内容发布更新时间 : 2024/5/27 16:49:36星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
13调速永磁同步电机
在用户已经掌握RMxprt基本使用的前提下，我们将一些过程简化，以便介绍一些更高级的使用。有关RMxprt的详细介绍请参考第一部分的章节。
13.1基本原理
调速永磁同步电机的转子转速是通过调节输入电压的频率来控制的。与标准的直流无刷电机不同，这种电机不需要位置传感器。
永磁同步电机的转子上安装永磁体（有内转子与外转子之分），定子上嵌有多相电枢绕组，其极数与转子相同。永磁同步电机既可用作发电机，也可用作电动机。当电机工作在电动状态时，定子多相绕组可由正弦交流电源供电或由直流电源经DC/AC变换来供电。当电机工作在发电状态时，定子多相绕组为负载提供交流电源。
13.1.1 定子绕组正弦交流电源供电
永磁同步电机分析方法与三相凸极同步电机相同，电机既可工作在发电状态也可工作在电动状态，通常采用频域矢量图来分析电机的特性。电机发电状态矢量图如图13.1a，电机电动状态矢量图如图13.1b。
发电机
图13.1 同步电机相量图
b. 电动机
图13.1中，R1、Xd、Xq分别为定子电枢的电阻、d轴同步电抗和q轴同步电抗。
Xd?X1?XadXq?X1?Xaq
(13.1)
上式中，X1为电枢绕组漏电抗，Xad和Xaq分别为d轴电枢反应电抗和q轴电枢反应电抗。
以输入电压U为参考矢量， I滞后U的角度为φ， 称φ为功率因数角， 则电流矢量为：
I?I???
令I滞后E0的角度为ψ。则可得d轴和q轴的电流为：
(13.2)
I???Id??I??I?q??sin???cos??? 所以：
??tan?1IdIq 13.1.1.1 发电机模型
在图13.1a，OM所代表的矢量可表示为：
OM?U?I(R1?jX1?jXaq) OM所代表的矢量可用来确定E0的位置。
令U滞后E0的角度为θ，对于发电机称θ为功角，则角度ψ为?????
对于给定的功角θ，我们有；
??XdR1??Id??E0???R1X??Ucos??q??I??q????Usin??? 求得Id和Iq为：
??Id?1??Xq(E0?Ucos?)?R1Usin???I??q?R21?XdXq?R1(E0?Ucos?)?XUsin??d?
功率角φ：
?????
输出电功率：
P2?3UIcos?
输入机械功率：
P1?P2?(Pfw?PCua?PFe) 式中Pfw、PCua、PFe分别为风摩损耗、电枢铜损和铁心损耗
输入机械转矩：
T11?P?
?为同步角速度rad/s
13.1.1.2 电动机模型
在图13.1， OM所代表的矢量可表示为：
OM?U?I(R1?jX1?jXaq) (13.3)
(13.4)
(13.5)
(13.6)
(13.7)
(17.8)
(13.9)
(13.10)
(13.11)
(13.12)
(13.5’)
OM所代表的矢量可用来确定E0的位置。
令E0滞后U的角度为θ，对于电动机称θ为转矩角，则角度ψ为
?????
对于给定的转矩角θ， 我们有；
?Xd??R?1R1??Id??Ucos??E0??I????Xq????q???Usin?(13.6’)
(13.7’)
求得Id和Iq为：
?Id?1??I?2?q?R1?XdXq?Xq(Ucos??E0)?R1Usin???R(Ucos??E)?XUsin??0d?1?
(13.8’)
功率因数角φ：
?????
输入电功率：
(13.9’)
P1?3UIcos?
输出机械功率：
P2?P1?(Pfw?PCua?PFe)(13.10’)
(13.11’)
式中Pfw、PCua、PFe分别为风摩损耗、电枢铜损和铁心损耗
输出机械转矩： T2?P2?
(13.12’)
?为同步角速度rad/s
电机效率：
??P2?100%P1
(13.13’)
13.1.2 定子绕组由DC/AC逆变器供电
这种情况下，调速永磁同步电机工作在电动机状态，其分析方法与直流无刷电动机相似。为了在气隙中产生旋转磁场，定子多相绕组被联结在DC/AC逆变器上。调速永磁同步电机与直流无刷电动机的主要区别如下：
在无刷永磁直流电动机中， 触发时间完全由转子位置决定，但是在永磁同步电机中，触发时间完全与转子位置无关。对于无刷永磁直流电动机，如果机械负载增加，则转速和感应电压下降，引起电枢电流和转矩的增加以平衡增加的机械负载。然而，对于调速永磁同步电机， 如果机械负载增加， 则转速短时下降，这将引起转矩角(等同与无刷永磁直流电动机中的触发导通角)增加，从而使转矩增加来保持转速不变。
因此，无刷永磁直流电动机的转速随输入电压和机械负载变化，而永磁同步电机的转速则不是这样。调速永磁同步电机的转速可以通过改变控制信号的频率来实现，这就是我们称其为调速永磁同步电机的原因。