稀土永磁同步電機(jī)之形波永磁同步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速運(yùn)行和控制

2 . 1矩形波電流控制系統(tǒng)

圖75為一個(gè)典型的矩形波電流控制永磁同步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)，它由永磁同步電動(dòng)機(jī)、逆變器、位置傳感器和控制系統(tǒng)四部分組成。典型的控制系統(tǒng)包括有位置控制器、速度控制器和電流（轉(zhuǎn)矩）控制器。用于矩形波電流控制的位置傳感器通常沿電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子表面兩個(gè)極距提供6個(gè)位置信息，互相錯(cuò)開(kāi)6護(hù)電角度，德個(gè)位置信息觸發(fā)逆變器中的一個(gè)功率晶體管，使之在1200電角度內(nèi)導(dǎo)通，如圖7-6所示。圖7-6a中，位置信息尸（U +）和（U）分別控制功率晶體管VT，和VT 。的導(dǎo)通，即分別提供U相繞組的正、負(fù)電壓（電流）；（v十）和P ( V一）分別使vTJ和vT．導(dǎo)通，從而分別提供V相繞組的正、負(fù)電壓（電流）；尸（W +）和P ( w）分別控制VT，和vT：的導(dǎo)通，分別提供W相的電壓（電流）。在任一時(shí)刻，只有兩只晶體管（兩相）導(dǎo)通。例如，在耐6一2之間， ( U勺和VT ' ( V一）導(dǎo)通，其空間合成矢量如圖所示。在2時(shí)，（w）觸發(fā)功率晶體管VT導(dǎo)通，VT關(guān)斷，導(dǎo)通，其空間合成矢量如圖中VTVT：所示。從而電動(dòng)機(jī)定子繞組在氣隙中形成了理想的以600電角度跳躍的磁動(dòng)勢(shì)矢量，如圖7一6b所示。這與由對(duì)稱的三相正弦波電壓供電的三相交流電機(jī)中的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)（行波）有點(diǎn)類似。正是這個(gè)以跳躍形式旋轉(zhuǎn)的磁動(dòng)勢(shì)帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子，使之與定子磁動(dòng)勢(shì)以相同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)從圖？6a還可看出，串聯(lián)兩相合成的定子磁動(dòng)勢(shì)在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)60a電角度期間是靜止的，而且滯后干正向?qū)ǖ南啻艅?dòng)勢(shì)〔電流）3 。如果使觸發(fā)功率晶體管v丁‘的位置信息位于u相軸線后9 ”產(chǎn)生，則功率角將在G 。和12 。之間變動(dòng)，平均值為90。

2 . 2開(kāi)一關(guān)（斬彼）矩形波電流拉制器在圖76中，位置傳感器所提供的位置信息分別使對(duì)應(yīng)相的晶體管導(dǎo)通12 。 ‘電角度，由于系統(tǒng)使用的是電壓源逆變器，當(dāng)晶體管導(dǎo)通時(shí)直流電壓直接加到電動(dòng)機(jī)的繞組上。幅值為了，的矩形波電流可以通過(guò)圖75中的控制晶體管通斷的脈寬調(diào)制（P WM )電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。

如前所述，通過(guò)位置傳感器的有關(guān)信息，對(duì)應(yīng)相的定子繞組開(kāi)始通電和終止通電。在由位置傳感器決定的開(kāi)始通電期間，當(dāng)繞組中的電流上升到最大值幾．二時(shí)電源便斷開(kāi)，而當(dāng)繞組中的電流下降至最小值I～時(shí)電源又接通，使電流又開(kāi)始上升，如此，在由位置傳感器決定的通電期間內(nèi)（對(duì)任一相均為1200電角度），電動(dòng)機(jī)繞中的電流在最大值I～和最小值Im．。之間呈鋸齒形變化（如圖77所示），其間電源的導(dǎo)通與關(guān)斷的時(shí)間間隔輻和姍由脈寬調(diào)制電路來(lái)控制，而脈寬調(diào)制電路的輸入信號(hào)為電流指令值I友與逆變器實(shí)測(cè)電流之間的誤差。

當(dāng)電流指令值為一I左時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩將反向。只有當(dāng)所有位置信息被轉(zhuǎn)過(guò)180 “電角度，即所有相的電流均反相時(shí)，電動(dòng)機(jī)便可實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)。由于電動(dòng)機(jī)的平均功率角為900，故電動(dòng)機(jī)的再生制動(dòng)和速度反向都容易實(shí)現(xiàn)，而且正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)性能一致。

下面具體分析通電、斷電期間逆變器一電動(dòng)機(jī)方程

在通電期間，以晶體管VTI和VT 。導(dǎo)通期間為例，電流流過(guò)串聯(lián)的U＋相和V相繞組，等效電路如圖7-8b所示，圖中，eu和e，為兩相繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，R：和乙分別為每相繞組的電阻和漏電感。此時(shí)的電壓方程。

    當(dāng)電動(dòng)機(jī)以恒定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)，E 。為一常數(shù)。在12 電角度導(dǎo)電期間，電動(dòng)機(jī)繞組的線電動(dòng)勢(shì)保持不變（忽略換相對(duì)E 。的影響）．但在60 “電角度換相時(shí)，線電動(dòng)勢(shì)由。變?yōu)?。假設(shè)電流iu和iv均為理想的矩形波，且零時(shí)刻電流為最小值編n ,則從式（7一7）可解得通電期間電動(dòng)機(jī)的電流。把由式（79）和式（712）求得的，( t）代入式（7一13 )，即可得到在開(kāi)關(guān)（斬波）矩形波電流控制下電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩。一般來(lái)說(shuō)，電動(dòng)機(jī)采用斬波控制時(shí)電流的通斷會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)，但由于電流斬波所造成脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩的頻率比較高，所以通過(guò)合理的設(shè)計(jì)，其影響基本上可得到抑制。電流斬波控制的運(yùn)行方式通常用于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較低的情況，這是由于當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速很高時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)很高，使得逆變器的電壓幾乎不能在繞組導(dǎo)通期間使電流上升。因而，為擴(kuò)展電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍，高速時(shí)需增加電流中的去磁分量，即令電流超前角通過(guò)開(kāi)關(guān)將定子繞組從丫接改為△接，可進(jìn)一步擴(kuò)展電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍，因?yàn)楦慕雍蟮南嚯妷汉汀?。都為原有值的2倍。