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  • 永磁同步电机的工作原理

    千次阅读 2020-10-11 16:58:06
    永磁同步电机的工作原理与同步电机的工作原理是相同的。... 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...

        永磁同步电机的工作原理与同步电机的工作原理是相同的。永磁同步电机在现在应用及其广泛。和感应电机一样是一种常用的交流电机。特点是:稳态运行时,转子的转速和电网频率之间又不变得关系n=ns=60f/pns成为同步转速。若电网的频率不变,则稳态时同步电机的转速恒为常数而与负载的大小无关。

        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 异步电动机又称感应电动机,是由气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩,从而实现机电能量转换为机械能量的一种交流电机。 异步电动机按照转子结构分为两种形式:有鼠笼式〔鼠笼式异步电机〕绕线式异步电动机。

         永磁同步电机的工作原理如下:

         永磁同步电机主磁场的建立:励磁绕组通以直流励磁电流,建立极性相间的励磁磁场,即建立起主磁场。

       永磁同步电机的载流导体:三相对称的电枢绕组充当功率绕组,成为感应电势或者感应电流的载体。

       永磁同步电机的切割运动:原动机拖动转子旋转(给电机输入机械能),极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组(相当于绕组的导体反向切割励磁磁场)。

      永磁同步电机交变电势的产生:由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动,电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三   对称交变电势。通过引出线,即可提供交流电源。

        永磁同步电机的交变性与对称性:由于旋转磁场极性相间,使得感应电势的极性交变;由于电枢绕组的对称性,保证了感应电势的三相对称性。

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    在仿真过程中,电机的磁链输出是一个重要的参考指标,在电机运转过程中,磁链的变化过程能够更直观的表现电机的运行状态。因此,如果能够在matlab里面绘画出磁链的运行轨迹,对于电机模型的运行状态就有了更加直观的观察方式。

     

     

    1、磁链轨迹自身的意义

    SVPWM调制方式的根本目标就在于控制磁链轨迹更加接近圆形,从而控制电机运行更加平稳。因为磁链轨迹和空间电压矢量是垂直关系,其实现的方式即控制空间电压矢量间接控制磁链轨迹。由电机的运动方程可知,其在磁场中的受力基于通电导体在磁场中受到力的作用的原理,所以磁场的品质也就决定了电机输出力矩的品质,因此优化电机的磁链轨迹就会提升电机的输出特性,如果能够在搭建仿真的过程中,可以观察到磁链轨迹的运行情况,将有助于我们对整个系统的运行进行更加深入的理解。其示例如下:

                                                    

    2、如何绘制磁链轨迹

    磁链轨迹的观察一般将alpha和beta轴的磁链画在同一个坐标系中,以alpha轴作为横轴,以beta轴作为纵轴,在得到以上两个量之后,通过matlab内的plot函数进行绘制。plot函数的使用,请参照我的博文对于matlab工具函数搜集这篇。

    https://blog.csdn.net/sy243772901/article/details/103271442

    2.1 得到目标数据

    在电机运转过程中,会输出iaibic等一些物理量,那将如何得到alpha和beta坐标系(两相静止坐标系)下的磁链强度呢?异步电机模型会输出dq轴磁链强度,经过变换就可以得到alpha和beta轴磁场强度。而永磁同步电机在simulink内的模型输出并没有磁链强度这一项,只有iaibic电流量。在部分论文中也有通过alpha和beta的电流观察的,我们先观察一下电流的情况,然后再对磁链进行计算分析。

    2.2 将示波器中的波形数据导入工作区

    下一个问题就是将波形的数据导入到matlab工作区,供plot函数使用,其方法如下左图所示,将其示波器的logging选项卡设置为如下形式,可以看到此时我的示波器命名为iaib。其中保存的数据格式为Structure格式,要将 Log data to workspace选项打上勾。再运行仿真后就会在仿真工作区得到一组如下右图所示的数据,此时的数据就在signal里面,在示波器中signal是纵轴变量的大小,也即是我们需要的alpha和beta的电流大小。

      

    2.3 数据提取与画图

    此时的数据还是结构性的,需要经过一下算法进行数据的提取,将其赋值在两个新的数组中,供plot函数使用。我的这个命名方式下的数据提取代码如下,画图的结果如最后的图片所示。

    alpha=iaib.signals(1).values;
    beta=iaib.signals(2).values;
    plot(alpha.beta);

    左图为alpha和beta电流在时间轴下的波形,右图为其绘制的波形。右图圆圈外为启动阶段,大的的圆圈为电流0.5s之后带载阶段,圆心部分的小圆为0.05-0.5s部分恒速运行且不带载阶段。可以看到在稳定运行阶段电流圆轨迹是相当标准的,此时的系统动态新能确实也如图中显示,转矩输出波形较微小,转速稳定。                    

     

    注:
    1:此为永磁同步控制系列文章之一,应大家的要求,关于永磁同步矢量控制的系列文章已经在主页置顶,大家可以直接去主页里面查阅,希望能给大家带来帮助,谢谢。
    2:矢量控制的六篇文章后。弱磁、MTPA、位置控制系列讲解已经补充,也放在主页了,请大家查阅。

    3: 恰饭一下,也做了一套较为详细教程放在置顶了,内含基本双闭环、MTPA、弱磁、三闭环、模糊PI等基本控制优化策略,也将滑模,MRAS等无速度控制课题整理完成,请大家查看^_^

     

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    1、磁链轨迹自身的意义

    SVPWM调制方式的根本目标就在于控制磁链轨迹更加接近圆形,从而控制电机运行更加平稳
    因为磁链轨迹和空间电压矢量是垂直关系其实现的方式即控制空间电压矢量来间接控制磁链轨迹

    而电机的运动原理是,通电导体在磁场中受到力的作用。所以磁场的品质也就决定了电机输出力矩的品质。

    2、如何绘制磁链轨迹

    磁链轨迹的观察一般将alpha和beta轴的磁链画在同一个坐标系中,以alpha轴作为横轴,以beta轴作为纵轴,在得到以上两个量之后,通过matlab内的plot函数进行绘制。

    2.1 目标数据获取

    在电机运转过程中,会输出iaibic等一些物理量,那将如何得到alpha和beta坐标系下的磁链强度呢?
    永磁同步电机在simulink内的模型输出并没有磁链强度这一项,只有iaibic电流量。我们可已通过变换得到alpha和beta轴的电流,我们先观察一下电流的情况,然后再对磁链进行计算分析。

    2.2 将示波器中的波形数据导入工作区
    在这里插入图片描述
    如上图:

    • 将 Log data to workspace选项打上勾;
    • 将保存的数据格式为Structure格式;
    • 变量名可以命名为iaib;

    再运行仿真后就会在仿真工作区得到一组如上图右边所示的数据,此时的数据就在signal里面。

    2.3 数据提取与画图

    此时的数据还是结构性的,需要经过一下算法进行数据的提取,将其赋值在两个新的数组中,供plot函数使用。

    >> alpha=iaib.signals(1).values;
    >> beta=iaib.signals(2).values;
    >> plot(alpha,beta)
    

    下图为alpha和beta电流在时间轴下的波形,和其绘制的波形。
    在这里插入图片描述
    可以看到最后电机在带载下稳定运行阶段电流圆轨迹(线最粗的圆)是相当标准的。

    转载原文:https://blog.csdn.net/sy243772901/article/details/104653596

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    近日,公司第一台永磁同步电动滚筒正式投用于盾构机矸石充填面充矸运输系统,试运转顺利。

    以前,内装式的电动滚筒将异步电动机和减速器装于滚筒内部。散热效果不明显,经常造成电机绕组过热故障,不得不采用大马拉小车的方式解决。

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    为推进智慧化矿山建设,提高作业效率,优化人员配置,公司投用井下第一部永磁同步电动滚筒。将原来普通异步电机通过减速机驱动的模式改成外转子低转速永磁同步电机进行连接驱动改进后的驱动方式,取消了减速箱等机械传动装置,可直接满足带式输送系统的需要,实现低转速,高扭矩的传动要求。

    该系统的投入大大地提高了盾构机矸石充填面充矸运输系统矸石运输能力,对充填面创造了有力的生产条件,确保公司生产不间断、高效率进行,为智慧化矿山建设提供了有力保障。

    编辑:金   鑫

    审核:牛   乾、白天玉

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同步电机运行方式