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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,本章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就电机本体而言，它们都属于同步电动机或广义同步电动机的范畴。,但要注意它们之间在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。,9.1永磁无刷直流电动机,直流电动机调速系统，调速性能好。但有重大缺点，那就是它带有机械换向装置换向器及电刷。定、转子倒置，把机械换向装置改成电子换向器，这就是无刷直流电动机。,9.1.1永磁无刷直流电动机的构成,三大部分组成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,,,定子－－m相，集中（或分布）绕组，转子－－永磁，梯形波磁密，图a,与同步电机的区别同步电机定子，3相，分布绕组，转子，正弦波磁密，图b,9.1.2永磁无刷直流电动机的工作原理,1．矩角特性,矩角特性曲线将与磁密曲线相似，也是一个梯形波。,2．电机匀速旋转，A相120o导通时,导通时的波形方波电压方波电势方波电流方波转矩,电路方程,是无刷直流电机的主要特征,动态,稳态,3．120o单极性电流工作的无刷直流电动机,主电路,波形图,三个主开关元件依次轮流导通，各占120o，,导通的区域由位置信号确定区域1、2－－A相区域3、4－－B相区域5、6－－C相,4．120o方波交流电流工作的无刷直流电动机,主电路,波形图,输出的电流是120o的方波交流电流,每个谐波都能得到有用的转矩。所有谐波都是参与了正常的工作。总输出转矩是其基波分量与所有谐波分量共同努力的结果。,应采用正确的测量方法。,由位置信号（区域号）决定导通管，这就是“自控式”变频,“自控式”变频n决定f“它控式”变频f决定n,5．自控式变频的概念,,9.1.3位置检测器,a结构示意图b光电开关电路图c输出信号及其编码,4极、2p极电机,可同时检测到电机的转速与转向,初始定位问题,1．光电开关位置检测器,2．绝对式光电编码器,二进制绝对式光电编码器,循环码绝对式光电编码器,n个光电开关最多只能把一个电周期分成2n个区域,3．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,结构,原理,用途测绝对位置，测转速、转向,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。控制电压来控制电机绕组电流的大小，从而控制转矩。直流斩波的PWM方式来控制电压。,2．系统原理图,PWM信号与区域导通信号相“与”导通时正电压导通区间零电压续流关断后负电压续流零电压续流由上、下元件轮流导通。,PWM调压采用的控制方法,3．制动及四象限运行,要实现四象限运行，应把不控整流桥改成可回馈的PWM双向整流桥或在直流侧加接能耗制动单元也可在需要制动时把电动机的三相绕组短接,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加上负电流，负转矩区加上正电流，即改变位置码与导通相的对应关系。,4．专用集成芯片构成的控制器,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。,缺点很难运行于高速区域，永磁材料较贵，电机的造价高，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脚双列直插封装的芯片适应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,9.2开关磁阻电动机,结构及其动作原理,主电路,电流、磁链变化与导通区间,工作原理,电流控制方式,9.3同步电动机交-直-交自控式变频调速系统（直流无换向器电机）,构成,工作原理,定子磁势,矩角特性,输出的平均转矩,低速用“电流断续法”换流,高速时依靠反电势换流,无换向器电机换流时刻示意图,逆变器晶闸管的换流,9.4同步电动机交-交自控式变频调速系统（交流无换向器电机）,
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