差差和转矩偏差2 2、间接自控制间接自控制ISR(Indirekte ISR(Indirekte Selbstregelung)Selbstregelung)系统系统 3 3、按定子磁链定向的矢量控制系统、按定子磁链定向的矢量控制系统 （SFVCSFVC系统）系统）1、在砰-砰控制器基础上改进，细化磁链偏差和转矩偏差2、间44ISR系统系统*德德国国鲁鲁尔尔大大学学Depenbrock教教授授和和Steimel教授提出。教授提出。*将将砰砰-砰砰控控制制器器改改为为连连续续的的调调节节器器，用用PI调调节节对对定定子子磁磁链链幅幅值值进进行行闭闭环环控控制制，以以建建立立圆圆形形的的定定子磁链轨迹；子磁链轨迹；*根根据据电电磁磁转转矩矩的的偏偏差差推推算算出出磁磁链链矢矢量量增增量量所所对对应的角度应的角度 ；*按按照照磁磁链链、转转矩矩两两个个调调节节器器的的输输出出推推算算出出定定子子电压矢量电压矢量，求得相应的变频器开关状态。求得相应的变频器开关状态。ISR系统*德国鲁尔大学Depenbrock教授和Steim45按定子磁链定向的矢量控制系统按定子磁链定向的矢量控制系统SFVCSFVC系统系统n按按定子磁链定子磁链决定旋转坐标的方向决定旋转坐标的方向n在控制算法中在控制算法中避免转子参数避免转子参数的影响的影响n采用采用PIPI调节器调节器连续控制或补偿控制连续控制或补偿控制按定子磁链定向的矢量控制系统SFVC系统按定子磁链决定46ISRISR系统和系统和SFVCSFVC系统系统实际上都是实际上都是DTCDTC系统和系统和VCVC系统取长系统取长补短的融合与折中。补短的融合与折中。ISR系统和SFVC系统47（八）控制理论的应用（八）控制理论的应用（八）控制理论的应用481.非线性系统精确线性化解耦控制非线性系统精确线性化解耦控制 理论分析证明：按转子磁链理论分析证明：按转子磁链定向的矢量控制系统是非线性定向的矢量控制系统是非线性系统精确线性化解耦控制的系统精确线性化解耦控制的一类实现。一类实现。1.非线性系统精确线性化解耦控制 理论分析证明：按转子磁链492.2.非线性系统无源性理论非线性系统无源性理论 按无源性理论得到的控制按无源性理论得到的控制系统与转差型的间接矢量控系统与转差型的间接矢量控制系统十分相似。制系统十分相似。2.非线性系统无源性理论 按无源性理论得到的控制系503.3.智能控制智能控制#智能智能控制系统是不依赖于或较少依赖于对象控制系统是不依赖于或较少依赖于对象数学模型的控制系统数学模型的控制系统#异步电动机有较确定的数学模型异步电动机有较确定的数学模型#模糊控制实际上是多级的砰模糊控制实际上是多级的砰-砰控制砰控制#神经网络需多层次计算，不利于实时控制神经网络需多层次计算，不利于实时控制#由由单神经元构成自适应单神经元构成自适应PID控制器，可提高控制器，可提高控制系统的鲁棒性控制系统的鲁棒性3.智能控制#智能控制系统是不依赖于或较少依赖于对象数学模型51（九）无速度传感器控制 转转速速闭闭环环控控制制需需要要转转速速反反馈馈信信号号，高高性性能能系系统统一一般般都都用用光光电电码码盘盘，如如果果能能取取消消光光电电码码盘盘而而保保持持良良好好的的控控制制性性能，显然会大受欢迎。能，显然会大受欢迎。高性能的通用变频器都希望采用高性能的通用变频器都希望采用无速度传感器控制，通过容易测量的无速度传感器控制，通过容易测量的定子电压和电流信号间接求得转速。定子电压和电流信号间接求得转速。（九）无速度传感器控制 转速闭环控制需要转速反馈信号，52常用的方法常用的方法1.1.从电机模型推导转速方程，计算转速。从电机模型推导转速方程，计算转速。2.2.用电机模型计算转差频率，进行补偿。用电机模型计算转差频率，进行补偿。3.3.按按模模型型参参考考自自适适应应理理论论，选选择择参参考考模模型型和和可调整模型，同时辨识转速和转子磁链。可调整模型，同时辨识转速和转子磁链。4.4.利用其它辨识或估计方法求得转速。利用其它辨识或估计方法求得转速。5.5.利用电机的齿谐波电势计算转速。利用电机的齿谐波电势计算转速。第第1 1、2 2类方法比较实用类方法比较实用常用的方法53无速度传感器控制存在的问题1.1.计计算算和和辨辨识识的的精精度度不不高高,动动态态转转速速准准确度有限。确度有限。2.2.实实用用的的无无速速度度传传感感器器调调速速系系统统只只能能实实现现一一般般的的动动态态性性能能，高高精精度度的的调调速速范范围有限围有限。已已有有若若干干品品种种无无速速度度传传感感器器的的高高性性能能通通用用变变频器问世，但研究工作仍在继续。频器问世，但研究工作仍在继续。无速度传感器控制存在的问题1.计算和辨识的精度不高,动态转速54（十）同步电动机变压变频调速系统（十）同步电动机变压变频调速系统（1）同步电动机的稳态转速等于同步转同步电动机的稳态转速等于同步转速，速，转差转差 s=0。（2）同步电动机同步电动机有独立的直流励磁，或有独立的直流励磁，或用永久磁钢励磁。用永久磁钢励磁。（3）同步电动机有隐极与凸极之分，隐同步电动机有隐极与凸极之分，隐极式电机气隙均匀，极式电机气隙均匀，凸极式则不均匀，凸极式则不均匀，两轴的电感系数不等。两轴的电感系数不等。（十）同步电动机变压变频调速系统（1）同步电动机的稳态转速等55（4）同步电动机同步电动机可通过调节转子的直可通过调节转子的直流励磁电流，改变输入功率因数。流励磁电流，改变输入功率因数。（5）同步电动机转子有独立励磁同步电动机转子有独立励磁,在极在极低的电源频率下也能运行，因此，在低的电源频率下也能运行，因此，在同样条件下，同样条件下，同步电动机的调速范围同步电动机的调速范围比异步电动机更宽。比异步电动机更宽。（6）同步电动机比异步电动机同步电动机比异步电动机对转矩对转矩扰动具有更强的承受能力，能产生更扰动具有更强的承受能力，能产生更快的动态响应。快的动态响应。（4）同步电动机可通过调节转子的直流励磁电流，改变输入功率因56同步电动机变压变频调速系统的类型同步电动机变压变频调速系统的类型（1 1）他控变频调速系统他控变频调速系统 用独立的变压变频装置给同步电动机供用独立的变压变频装置给同步电动机供电的系统。电的系统。（2 2）自控变频调速系统自控变频调速系统 用电动机本身轴上所带转子位置检测器用电动机本身轴上所带转子位置检测器或电动机反电动势波形提供的转子位置信或电动机反电动势波形提供的转子位置信号来控制变压变频装置换相时刻的系统。号来控制变压变频装置换相时刻的系统。同步电动机变压变频调速系统的类型（1）他控变频调速系统57一、他控变频同步电动机调速系统一、他控变频同步电动机调速系统n转速开环恒压频比控制的同步电动机转速开环恒压频比控制的同步电动机群调速系统群调速系统 n由交由交-直直-交电流型负载换流变压变频交电流型负载换流变压变频器供电的同步电动机调速系统器供电的同步电动机调速系统 n由交由交-交变压变频器供电的大型低速同交变压变频器供电的大型低速同步电动机调速系统步电动机调速系统 一、他控变频同步电动机调速系统转速开环恒压频比控制的同步电动58二、自控变频同步电动机调速系统二、自控变频同步电动机调速系统n基本结构与原理基本结构与原理n梯形波永磁同步电动机（无刷直流电梯形波永磁同步电动机（无刷直流电动机）的自控变频调速系统动机）的自控变频调速系统 n正弦波永磁同步电动机的自控变频调正弦波永磁同步电动机的自控变频调速系统速系统 二、自控变频同步电动机调速系统基本结构与原理59BQ转子位置转子位置检测器检测器MS同步电动机同步电动机UI逆变器逆变器控制控制UI输入电压输入电压就控制了就控制了MS的转速的转速 基本结构与原理基本结构与原理BQ转子位置检测器MS同步电动机UI逆变器控制UI输60 特特 点点MS本身是一台同步电动机本身是一台同步电动机MS+UI+BQ 合起来相当于一台直流电动机合起来相当于一台直流电动机 直流电动机电枢里面的电流本来就是直流电动机电枢里面的电流本来就是交交变的，只是经过换向器和电刷才在外部电路表变的，只是经过换向器和电刷才在外部电路表现为直流，换向器是机械式的逆变器，电刷相现为直流，换向器是机械式的逆变器，电刷相当于磁极位置检测器。在自控变频同步电动机当于磁极位置检测器。在自控变频同步电动机中，中，用电力电子逆变器和转子位置检测器替代用电力电子逆变器和转子位置检测器替代机械式的换向器和电刷。机械式的换向器和电刷。特 点MS本身是一61自控变频同步电动机的名称自控变频同步电动机的名称自控变频同步电动机在其开发与发展的过程自控变频同步电动机在其开发与发展的过程中，曾采用过多种名称，有的至今仍习惯中，曾采用过多种名称，有的至今仍习惯性地使用着，它们是：性地使用着，它们是：n无换向器电动机无换向器电动机 n无刷直流电动机（采用方波电流时）无刷直流电动机（采用方波电流时）n三相永磁同步电动机（输入正弦波电流时）三相永磁同步电动机（输入正弦波电流时）自控变频同步电动机的名称自控变频同步电动机在其开发与发展的过62永磁同步电动机的优点永磁同步电动机的优点l由于采用了永磁材料磁极，特别是采用了由于采用了永磁材料磁极，特别是采用了稀土金属永磁，容量相同时电机的稀土金属永磁，容量相同时电机的体积小、体积小、重量轻重量轻；l转子没有铜损和铁损，又没有滑环和电刷转子没有铜损和铁损，又没有滑环和电刷的摩擦损耗，运行的摩擦损耗，运行效率高效率高；l转动惯量小，允许脉冲转矩大，可获得较转动惯量小，允许脉冲转矩大，可获得较高的加速度，高的加速度，动态性能好动态性能好；l结构紧凑，结构紧凑，运行可靠运行可靠。永磁同步电动机的优点由于采用了永磁材料磁极，特别是采用了稀土631.梯形波永磁同步电动机梯形波永磁同步电动机（无刷直流电动机）自控变频调速系统（无刷直流电动机）自控变频调速系统 无刷直流电动机是一种特定类型的同无刷直流电动机是一种特定类型的同步电动机，步电动机，调速时只须按直流调速时只须按直流PWM的方的方法控制输入电压法控制输入电压，实际上自动地控制了频，实际上自动地控制了频率，仍属于同步电动机的变压变频调速，率，仍属于同步电动机的变压变频调速，但比交流但比交流PWM控制要简单得多。控制要简单得多。1.梯形波永磁同步电动机（无刷直流电动机）自控变频调速系统64 由于绕组电感的作用，换相时电流不由于绕组电感的作用，换相时电流不可能突跳，其波形只能是近似梯形的，实际可能突跳，其波形只能是近似梯形的，实际的转矩波形每隔的转矩波形每隔6060出现一个缺口，用出现一个缺口，用 PWM 调压调速又使平顶部分出现纹波，调压调速又使平顶部分出现纹波，转矩脉动转矩脉动使梯形波永磁同步电动机的调使梯形波永磁同步电动机的调速速性能低于正弦波的永磁同步电动机。性能低于正弦波的永磁同步电动机。由于绕组电感的作用，换相时电流不65 梯形波永磁同步电动机（即无刷直梯形波永磁同步电动机（即无刷直流流电动机）的转矩与电流成正比，电动机）的转矩与电流成正比，控制系控制系统和直流调速系统一样，统和直流调速系统一样，要求不高时，要求不高时，可采用开环调速，对于动态性能要求较可采用开环调速，对于动态性能要求较高的负载，可采用双闭环控制系统。高的负载，可采用双闭环控制系统。梯形波永磁同步电动机（即无刷直流662.正弦波永磁同步电动机正弦波永磁同步电动机自控变频调速系统自控变频调速系统 正弦波永磁同步电动机正弦波永磁同步电动机（PMSM)具有定具有定子子三相分布绕组和永磁转子，在磁路结构和绕组三相分布绕组和永磁转子，在磁路结构和绕组分布上保证定子绕组中的感应电动势具有正弦分布上保证定子绕组中的感应电动势具有正弦波形，外施的定子电压和电流也应为正弦波，波形，外施的定子电压和电流也应为正弦波，靠靠交流交流PWM变压变频器变压变频器供电。供电。2.正弦波永磁同步电动机自控变频调速系统 正弦波67按转子磁链定向控制按转子磁链定向控制 正弦波永磁同步电动机一般没有阻尼绕组，正弦波永磁同步电动机一般没有阻尼绕组，转子磁通由永久磁钢决定，是恒定不变的。可转子磁通由永久磁钢决定，是恒定不变的。可采用按转子磁链定向控制，即将两相旋转坐标采用按转子磁链定向控制，即将两相旋转坐标系的系的d轴定在转子磁链轴定在转子磁链 r 方向上，无须再采用方向上，无须再采用任何计算磁链的模型。任何计算磁链的模型。按转子磁链定向控制 正弦波永磁同步电动机一般没有阻尼68 由于由于 r r 恒定，恒定，电磁转矩与定子电流的幅值电磁转矩与定子电流的幅值成成正比，正比，控制定子电流幅值就能很好地控制转矩，控制定子电流幅值就能很好地控制转矩，和直流电动机完全一样。和直流电动机完全一样。控制方法简单，只要能准确地检测出转子控制方法简单，只要能准确地检测出转子 d 轴的空间位置，控制逆变器轴的空间位置，控制逆变器使三相定子的合成使三相定子的合成电电流（或磁动势）矢量位于流（或磁动势）矢量位于q 轴上轴上就可以了，比异就可以了，比异步电动机矢量控制系统要简单得多。步电动机矢量控制系统要简单得多。由于 r 恒定，电磁转矩与定子电流的幅值成正比，69按转子磁链定向的矢量控制系统按转子磁链定向的矢量控制系统按转子磁链定向的矢量控制系统70 转速调节器转速调节器ASR的输出是正比于电磁转的输出是正比于电磁转矩矩的定子电流给定值。的定子电流给定值。转速调节器ASR的输出是正比于电磁转矩的定子电流给71基速以上的弱磁调速基速以上的弱磁调速 需要恒功率调速时，要用到基速以上的弱需要恒功率调速时，要用到基速以上的弱磁调速，最简单的办法是使磁调速，最简单的办法是使定子电流的直轴定子电流的直轴分量分量 id 0 ，其励磁方向与，其励磁方向与 r r相反，起去磁相反，起去磁作用。但是，稀土永磁材料的磁阻很大，利作用。但是，稀土永磁材料的磁阻很大，利用电枢反应弱磁的方法需要较大的定子电流用电枢反应弱磁的方法需要较大的定子电流直轴去磁分量。直轴去磁分量。实现恒功率弱磁调速是永磁实现恒功率弱磁调速是永磁同步电动机调速系统的重要课题。同步电动机调速系统的重要课题。基速以上的弱磁调速 需要恒功率调速时，要用到基速以上的72谢谢！谢谢！谢谢！73