直流电机原理与控制方法 - 图文

3.2基于瑞萨RX62T系统的实现方案

常闭节点整流器R0逆变器R1ACC0R2M欠压/过压保护过流保护电流采样ADMTU3_PWM数码管RX62TEEPROMMAX485通讯按键温度检测

系统总体硬件框图

基本架构系统硬件和软件初始化中断使能12KHz中断10ms主程序循环

系统总体软件框图

主程序Eeprom参数更新循环控制面板指令与显示A/D偏移电压读取外设初始化MAX485通讯变量初始化参数/变量更新开定时中断 系统主程序框图

中断服务程序定时中断入口进入A/D中断现场保护否电机运行是禁制PWM输出A/D电流采样开始A/D电流采样转换完毕电流值读取3/2变换转速估算速度环和电流环PI调节坐标变换SVPWM输出恢复现场 系统中断框图

三.交流同步电机

1 同步电动机结构

同步电机即转子的转速恒等于定子旋转磁场的转速的电机。同步电机的主要运行方式有三种，即作为发电机、电动机和补偿机运行。 作为发电机运行是同步电机最主要的运行方式，作为电动机运行是同步电机的另一种重要的运行方式。同步电动机的功率因数可以调节，在不要求调速的场合，应用大型同步电动机可以提高运行效率。近年来，小型同步电动机在变频调速系统中开始得到较多地应用。 同步电机还可以接于电网作为同步补偿机。这时电机不带任何机械负载，靠调节转子中的励磁电流向电网发出所需的感性或者容性无功功率，以达到改善电网功率因数或者调节电网电压的目的。

2 同步电动机矢量控制原理 2.1工作原理

定子三相绕组通入三相交流电后会形成旋转的磁势，其速度n1=60f/p(即同步转速)。其中p为极对数，f为通入三相交流电的频率。异步电机中，转子是三相闭合回路，旋转磁场切割转子回路，产生感应电动势，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用，产生电磁力矩，使转子旋转。所以转子速度和同步速度之间（定子磁链速度）有个转差，故称为异步电机。在同步电机中，转

子为永磁体或是通过直流励磁建立起转子磁场，如图所示：

同步电机转速可以达到定子磁链转速（即同步转速），转子速度n2=n1=60f/p. 即电枢绕组的磁场旋转速度与转子旋转方向一致，转速相同。很重要的一点是同步电机定、转子的磁极数必须相同，否则电机是不能运转的。而对于异步或感应电机来讲，其转子的极数是自动感应定子极数的。也可以讲，转子是没有极数的。

2.2结构形式

同步电机根据转子结构可分为凸极式和隐极式同步电机。凸极式同步电机转子上有明显凸出的成对磁极和励磁线圈，如图所示。当励磁线圈中通过直流励磁电流后，每个磁极就出现一定的极性，相邻磁极交替为 N 极和 S 极。对水轮发电机来说，由于水轮机的转速较低，要发出工频电能，发电机的极数就比较多，(根据同步转速公式)做成凸极式结构工艺上较为简单。另外，中小型同步电机多半也做成凸极式。

水轮发电机

隐极式转子上没有凸出的磁极，如图所示。沿着转子本体圆周表面上，开有许多槽，这些槽中嵌放着励磁绕组。在转子表面约1/3部分没有开槽，构成所谓大齿，是磁极的中心区。励磁绕组通入励磁电流后，沿转子圆周也会出现 N 极和 S 极。在大容量高转速汽轮发电机中，转子圆周线速度极高，最大可达170米/秒。为了减小转子本体及转子上的各部件所承受的巨大离心力，大型汽轮发电机都做成细长的隐极式圆柱体转子。考虑到转子冷却和强度方面的要求，隐极式转子的结构和加工工艺较为复杂。

汽轮发电机

凸极式和隐极式的同步电机的结构在建立数学模型中不同在于，凸极式直轴和交轴气隙不同，直轴（沿转子轴向）气隙小，磁阻小，而交轴（和转子轴向垂直方向）气隙大，磁阻也大。即Ld?Lq

而隐极式同步电机则各个方向的气隙相同，既有Ld?Lq

2.3控制方法

同步电机一般采用转子磁场定向控制。同步电机中转子直轴的位置即是转子的位置。控制的框图如下：

该控制方式采用双闭环控制，内环为电流环，外环为速度环。电流控制器和速度控制器都采用PI控制器。其中转速为输入指令，n为编码器测得的转速。编码器（检测转子速度和位置）的精度影响着整个系统的效果。

在转子磁场定向控制下，有输出电磁转矩

Te?np

Lmd?fi1qLf

可以认为：输出的电磁转矩是与定子电流成正比的。

注：永磁时，转子磁链是固定的，由永磁体决定。转子通入直流励磁时，大小和通入的直流电流成正比，故输出的电磁转矩也和转子励磁电流成正比。

2.4额定值

同步电机的额定值有：

额定容量 (VA,kVA,MVA等) 或额定功率 (W,kW,MW等) ：指电机输出功率的保证值。发电机通过额定容量值可以确定电枢电流，通过额定功率可以确定配套原动机的容量。电动机的额定容量一般用kW数表示，补偿机则用kVAR表示；

额定电压 (V,kV等) ：指额定运行时定子输出端的线电压； 额定电流 (A) ：指额定运行时定子的线电流； 额定功率因数 ：额定运行时电机的功率因数； 额定频率 ：额定运行时电机电枢输出端电能的频率，我国标准工业频率规定为50Hz； 额定转速 ：额定运行时电机的转速，即同步转速。

除上述额定值外，同步电机名牌上还常列出一些其它的运行数据，例如额定负载时的温升 、励磁容量 和励磁电压等。