《现代电机控制技术》PPT课件

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1、现代电机控制技术王成元夏加宽孙宜标编著机械工业出版社1现代电机控制技术第1章基础知识第2章三相感应电动机矢量控制第3章三相永磁同步电动机矢量控制第4章三相感应电动机直接转矩控制第5章三相永磁同步电动机直接转矩控制第6章无速度传感器控制与智能控制2第1章基础知识1.1电磁转矩1.2直、交流电机电磁转矩1.3空间矢量1.4矢量控制31.1电磁转矩1.1.1磁场与磁能A、B两线圈匝数分别为NA和NB。主磁路由铁芯磁路和气隙磁路串联构成，两段磁路的断面面积均为S。假设外加电压和电流为任意波形。41.单线圈励磁讨论仅有线圈A励磁的情况。当电流iA流入线

2、圈时，便会在铁芯内产生磁场。根据安培环路定律，有式中，H为磁场强度；∑i为该闭合回线包围的总电流。(1-1)5闭合回线可任意选取，在图1-1中，取铁芯断面的中心线为闭合回线，环行方向为顺时针方向。沿着该闭合回线，假设铁芯磁路内的Hm处处相等，方向与积分路径一致，气隙内Hδ亦如此。于是，有(1-2)式中，lm为铁芯磁路的长度；δ为气隙长度。6定义(1-3)式中，fA为磁路的磁动势。式(1-2)中，Hmlm和Hδδ为磁压降，式(1-2)表明线圈A提供的磁动势fA将消耗在铁芯和气隙磁压降中。此时，fA相当于产生磁场H的“源”，类似于电路中的电动势。7在

3、铁芯磁路内，磁场强度Hm产生的磁感应强度Bm为(1-4)式中，μFe为磁导率；μr为相对磁导率；μ0为真空磁导率。电机中常用的铁磁材料的磁导率μFe约是真空磁导率μ0的2000~6000倍。空气磁导率与真空磁导率几乎相等。8铁磁材料的磁导率是非线性的，通常将Bm=f(Hm)关系曲线称为磁化曲线，如图1-3所示。可以看出，当Hm达到一定值时，随着Hm的增大，Bm增加越来越慢，这种现象称为饱和。图1-3铁磁材料的磁化曲线(Bm=f(Hm)和μFe=f(Hm)曲线)9由式(1-4)，可将式(1-2)改写为(1-5)若不考虑气隙δ内磁场的边缘效应，气隙内

4、磁场Bδ也为均匀分布，于是式(1-5)可写为(1-6)式中，BmS=φmA，φmA称为铁芯磁路主磁通;BδS=φδ，φδ称为气隙磁通；10Rm为铁芯磁路磁阻；Rδ为气隙磁路磁阻。由于磁通具有连续性，显然有，φmA=φδ；于是有Bm=Bδ。将式(1-6)表示为(1-7)式中，Rmδ=Rm+Rδ为串联磁路的总磁阻；φmARm和φδRδ称为铁芯和气隙磁压降。11通常，将式(1-7)称为磁路的欧姆定律。串联磁路的模拟电路可用图1-4表示。图1-4串联磁路的模拟电路12将式(1-7)表示为另一种形式，即(1-8a)式中，Λm为铁芯磁路磁导，Λδ为气隙磁路磁

5、导13将式(1-8a)写为(1-8b)式中，Λmδ为串联磁路的总磁导，式(1-8b)为磁路欧姆定律的另一种表达形式。14由于μFe>>μ0。尽管铁芯磁路长度比气隙磁路长得多，气隙磁路磁阻还是要远大于铁芯磁路的磁阻。对于这个具有气隙的串联磁路，总磁阻将取决于气隙磁路的磁阻，磁动势大部分将消耗在气隙的磁压降内。在很多情况下，为了问题分析的简化，可将铁芯磁路的磁阻忽略不计，此时磁动势fA与气隙磁路磁压降相等，即有(1-8c)15因为主磁通φmA是穿过气隙后而闭合的，它提供了气隙磁通，所以又将φmA称为励磁磁通。定义线圈A的励磁磁链为(1-9)由式(1-

6、7)和式(1-9)，可得(1-10)16定义线圈A的励磁电感LmA为(1-11)LmA表征了线圈A单位电流产生磁链ψmA的能力。对于图1-1所示的具体磁路，又将LmA称为线圈A的励磁电感。LmA的大小与线圈A的匝数二次方成正比，与串联磁路的总磁导成正比。17由于总磁导与铁芯磁路的饱和程度(μFe值)有关，因此LmA是个与励磁电流iA相关的非线性参数。若将铁芯磁路的磁阻忽略不计(μFe=∞)，LmA便是个仅与气隙磁导和匝数有关的常数，即有在磁动势fA作用下，还会产生没有穿过气隙，主要经由铁芯外空气磁路而闭合的磁场，称之为漏磁场。18漏磁场与线圈A交

7、链，产生漏磁链ψσA，可表示为(1-12)式中，LσA为线圈A的漏电感。LσA表征了线圈A单位电流产生漏磁链ψσA的能力，由于漏磁场主要分布在空气中，因此LσA近乎为常值，且在数值上远小于LmA。19线圈A的总磁链为(1-13)式中，ψAA是线圈A中电流iA产生的磁场链过自身线圈的磁链，称为自感磁链。定义(1-14)式中，LA称为自感，由漏电感LσA和励磁电感LmA两部分构成。20这样，通过电感就将线圈A产生磁链的能力表现为一个集中参数。电感是非常重要的参数。磁场能量分布在磁场所在的整个空间，单位体积内的磁能wm可表示为在一定磁感应强度下，介质的

8、磁导率μ越大，磁场的储能密度就越小，否则相反。(1-15)21对于图1-1所示的电磁装置，由于μFe>>μ0，因此，当铁芯的磁感应强度由