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下午5时19分1第9章特种同步电动机自控式变频调速系统(带有位置检测器的变频调速系统)介绍四种调速电动机：永磁无刷直流电动机开关磁阻电动机直流无换向器电动机交流无换向器电动机共同的特点：①新型调速电机；②这是一种典型的机电一体化的电机调速系统；③它们都带有绝对编码的位置检测器（含无位置检测器的位置检测技术）；④它们的功率变换器其实质都是自控式的变频电路；⑤电机本体都属于广义同步电动机的范畴。但要注意它们工作原理上的差别：电机磁场的成因或形状不同，使电磁转矩的产生原因不同。下午5时19分29.1永磁无刷直流电动机直流电动机调速系统，调速性能好。但缺点:机械换向－换向器及电刷。若定、转子倒置，改机械换向装置为电子换向器－－无刷直流电动机。9.1.1永磁无刷直流电动机的构成（与同步机的区别？）功率变换器控制系统BQ+-永磁无刷直流电动机位置检测器电机本体组成（三部分）：电机本体位置检测器功率变换器（直-交无源逆变器）电子换向器00-π-πππa）b）BB定子－－m相，集中（或分布）绕组－－电枢（同同步机）转子－－永磁，梯形波磁密－－图a气隙－－均匀永磁同步电机：转子正弦波磁密，图b下午5时19分39.1.2永磁无刷直流电动机的工作原理1．矩角特性：某相绕组通入恒定直流时T与位置角θ的关系a)ABCNSnTaAZBCXYaieNSnT④⑤⑥③②①bcAiAeb)tttdU20000AUAEAIATAE⑥①②③④⑤⑥①AT453212tta)b)c)00()ICTfTB通直流时的矩角特性是正负梯形波，平均力矩为零（怎么办？）A、B、C三相波形相差120度电角度2．电机匀速旋转，A相120o导通时⑴⑵区域电压、电势、电流、转矩的波形：皆为120方波AdAAAAdiUELiRdtAAAdRiEU特征6分区下午5时19分4+dUAi-ABC00Tttttc)d)iAiBiC0TATBTCa)区域号导通管b)①②③④⑤⑥①②1122331100TT主电路T－θ波形3元件依次轮流导通120o注意：切换时刻应恰当，由位置信号定：如：1、2区：A相；3、4区：B相；5、6区：C相3．120o单极性电流工作的无刷直流电动机a)ABCNSnTaAZBCXYaieNSnT④⑤⑥③②①bcAiAeb)改变Ud→改变I→改变T→调速＝》切换频率改变（变换器依位置信号、速度的变化而自动适应）→自控式变频下午5时19分54．120o方波交流电流工作的无刷直流电动机VT1VT3VT5BiAiABCdUVT4VT6VT2VD5VD2VD4VD6VD1VD3d)TTAc)iciBb)iAa)tttt区域号导通管上下113355113①②③④⑤⑥①②③t622446622T0TATBTCa)主电路：6元件导通次序1－2－3－4－5－6－1切换时刻每个谐波都能得到有用的转矩→所有谐波都参与了正常工作。→总输出转矩是基波分量与所有谐波分量共同作用的结果。“直流电机特征”电压、电势、电流皆为120方波交流；转矩大小是120度单极性电流时的2倍对于各电量的测量应采用正确的方法。下午5时19分6逆变器输出交流电压的频率，对应每个区域所占的时间，若要改变电机转速，逆变器的输出频率就跟着改变。电机在变速运行时其电压、电流的频率是变化的。具有“交流变频调速系统”特征“他控式频率”调速系统频率的改变是由控制系统“主动”改变，先变频才能变速；因转速变化而使频率发生变化时，频率是“被动”改变的。把由转子位置角（区域）控制逆变器主元件通、断而产生的变频称之为“自控式变频”。先变速才会变频。自控式变频的优点：不存在“失步”与“振荡”等问题。5．自控式变频的概念下午5时19分79.1.3位置检测器(获得θ信号)a)H1H3H2码盘光电开关b)→OUT101100110010011001101100110c)H1H2H3码值区域号①②③④⑤⑥①②③→磁极轴线与轴线对齐位置()ab定位a)码盘（转子）＋光电开关H（定子）b)光电开关电路图c)输出信号及其编码•两极，码盘：1齿1槽•由H1H2H3得6个码值，反映转子位置的6区域（初始定位要正确）•可同时测到转速(转向)1．光电开关位置检测器光电开关位置检测器绝对式光电编码器增量式光电编码器正余弦旋转变压器等其他方法a)ABCNSnTaAZBCXYaieNSnT④⑤⑥③②①bcAiAeb)11116010(/)(/min)66nrsrTpTpTp下午5时19分8θ2θ1H1H'2H3码盘2齿2槽均布H2码盘p齿p槽均布H3H2θθθH1H'3b)360/pa)360/kp4极电机3相2p极电机码盘：p齿p槽6拍工作方式时光电开关的间距：360°/3/p问题:极对数p越大，码盘齿槽数p越多,而且仅用于6拍工作方式,这种方法“”无法在矢量控制中使用11116010(/)(/min)66nrsrTpTpTp下午5时19分92．绝对式光电编码器H1H2H3111110101100011010001000111TH1b)a)H2H3码值H1H2H3100101111110010011001000100101Tb)a)H1H2H3码值二进制绝对式光电编码器容易引起错码及乱码循环码绝对式光电编码器n个光电开关最多把一个电周期分成2n个区域.每个区有确定的码值但精度不高,不能用于矢量控制3个光电开关把一个电周期分成8个区域格雷码盘：所有跳变沿都只有一个光电开关动作能克服错乱码下午5时19分103．增量式光电编码器4．其它形式的位置检测器——正余弦旋转变压器（模拟测量器件）ABZ•结构:光栅取代码盘（每圈有几千个光脉冲产生）;•定子装AB2个光电开关(相差90电角度);1个零脉冲Z(1转1脉冲,定a轴为计数起点)对光脉冲的不停计数反映转子的位置＝＝增量式•用途：测绝对位置，测转速、转向基准正弦波发生器解调电路滤波滤波功放旋转变压器R1R2S1S2~cosksink122cossin2sinsinektekt12sincos(1cos2)sinsin(1cos2)etktetkt绝对式光电编码器的检测精度不高优点：增量式可得到较高的位置角分辨率下午5时19分11单片机系统BQASR-i*PWM逻辑“与”放大驱动dtdPMACR三角波发生器正、反转控制-iVIVR逻辑控制~~位置检测器*9.1.4永磁无刷直流电动机的控制系统1．控制原理“自控式”变频工作：由位置码控制逆变器元件的通断.频率的改变是“自动”完成,不是控制系统强行干预的结果.控制电压，以控制电机绕组电流大小，从而控制转矩。直流斩波的PWM方式控制电压。(Why?)2．系统原理图（双环）00000导通管0-UdUdVT1VT2VD4VT2VT1VT2VT1VD5VD4VT2VD4VD5tttttt12uPWMu1gu2guACuAiCiVT1VT2下午5时19分1200000导通管0-UdUdVT1VT2VD4VT2VT1VT2VT1VD5VD4VT2VD4VD5tttttt12uPWMu1gu2guACuAiCiVT1VT2采用的控制方法：•“1”、“1”正电压•“1”、“0”零电压续流•“0”、“0”负电压续流•零电压续流由上下元件轮流进行。逻辑控制单元根据位置码值及正、反转指令决定导通相。被确定要导通的相并不一定都在导通，它还要受PWM输出信号的控制，经过逻辑“与”后，再送给驱动电路。VT1VT3VT5BiAiABCdUVT4VT6VT2VD5VD2VD4VD6VD1VD3下午5时19分133．制动及四象限运行ASR-i*PWM逻辑“与”放大驱动dtdPMACR正、负转矩控制i逻辑控制~-++-三角波发生器极性鉴别能耗制动单元绝对值变换*+BQ计算机内部控制VRVI要实现四象限运行，应：•不控桥改为可回馈的PWM双向整流桥•直流侧加接能耗制动单元•制动时把三相绕组短接加接能耗制动单元后的系统原理图控制方式：在矩角特性的正转矩区通负电流，负转矩区通正电流。下午5时19分144．专用集成芯片构成的控制器换相顺序选择逻辑输入译码电路12019151617910输出编码电路输出驱动电路+V1213+--+锯齿波振荡器+V14RR换相顺序选择位置码输入正/反转制动/正常使能/禁止过流封锁电压控制外接+V33k0.001μ2346784865COMMON输出&≈33kHz1118+V(7～28V)GNDVDDVSS——以LS7261为例5．永磁无刷直流电动机优缺点优点：效率高、出力大，控制性能、调速性能好。缺点：很难高速运行（反电势大）永磁材料较贵，造价高，永磁材料在振动、高温下会退磁。应用：目前在家用电器（例变频空调等）、电动车辆、汽车电器、计算机外设等领域已经占有了较大的市场。•20脚DIP芯片•适应4种位置码盘的输入•制动时上桥臂开关元件断开，下桥臂开关元件全导通下午5时19分157-9作业•7-8，7-10，7-14，7-15•8-3，8-4，8-6