永磁同步电机驱动冷库门.doc

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1、永磁同步电机驱动冷库门技术背景：本实用新型涉及自动门，尤其是冷库门控制装置。现在冷库门用的控制装置有直流脉宽调速控制器、交流异步变频调速控制器、直流无刷控制器等。这些控制器的控制方式为速度开环，控制对象为高速电机，需要增加额外的减速装置，才能实现冷库门的开关动作，导致结构复杂、故障率高、维护成本高、控制精度差、效率低下，不能满足高档冷库门的需求。发明内容：永磁同步电机驱动的冷库门装置。主要用于控制冷库门的开或关。电机上配有磁感应编码器，用于冷库门开或关的定位。永磁同步电机[2]其本身是一个自控式同步电机，它由定子和转子组成（定子是线圈、转子是永磁体）。

2、电机本身是不能够自己执行旋转控制的，它必须依赖电子换相装置，这也是为什么这种电机需要变频控制的原因。也可以这样说，该种电机系统有电动机，逆变器位置传感器/感应编码器组成。图1是一个基本系统原理结构图。图1永磁同步电机结构原理图定子：定子通常也称作电枢，它由定子三相绕组、定子铁芯、机座和端盖等零部件所构成。定子铁芯是由冲压后的硅钢片紧密叠装而成。转子有两种型式的结构，依据定转子之间的气隙分布有隐极式和凸极式之分。见图2a为凸极式，从图可看出转子有明显的凸出磁极，且气隙不均匀分布。图2b为隐极式，转子成圆柱形，均匀分布气隙。图2定子、转子图安装在冷库门上，

3、由于要求精度不高，安装体积小，结构简单，成本低等等优点，我们选择霍尔元件磁感应编码器，而且它对周围环境的适应性很强，输出信号的边沿也好。永磁同步电动机的工作原理永磁同步电机的基本旋转需依靠磁感应编码器来检测的位置信息，然后经过电子换相电路来驱动控制同电枢绕组相连接的各个功率开关器件的关断或导通，从而起到控制绕组的通电状态，并在定子上产生一个连续的旋转磁场，以拖动转子跟着旋转。随着转子的不断旋转，传感器信号被不断的反馈给芯片，主芯片依据此信息来改变电枢绕组的通电状态，使得在每磁极下的绕组中的电流方向相同。因此可以产生恒定转矩，并使电机连续旋转运行起来。下

4、面是电机旋转的示意图，如图3所示。ba图3：电机旋转示意图永磁同步电机三相绕组主回路有三相全控和三相半控两种。其中三相半控电路简单，一个功率开关驱动一相绕组，每个绕组只保持1/3的通电时间，而另外2/3的时间则保持断开状态，因此并没有被充分利用起来。所以我们通常选择采用三相全控电路，如图4所示。图4三相全控电路示意图电枢反应空载时，同步电机气隙中仅有转子磁势存在。而带负载后，除转子磁势之外，还有定子三相电流产生的电枢磁动势。电枢磁动势的存在，会使气隙中磁场的位置和大小发生畸变，这种电枢磁势影响主磁极磁场的现象我们称之为电枢反应。电枢反应除了能使气隙磁场

5、产生畸变之外，还会关系到机电能量转换，还有增磁或去磁作用，这对电机的运行性能会产生很大的影响。该反应的性质取决于，主磁场与电枢磁势在空间上的相对位置，分析表明该位置与负载电流Ia和激磁电动势E0之间的相位差Ψ有关，下面将根据它们之间的相位关系分别进行分析。与同相位时的电枢反应如图5，与矢量相加后为气隙合成磁动势，另外，习惯上用d（直轴）来表示转子磁极轴线，用q（交轴）来表示N，S极之间的中线。这样因为交轴磁势的存在，会使合成磁势轴线的位置发生位移，并且幅值也发生一定的变化。图5Ψ=0时的电枢反应滞后相位90电角度（Ψ=90）时的电枢反应如图6，显然从图

6、中可看出电枢磁势的方向与气隙磁势的方向相反，电枢反应是去磁效果的。图6Ψ=90时的电枢反应超前相位90电角度（Ψ=-90）时的电枢反应如图7显然可以看出这时电枢反应是增磁作用的，也称之为直轴增磁电枢磁动势。图7Ψ=-90º时的电枢反应对于ψ=任意角度时的电枢反应此时要分清电流超前电动势还是滞后电动势。电流滞后电动势：0<ψ<90°此时可利用迭加原理，将分解成两个分量与，以及滞后于90电角度的分量。见图8a，它们有如下数学关系：ab图8ψ=任意角度时的电枢反应本章详细讲解了永磁同步电机控制系统的构成，以及永磁同步电机负载电流与反电动势相位差在相等，超前9

7、0º，滞后90º，和任意角度时的电枢反应，只有理解了电枢反应，我们才能根据电机的类型来计算最大扭矩。另外讲解了永磁同步电动机的dq轴数学模型和矢量坐标变换原理。这一章是我们根据电机的结构进行电机控制和应用在冷库门的依据。实用新型内容：永磁式同步电机具有结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高的特点。和普通同步电机相比，因为它没有换向器和电刷，所以维护更加方便。相对异步电动机而言则比较简单，定子电流和定子电阻损耗减小，且转子参数可测、控制性能好。它省去了励磁装置，简化了结构，提高了效率。永磁同步电机系统能够实现高精度、高动态性能、大范围的调速或定位控制，

8、因此在这里我们选择永磁同步电机矢量控制系统来控制各种大小的冷库门。在冷库门上采用此种电机，由于