《电机学（下）》同步电机复习提纲
第二十章 同步电机概述
1.同步电机的定子——称电枢，电枢铁心嵌放三相对称绕组；
转子——称主磁极，由直流电励磁，分为隐极式和凸极式【P193图20-2】；
隐极转子：气隙均匀，多用于高速电机，如：汽轮发电机，通常极对数p=1，由于转速高，
汽轮发电机直径较小、长度较长；
凸极转子：气隙不均匀，多用于低速电机，如：水轮发电机均采用凸极式，特点是直径大、
长度短；
转子除励磁绕组外，还常装有与感应电机笼型绕组相似的闭合绕组，在发电机称为阻尼绕组，在电
动机称为起动绕组。 2.同步电机定子三相对称绕组通进三相对称电流产生的旋转磁场，与转子旋转磁极的转速恒为同步速s n ， 定、转子旋转磁场轴线之间的夹角为转矩角sr δ，通常认为sr δδ≈【P195图20-6】
δ——称为功率角，是转子磁场轴线超前于定、转子合成磁场轴线的夹角；
当0δ>，相当于转子磁极拖着定、转子合成旋转磁场转，转子输入的机械功率转变为定子输出的电功率——发
电机运行状态；此时机械转矩为驱动转矩、电磁转矩为制动转矩；
当0δ<，相当于定、转子合成旋转磁场拖着转子磁极转，定子输入的电功率转变为转子输出的机械功率——电动机运行状态；此时电磁转矩为驱动转矩、机械转矩为制动转矩；
当0δ=，相当于转子与合成旋转磁场轴线重合，电机内没有有功功率转换——空载运行状态；电磁转矩为零。 3.同步电机的励磁系统有：直流励磁机励磁、交流整流励磁、晶闸管自励恒压励磁等 4.同步电机的额定值（铭牌数据）： N U 、N I ——指电枢（定子）线电压、线电流；
N S ——发电机的额定容量，指三相视在功率；
N P ——指额定运行时的输出三相有功功率，故对发电机是电功率、对电动机是机械功率；
∴N N N
S I =
单位：VA 、KVA
发电机：cos N N N N P I ?
电动机： cos N
N N N N P I ?η= 单位：KW
同步电机的转子转速n 与电枢电流频率f 、电机极对数p 存在严格不变的关系：
60s f n n p
=
——称为同步速，单位：/min r （转/分钟）；
我国电网频率 50f Hz =，故：p=1，n S =3000r/min ；p=2，n S =1500r/min ；p=3，n S =1000r/min .......
第二十一章 同步发电机运行原理
（一）同步发电机空载运行和负载时的电枢反应
1.同步发电机空载运行——励磁绕组通入直流励磁电流f I ，原动机拖动转子磁极以同步速n S 旋转，定子电枢绕组开路。
空载时只有f I 建立的励磁磁势f F ，产生空载磁通0φ，以n S 速度切割定子三相对称绕组感生三相空载电势0E ； 2.同步发电机接上三相对称负载后，电枢三相对称绕组通过三相对称电流I ，产生一个旋转磁势，称为电枢磁势
a F ，a F 的转速也为同步速n S ；即a F 、f F 均与转子转速、转向相同，故不会在转子绕组感应电势。
3..空载时气隙磁场中只有f F ，负载时多了a F ；
因此：负载时电枢磁势a F 对气隙磁场的影响——称为电枢反应 4.电枢反应的性质与内功率因数角0ψ有关， 定义：0ψ——电枢电流I 落后于0E 的夹角。
直轴（d 轴）——转子主磁极轴线，即f F 的轴线； 交轴（q 轴）——与直轴正交的轴线；
00ψ=时a F 为交轴磁势，产生交轴电枢反应；
交轴电枢反应的作用：使气隙磁场发生畸变，主极磁场超前于气隙合成磁场，电磁转矩为制动性质，原动机克服电磁转矩做功，机械能转变为电能。
0090ψ=时a F 为直轴磁势，产生直轴去磁电枢反应； 作用：纯去磁。 0090ψ=-时a F 为直轴磁势，产生直轴增磁电枢反应； 作用：纯增磁。
当0ψ为任意角时，可把a F 分解为一个交轴分量aq F 和一个直轴分量ad F ，其中aq F 产生交轴电枢反应，ad F 产生直轴电枢反应；因此：
00900ψ>>时电枢反应性质：交轴+直轴去磁； 00090ψ>>-时电枢反应性质：交轴+直轴增磁；
5.时-空统一相量图——把时间相量和空间相量合并在一起【P199图21-2】； 时间相量：0E 、I 、0φ；空间相量：f F 、 a F
在时-空统一相量图中：f F 与0φ同相、a F 与I 同相； （二）同步发电机数学模型 1.隐极发电机 ①电磁关系：
定子a a a a I F E jIx φ→→→=-系统
E j I x σσσ
φ→→=-
转子 00
f f I F E φ→→→
采用发电机惯例，定子绕组的上述感应电势与定子端电压U
平衡（忽略电枢绕组电阻
a
R ）：
0a E E E U
σ++=
其中：
a
E ——隐极机电枢反应电势；
a
x ——隐极机电枢反应电抗，对应于电枢反应的作用；
E σ
——漏磁通感生的漏电势；
x σ
——定子绕组漏电抗，对应于电枢漏磁场的作用；
E ——转子主磁通在定子感生的励磁电势，对应于主磁场的作用；
②电势方程（注：公式中所有电量均是相值）：
0()a a a s
E U E E U jIx jIx U jI x x U jIx σσσ=--=++=++=+
其中：
s a x x x σ
=+——隐极同步电机的同步电抗
③相量图和等效电路如【p202图21-9】：
其中：由于0E 是转子磁场感生的；U 可看成是定、转子合成磁场感生的，因此U 与0E 之间的夹角就是功率角δ【P208图21-18】；
δ——功率角（0E 超前于U 的角度）
0ψ——内功率因数角（I 落后于0E 的角度）；
?——功率因数角（I 落后于U 的角度）
； 0ψδ?=+
2.凸极发电机由于气隙不均匀，需采用“双反应理论”的分析方法；
双反应理论——把电枢电流、电枢磁势、电枢反应电抗、同步电抗都分解为直轴（d 轴）和交轴（q 轴）分量分别进行计算，再把结果叠加起来。 ①电磁关系：
定子 d ad ad ad d ad
I I F E jI x φ→→→→=-系统
q aq aq aq q aq I F E jI x φ→→→→=-
E jIx σσσ
φ→→=-
转子 00
f f I F E φ→→→
定子绕组的上述感应电势与定子端电压U
平衡（忽略
a
R ）：
0ad aq E E E E U
σ+++=
其中：d q I I I =+
d I 、ad F 、ad E 、ad x ——分别为直轴电流、直轴电枢磁势、直轴电枢反应电势、直轴电枢反应电抗；
q I 、aq F 、aq E 、aq x ——分别为交轴电流、交轴电枢磁势、交轴电枢反应电势、交轴电枢反应电抗；
②凸极发电机电势方程（注：公式中所有电量均是相值）：
0ad aq E U E E E σ=---
d ad q aq U jI x jI x jIx σ=+++
()()d ad q aq U jI x x jI x x σσ=++++ d d q q
U jI x jI x =++
其中：d ad x x x σ=+——凸极同步电机的直轴同步电抗；
q a q x x x
σ=+——凸极同步电机的交轴同步电抗；
电抗的大小与磁导成正比，由于直轴气隙比交轴小故磁导比交轴大，所以d q
x x >；
隐极机由于气隙均匀，相当于d q s
x x x ==。
上式变为：
0()d s q s d q s s
E U jI x jI x U j I I x U jIx =++=++=+——隐极机电势方程；
可见，隐极机可看成是凸极机当
d q
s x x x =时的特例。
③凸极机相量图如【P205图21-13、图21-14】：
由于d 轴就是励磁磁通0φ的方向， 0E 比0φ落后090，q 轴与d 轴垂直(正交)，∴0E 一定在q 轴方向； ∵相量d q I I I =+，∴大小0sin d I I ψ=、0cos q I I ψ=； ④利用凸极机相量图可采用几何方法求0ψ、δ、0E ：
由【P205图21-14】可见：
忽略a R ，过U 的矢端作I 的垂线与q 轴相交；所组成的直角三角形中，0ψ角的邻边长度为cos U ?、对边长度为sin q Ix U ?+；因此：0sin arctan cos q Ix U U ?ψ?
+= ；
0δψ?=-
由【P205图21-13】可见： 忽略a R ，0cos d d
E U I x δ=+
其中：0sin d I I ψ=；
⑤此外由图21-14可见，凸极机0ψ的对边与q 轴相交所组成的直角三角形，其斜边并不是0E 而是Q E ，Q q E U jIx =+称为虚拟电动势，与此方程对应的等效电路如【P206图21-15】
； 由图21-14：0()Q d d q E E jI x x =+-；
由于0E 、Q E 、()d d q jI x x -同相，故大小为:0()Q d d q E E I x x =+-； 且由该直角三角形可知，忽略a R ：0cos cos Q U E ?ψ= 对于隐极机：∵d q x x =，∴0Q E E =； 书上例题：p206例21-1；
例1： 一台凸极同步发电机，72500N P kW =,10.5N U kV =，Y 接法，cos 0.8N ?=滞后，已知 1.217d x =Ω
0.674q x =Ω，忽略a R 。试求额定负载下运行时发电机的0ψ、d I 、q I 及0E 线。
解：4983()N N I I A ?==
==
3
6062()
N U V ?
===
1
1
00sin 49830.67460620.6
55.27cos 60620.8
N q N N
N N
I X U tg tg U ????ψ?--+?+?===?
0sin 4983sin55.274095()d N I I A ?ψ==?=
0cos 4983cos55.272838.9()q N I I A ?ψ==?=
∵ cos 0.8N ?=，∴0
36.87
N ?=；
000
055.2736.8718.4N δψ?=-=-=
00cos 6062cos18.44095 1.21710735.7()
N d d E U I x V ?δ=+=?+?
=0010735.718595()E V ===线 （三）同步发电机功率方程和转矩方程
1. 功率平衡方程（假设励磁损耗cuf p 由另外电源供给）： ①机械方面的功率平衡：10Fe e e P p p P p P Ω=++=+； 其中：1P ——由原动机输入的机械功率；
e P ——机械转变为电的那部分功率，称为电磁功率；
0()Fe p p p p Ω?=++——空载损耗，它包括机械损耗p Ω、铁耗Fe p ，有时还需考虑杂散损耗p ?； ②电方面的功率平衡：2e cua P p P =+；
其中：2
cua a p mI R =——定子绕组铜耗；
2cos P mUI ?=——发出的电功率；
常忽略a R ，则：2e P P ≈
因此：20cos cos e Q P P mUI mE I ?ψ≈==（隐极机0Q E E =） 注：凡功率符号为大写P ，凡损耗符号为小写p ； 2.转矩平衡方程
把机械方面的功率平衡方程两边除以同步角速度S Ω，可得同步发电机的转矩平衡方程：10e T T T =+
其中：1
1S
P T =
Ω————原动机输入的驱动机械转矩； 00Fe
S S P p p T Ω+=
=ΩΩ————电机的空载损耗转矩； 2e e S S
P P
T =
≈ΩΩ————制动性质的电磁转矩； 其中： 260
S
S n πΩ=
； 单位：/rad s （弧度/秒）；转矩单位：N.m （牛顿.米）； 第二十二章 同步发电机的特性
同步发电机在对称负载下运行时，S n n ==常数、cos ?=常数。
在可测量的f I 、U 、I 三个量中，保持其中一个不变，另两者之间的关系即表示一种特性：
0I =不变、00()f U U E f I ==——空载特性；
0U =不变、()k f I
I f I =——短路特性；
0I ≠为常数不变、()f U f I =——负载特性；
其中cos 0?=的负载特性称为零功率因数负载特性；
f I =常数不变、()U f I =——外特性；
N U U =不变、()f I f I =——调整特性；
此外还有效率特性——2()f P η=
1.空载特性——0()f E f I =与磁化曲线0()f f F φ=形状相似：【P209图22-1】
当0φ较小时磁路未饱和，空载特性是直线，饱和后成为曲线；直线部分的延长线称为气隙线。 通常额定相电压Nph U 点设计在空载特性的拐弯点； 2.短路特性
短路时0U =，忽略a R 发电机只剩内部同步电抗压降与0E 平衡，故k I 是纯感性的，∴0
090ψ=， 对隐极机：0s k s
E U jIx jI x =+=；
对凸极机：由于0
90ψ=，则cos 0
q k I I ψ==，
sin d k k
I I I ψ==；
∴0q q d d k d
E U jI x jI x jI x =++=
可见无论隐极、凸极机：0k E I ∝
又由于0
090ψ=时的电枢反应是直轴去磁的，即磁通较小电机不饱和，∴0f E I ∝ 因此：k f I I ∝——短路特性是一条直线，【P209图22-2（b ）】。
且由于磁通较小、感应电势较小，故k I 不大， 所以同步发电机三相稳态短路没有危险。 3.利用空载特性和短路特性可求s x 、d x 的不饱和值：【P211图22—6】
由于短路时磁路不饱和，空载特性是直线即气隙线，短路特性也是一条直线； 因此，在图中对应同一励磁电流f I ，从空载特性气隙线上查0E 、从短路特性上查k I ； 据0k s E jI x =及0k d E jI x =可知，0E 与k I 的比值就是s x 、d x 的不饱和值：
s d k E x x I =
不饱和值、；
4. s x 、
d x 饱和值的近似求法【P212图22—7】： 在空载特性饱和段取Nph U 点，对应于该点找同一励磁电流0f I 下的短路电流k
I '； 则：Nph
s d k
U x x I ≈
'饱和值、 5.短路比c k 定义——产生空载额定电压与额定短路电流所需的励磁电流之比； 由【P212图22—7】：
011f Nph k k c b fk
N Nph N d d I U I I k Z I I U I X x *''=
=
=?=?=饱和饱和
可见：1c d k x
*
=
饱和
书上P212例22-1
6.零功率因数负载特性：
①由于cos 0?=，负载为纯感性，电机本身的阻抗也是纯感性（忽略a R ），故0
90ψ=，0q I =，电枢反应为直轴去磁；故此时的同步机方程：0d E U jIx =+
②在空载特性与零功率因数负载特性之间，存在一个特性三角形AEF ?【P210图22-5】
据上述同步机方程：在空载特性上∵0I =，当0Nph E U =时，励磁电流对应图中BC 段，即BC 段f I 用于建立
空载相电压Nph U ；
在负载特性上∵0I ≠，∴当Nph U U =时，0Nph d Nph ad E U jIx U jIx jIx σ=+=++， 励磁电流对应图中BF 段； BF BC CA AF =++
其中：BC 段f I 仍用于建立空载相电压Nph U ，CA 段f I 用于建立漏电抗压降Ix EA σ=，AF 段f I 用于
补偿直轴电枢反应ad Ix 的去磁作用； 由此可得：p
EA x x I
σ=
————
p
x 比实际的电枢漏抗略大，称为坡梯电抗
由于0I ≠不变，故特性AEF ?的大小不变，当三角形的E 点在空载特性上移动时，F 点的轨迹就是零功率因数负载特性；当三角形的水平边移到与横坐标重合时，F 点=K 点对应短路点。 7.用转差法求d x 、q x 的不饱和值
原动机把同步机拖到接近同步速、转子励磁绕组开路、定子加三相对称低压（其相序应使电枢旋转磁场与转子转向相同）、示波器录下电枢电压U 和电枢电流I 波形，如【P213图22-8】； 则：max min
d U x I =
不饱和；min max q U
x I =不饱和
8.外特性：
实验测得各种负载下的外特性如【P214图22-10】：
令电机工作在Nph U 、N I 点，然后减少发电机的负载I ，可见：
随着负载电流I 的减少，纯阻负载端电压U 上升；感性负载U 上升得更多；容性负载则U 下降； 当I 减为零时，0U E =。
定义同步发电机的电压调整率：0100%
Nph Nph
E U U U -?=?
9.调整特性：
调整特性是N U U =不变、()f I f I =的曲线；由外特性可知：当负载为纯阻或感性时，随着I 增大U 是要下降的，且感性比纯阻负载下降更多；现随着I 增大U 要保持不变，则只好加大励磁电流，且感性比纯阻负载加大更多；
同理，容性负载随着I 增大U 是要上升的，现随着I 增大U 要保持不变，则只好减小励磁电流；如【P214图22-12】。 10.效率特性
据同步发电机功率平衡方程：122
Fe cua cuf P p p p p p P p P Ω?=+++++=+∑；
其中：总损耗
Fe cua cuf p p
p p p p Ω
?=++++∑
效率12111211P P P P P P P P P P η-===-=-+∑∑∑∑
第二十三章
（一）同步发电机投入电网并联运行
1.并联条件
为了避免投入电网时产生冲击电流以及产生冲击转矩，并联时应使【P217图23-1】中开关Q 两端的电压差U ?为零，即发电机0E 与电网U 的瞬时值必须一直保持相等；
因此并联条件：发电机与电网相序、电压波形、频率一致；0E 与U 大小相等、相位相同； 2.并联方法：发电机投入并联所进行的调节和操作过程，称为整步过程
由于电压波形设计时已保证，电机转向和相序已标明；故整步过程只需实现0E 与U 大小、相位相同、频率相等； ①准确整步法：把发电机调整到完全符合并联条件再投入电网 灯光熄灭法【P218图23-3】：合闸条件：三灯全灭；
当0E 与U 大小不等或相位不等时，三灯等亮；当频率不等时，三灯同时出现时亮时暗； 灯光旋转法【P219图23-4】：合闸条件：一灯灭、两灯等亮；
当0E 与U 大小不等或相位不等时，三灯均亮但亮度不等；当频率不等时，灯光旋转；
②自整步法：操作简单，但有一定冲击电流
励磁绕组先经限流电阻短路，把发电机拖到接近同步速，发电机投入电网，立即加上直流励磁，依靠电磁转矩把转子牵入同步；
（二）同步发电机的功角特性
1.凸极同步发电机的功角特性()e P f δ= 忽略a R ，凸极机相量图如【P220图23-6】：
2cos e P P mUI ?=0cos()mUI ψδ=- 其中：0?ψδ=-
00cos cos sin sin mUI mUI ψδψδ=+ 其中：000cos()cos cos sin sin ψδψδψδ-=+
cos sin q d mUI mUI δδ=+ 其中：0cos q I I ψ=、0sin d
I I ψ=
0cos sin cos sin q d E U U mU
mU x x δδδδ-=+ 其中：sin q q U I x δ
=、0cos d d
E U I x δ-= 2011
sin ()sin 22d q d
UE U m m x x x δδ=+- 其中：1sin cos sin 22δδδ=
12e e P P =+————凸极同步发电机的功角特性【P220图23-7】
其中：1e P ——基本电磁功率，随δ作正弦变化，与励磁电势0E 成正比，当0
90δ=时，1e P 达到最大值；
2e P ——附加电磁功率，随2δ作正弦变化；即使电机没有励磁即00E =，只要凸极效应存在即d q x x ≠，
2e P 就存在，当045δ=时，2e P 达到最大值；
3.隐极同步发电机的功角特性()e P f δ=
由于隐极机d q s x x x ==，故附加分量20e P =，只有基本分量1e P ； ∴0
sin e d
UE P m
x δ=————隐极同步发电机的功角特性；
可见：当090δ=时，隐极机的电磁功率出现最大值，而凸极机的最大电磁功率出现在00
45~90δ=之间。 书上P221例23-1
（三）有功功率调节和静态稳定
同步发电机投入并联的目的，就是要向电网输出功率，电机并联到（无穷大）电网上运行后，其端电压和频率均与电网一致不能变；
1.同步发电机有功功率的调节
增加原动机的输入功率P 1（如调节汽轮机的汽门或水轮机的水门），可使同步发电机的功率角δ增大，从而输出的电磁功率2e P P ≈增大。
2.静态稳定【P223图23-11】（以隐极机为例）： ①当工作点在0
090δ<≤（即
0e
dP d δ
>范围）
，如A 点： 当有扰动使输入功率1P ↑（从而1T ↑）时，引起功率角δ↑，由图23-11可见e P ↑（从而e T ↑）； 据同步发电机的转矩方程：10e T T T =+；驱动转矩与制动转矩均同时增大，可达新的平衡； 故当扰动消失时机组能回到原工作点A ； ②当工作点在0
90180δ<≤（即
0e
dP d δ
<范围）
，如B 点： 当有扰动使输入功率1P ↑（从而1T ↑）时δ→↑，由图23-11可见反而e P ↓（从而e T ↓）
； 使驱动转矩大于制动转矩，机组不能达到平衡；故当扰动消失时机组也不能回到原工作点B ，甚至引起失步； ③可见：机组静态稳定的条件是：0e
dP d δ
> 3.过载能力max
e p N
P k P =
对隐极发电机：0
90δ=时达到max e P ；
∴0max 01
sin sin e s p N
N N s
E U m
P x k E U P m x δδ=
==
（四）无功功率的调节
1.在调节无功功率时，假定输出的有功功率不变，即2e P P ≈不变； 以隐极机为例，由于m 、U 、s x 均是定值，故：
2cos P mUI ?=不变————cos I ?=常数
sin e s
UE P m
x δ=不变————0sin E δ=常数 2.据隐极机相量图【P224图23-12】，当调节f I ，0E 变化时：
为了保持cos I ?=常数，相量I 的矢端必须在CD 线上移动；
为了保持0sin E δ=常数，相量0E 的矢端必须在AB 线上移动；
3.设cos 1?=时的f I 称为正常励磁，对应图中0E 、I ；
当增大f I 大于正常励磁时，称为过励，对应图中0
E '、I '； 当减少f I 小于正常励磁时，称为欠励，对应图中0
E ''、I ''； 由图23-12可见：调节发电机的励磁，可调节其无功；
正常励磁时，发电机不输出无功；
过励时，I '是落后的电流，即发电机向电网输出落后的无功；
欠励时，I ''是超前的电流，即发电机向电网输出超前的无功；
4.同步发电机的V 型曲线：e P 一定时 ()f I f I =曲线
由图23-12可见：cos 1?=时，电枢电流I 是最小的，无论发电机过励或欠励，I 都比正常励磁时要大； 因此()f I f I =是一条V 型曲线【P224图23-13】，
其中：最低点对应正常励磁；每一条V 型曲线对应不同的e P ，把各曲线最低点连接起来得到一条cos 1?=的曲线，曲线的右侧为过励状态，发电机输出滞后的无功；曲线的左侧为欠励状态，发电机输出超前的无功； 第二十四章
（一）同步电动机的方程
1.由于电动机相当于定、转子合成磁场拖着转子磁极转，即U 超前于0E ，若采用发电机惯例和方程讨论电动机，则0δ<，
0e P <，0
90?>、cos 0?<；如【P225图24-1】： 2.为应用方便，采用电动机惯例：
定义功率角M δ——U 超前于0E 的角度；设输入电流为正方向，即以M I I =-代入原发电机方程；有关物理量下标加M ；
则隐极机方程式（忽略a R ）：0M s U E jI x =+；与之对应的相量图及等效电路如【P225图24-2】； 凸极机方程（忽略a R ）：0d M d q M q U E j I x j I x =++；相量图如【P226图24-3】； 3.采用电动机惯例后，用几何方法求电动机0M ψ、M δ、0E 的计算公式与发电机相同： 凸极机：0sin arctan cos M q M
M M
I x U U ?ψ?+= ； 0M M M δψ?=- 0cos M dM d E U I x δ=+ 其中：0sin dM M M I I ψ=；0cos qM M M I I ψ=
4.功率方程和功角特性：
①电方面的功率平衡：1cua e P p P =+；
其中：1cos M M P mUI ?=——由电网输入的电功率；
e P ——电能转变为机械能的那部分功率，称为电磁功率；
2cua M a p mI R =——定子绕组铜耗；
常忽略a R ，则：1e P P ≈
②机械方面的功率平衡：20e Fe e P p p p P p P Ω?=+++=+；
其中：2P ——输出的机械功率；
0Fe p p p p Ω?=++——空载损耗，它包括了机械损耗p Ω、铁耗Fe p 和杂散损耗p ?；
③把机械方面的功率平衡方程0e e P p P =+两边除以同步角速度S Ω，可得同步电动机的转矩平衡方程：
02e T T T =+
其中： 1e e S S
P P T =≈ΩΩ————驱动性质的电磁转矩； 22S P T =
Ω——电动机轴上输出的机械转矩； ④采用电动机惯例后，功角（矩角）特性方程也与发电机相同： 隐极电动机：0sin e M s
UE P m x δ= 0sin e e M s S s
P UE T m x δ==ΩΩ 凸极电动机：2011sin ()sin 22e M M d q d
UE U P m m x x x δδ=+- 2011sin ()sin 22e e M M S S d S q d
P UE U T m m x x x δδ==+-ΩΩΩ 可见：即使没有励磁即00E =，只要有凸极效应存在即d q x x ≠，同步电动机就有驱动电磁转矩，就能转动； 同步电动机过载能力的定义和计算公式也与发电机一样。 书上P227例24-1（1）
注：采用标幺值进行计算时，公式中没有相数m
（二）同步电动机的运行特性
一、实验目的 1. 测量永磁同步电机定子电阻、交轴电感、直轴电感、转子磁链以及转动惯量。 二、实验内容 1. 掌握永磁同步电机dq 坐标系下的电气数学模型以及机械模型。 2. 了解三相永磁同步电机内部结构。 3. 确定永磁同步电机定子电阻、交轴电感、直轴电感、反电势系数以及转动惯量。 三、拟需实验器件 1. 待测永磁同步电机1台； 2. 示波器1台； 3. 西门子变频器一台； 4. 测功机一台及导线若干； 5. 电压表、电流表各一件； 四、实验原理 1. 定子电阻的测量 采用直流实验的方法检测定子电阻。通过逆变器向电机通入一个任意的空间电压矢量U i (例如U 1)和零矢量U 0,同时记录电机的定子相电流,缓慢增加电压矢量U i 的幅值,直到定子电流达到额定值。如图1所示为实验的等效图,A 、B 、C 为三相定子绕组,U d 为经过斩波后的等效低压直流电压。I d 为母线电流采样结果。当通入直流时，电机状态稳定以后，电机转子定位，记录此时的稳态相电流。因此，定子电阻值的计算公式为： 1 ,2a d b c d I I I I I ===- (1) 23d s d U R I = (2)
图1 电路等效模型 2． 直轴电感的测量 在做直流实验测量定子电阻时,定子相电流达到稳态后,永磁转子将旋转到和定子电压矢量重合的位置,也即此时的d 轴位置。测定定子电阻后,关断功率开关管,永磁同步电机处于自由状态。向永磁同步电机施加一个恒定幅值,矢量角度与直流实验相同的脉冲电压矢量(例如 U 1),此时电机轴不会旋转(ω=0),d 轴定子电流将建立起来，则d 轴电压方程可以简化为： d d d q q d di u Ri L i L dt ω=-+d d d d di u Ri L dt =+ (3) 对于d 轴电压输入时的电流响应为： ()(1)d R t L U i t e R -=- (4) 利用式(4)以及测量得到的定子电阻值和观测的电流响应曲线可以计算得到直轴电感值。 其中U /R 为稳态时的电流反应，R 为测得的电机定子电阻。由上式可知电流上升至稳态值的倍时，1d R t L - =-，电感与电阻的关系式可以写成： 0.632d L t R =? (5) 其中为电流上升至稳态值倍时所需的时间. 3． 交轴电感的测量 测出L d 之后,在q 轴方向(d 轴加90°)施加一脉冲电压矢量。电压矢量的作用时间一般选取的很短 ,小于电机的机械时间常数,保证电机轴在电压矢量作用期间不会转动。则q 轴电压方
CT Unidrive M700系列驱动器和菲仕永磁同步伺服马达调试案例●调试技术要求： ?菲仕永磁同步伺服电机闭环 ?上位机罗克韦尔PLC以太网通讯 ●驱动器参数调试步骤： 1.确认驱动器和电机型号、规格等参数： CT Unidrive：M700-03400100A10100AB100+KI-Keypad Phase Motor：U30730A15.3 2.驱动器初始化操作： ?断开STO/使能（T22和T31）或者Pr06.015=＞OFF（初始化准备）； ?Prmm.000=＞1253（50Hz交流电源频率）； ?Pr00.048=＞RFC-S（运行模式设定）；
?按下红色复位按键（初始化完成）。 ?接通STO/使能（T22和T31）或者Pr06.015=＞ON（驱动器使能待机） 3.更改用户安全级别/访问级别： ?Pr00.049=＞1（所有菜单均允许编辑） 4.编码器相关接线和参数设定： ?菲仕电机编码器为绝对型，和CT驱动器完美兼容，接线图如下图所示： ?Pr03.024=＞0（RFC反馈模式：Feedback）； ?Pr03.026=＞0（电机控制反馈选择：P1 Drive）； ?Pr03.034=＞2500（P1每转旋转脉冲数：2500PPR）； ?Pr03.036=＞0（P1电源电压：5V）； ?Pr03.038=＞3（P1设备类型：AB Servo）； ?Pr03.039=＞1（P1终端选择：AB启用，Z不启用）； ?Pr03.118=＞1（P1热敏电阻类型：KTY84）。 5.电机参数设定和参数自调谐：
?Pr05.007=＞7.4（额定电流：7.4A）； ?Pr05.008=＞1500（额定转速：1500RPM）； ?Pr05.009=＞362（额定转速：1500RPM）； ?Pr05.011=＞8（电机极数：8Poles）； ?Pr05.033=＞224（每1000转电压：224V/1000RPM）； ?Pr05.012=＞2（电机自调谐方式：ROTATING，※电机旋转自调谐务必保证电机 光轴，无负载输出）； ?Pr01.014=＞4（给定选择器：Keypad）； ?按下键盘绿色运行按键，键盘显示Auto Tune，电机旋转自调谐，如果自调谐成 功完成，键盘显示Inhibit。 ?Pr06.015=＞OFF（驱动器使能关闭）； ?Pr06.015=＞ON（驱动器使能打开）； 观察电机参数变化，反复执行上述操作至少3次，直至Pr03.025保持一个恒定值：?Pr05.017=＞？（M1定子阻抗）； ?Pr05.024=＞？（M1Ld）； ?Pr05.072=＞？（M1空载Lq）； ?Pr03.025=＞？（位置反馈相角）； 至此，电机参数自调谐成功调试完毕。 ?保存参数：Prmm.000=＞1000，按下红色复位键（此步骤驱动器掉电之前务必操 做一次否则重新上电参数未保存驱动器E2PROM）。 6.其他参数： ?Pr01.007=＞0（最小给定值：0.0RPM）；
异步电动机矢量控制系统仿真 1.异步电机矢量控制系统的原理及其仿真 1.1 异步电动机矢量控制原理 异步电机矢量变换控制系统和直接转矩控制系统都是目前已经获得使用的高性能异步电机调速系统，对比直接转矩控制系统，矢量变换系统有可以连续控制，调速范围宽的优点，因此矢量变换控制系统为现代交流调速的重要方向之一。 本文采用的是转子磁场间接定向电流控制型交流异步电机矢量控制系统[1]，如图1所示。 图1矢量变换控制系统仿真原理图 如果把转子磁链方向按空间旋转坐标系的M轴方向定向，则可得到按转子磁场方式定向下的三相鼠笼式异步电动机的矢量控制方程。 （1） （2） （3） （4）
（5） 上列各式中，是转子励磁电流参考值；是转差角频率给定值；是定子电流的励磁分量；是定子电流的转矩分量；是定子频率输入角频率； 是转子速度；是转子磁场定向角度；是转子时间常数；和分别是电机互感和转子自感。 图4所示控制系统中给定转速和实际电机转速相比较，误差信号送入转速调节器，经转速调节器作用产生给定转矩信号，电机的激磁电流给定信号根据电机实际转速由弱磁控制单元产生，再利用式（1）产生定子电流激磁分量给定信号，定子电流转矩分量给定信号则根据式（2）所示的电机电磁转矩表达式生成。、和转子时间常数Lr一起产生转差频率信号，和ωr相加生成转子磁场频率给定信号，对积分则得到转子磁场空间角度给定信号。和经坐标旋转和2/3相变换产生定子三相电流给定信号、和，和定子三相电流实测信号、和相比较，由滞环控制器产生逆变器所需的三相PWM信号。 1.2 异步电机转差型矢量控制系统建模 在MATLAB/SIMULINK环境下利用电气系统模块库中的元件搭建交流异步电机转差型矢量控制系统[2]，电流控制变频模型如图2所示。 图2 电流控制变频模型图 整个仿真图由电气系统模块库中的元件搭建组成，元件的直观连接和实际的主电路相像似，其中主要包括：速度给定环节，PI速度调节器、坐标变换模块、
1.内功率因数角：定子相电流与空载反电势的夹角，定子相电流超前时为正。 2.功率角（转矩角）：外施相电压超前空载反电势的角度，是表征负载大小的象征。 3.功率因数角：外施相电压与定子相电流的夹角。 4.内功率因数角决定直轴电枢反应是出于增磁还是去磁状态的因素。 5.实际的空载反电势由磁钢产生的空载气隙磁通在电枢绕组中感应产生，当实际反电势大于临界反电势时，电动机将处于去磁工作状态。空载损耗与空载电流是永磁电机出厂试验的两个重要指标，而空载反电势对这两个指标的影响尤其重大。空载反电势变动时空载损耗和空载电流也有一个最小值，空载反电势设计得过大或过小都会导致空载损耗和空载电流的上升，这是因为过大或过小都会导致空载电流中直轴电流分量急剧增大的缘故。还对电动机的动、稳态性能均影响较大。永磁机的尺寸和性能改变时，曲线定子电流I=f(E)是一条V形曲线。（类似于电励磁同步机定子电流和励磁电流的关系曲线） 6.由于永磁同步电动机的直轴同步电抗一般小于交轴同步电抗，磁阻转矩为一负正弦函数，因而矩角特性曲线上最大值所对应的转矩角大于90度，而不像电励磁同步电机那样小于90度。这是一个特点。 7.工作特性曲线： 知道了空载反电势、直轴同步电抗、交轴同步电抗和定子电阻后，给出一系列不同的转矩角，便可以求出相应的输入功率，定子相电
流和功率因数，然后求出电动机在此时的损耗，便可以得到电动机出去功率和效率，从而得到电动机稳态运行性能与输出功率之间的关系曲线，即为电动机工作曲线。 8.铁心损耗： 电动机温度和负载变化导致磁钢工作点改变，定子齿、轭部磁密也随之变化。温度越高，负载越大，定子齿、轭部的磁密越小，铁耗越小。工程上采用与感应电机铁耗类似的公式，然后进行经验修正。 9.计算极弧系数： 气隙磁密平均值与最大值的比值。它的大小决定气隙磁密分布曲线的形状，因而决定励磁磁势分布的形状、空气隙的均匀程度以及磁路的饱和程度。其大小还影响气隙基波磁通与气隙总磁通比值，即磁钢利用率，和气隙中谐波的大小。 10.永磁电机气隙长度： 是非常关键的尺寸。尽管他对于永磁机的无功电流影响不如感应电机敏感，但对于交直轴电抗影响很大，继而影响电动机的其他性能。还对电动机的装配工艺和杂散损耗影响较大。 11.空载漏磁系数： 是很重要的参数，是空载时总磁通与主磁通之比，是个大于1 的数，反映空载时永磁体向外磁路提供的总磁通的有效利用程度。空载漏磁系数以磁导表示的表达式又正好是负载时外磁路应用戴维宁定理进行等效转换的变换系数，同时由于负载情况的不同，电枢磁动势大小不同，磁路的饱和程度也随之改变，气隙磁导、漏磁导
永磁同步电机使用与维护手册 一、特点与用途 本公司TYBZ系列三相稀土永磁同步电动机采用高性能稀土永磁励磁，因此各项性能都较先进，是现代各工业部门高精度转速使用场合理想的驱动电动机。该电机可与变频调速装置配套使用，具有调速性能优异，节能效果明显，应用范围广泛等优点，现已广泛应用于纺织、化纤、造纸、玻璃、塑料、印刷、冶金、军工等行业。 二、工作条件 主要技术数据参见铭牌 环境温度：-15℃～+40℃ 海拔：不超过1000m 湿度：环境相对湿度不超过90％ 防护等级：IP54或IP44 绝缘等级：F级 接法：Y或△ 工作制：连续(S1) 注：如电机在海拔超过1000m或最高环境空气温度高于40℃或低于-15℃的条件下使用时，应按GB/T755的规定。 三、使用注意事项 1开箱前请先检查包装是否完整、有无受潮现象，在搬运和安装时，必须小心轻放，不得随意倾斜、倒置。有吊环的电机应将吊环拧紧，
并尽量使用吊环吊装。 2仔细检查电机在运输过程中有否损坏，各零配件是否完整，紧固件有否松动或脱落。 3详细核对电机铭牌数据，是否符合选用要求。 4电机安装应符合有关规定，与主机或基础的安装必须可靠。 5电机使用场所应保持良好的通风和冷却条件。 四、电机的接线 1用500V兆欧表测量电机绝缘电阻，其值不应低于1MΩ，在工作温度下不低于0.38MΩ。 2电机使用时必须可靠接地。(接地端子在接线盒内) 3电机接线盒内有6个带标志的出线，分别用6个接线柱连接，并按照铭牌上规定的接法接成Y或△，U1、V1、W1三端与电源连接。 五、电机的调试 1电机按规定接线后，应先进行空载运转，经检查无异常情况后，方可进行负载运行。 2变频电机需配变频器运行，参数设置请按照电机铭牌数据，例如：使用V/F控制时，TYBZ-300-100L-4,10-100HZ,38-380V其压频比为3.8，即电机的额定频率（基本频率）为100HZ,额定电压为380V,负载较大时或者频率较低时适当加一些转矩提升和IR补偿。电机的压频曲线如图： U、T（%）
异步电机控制系统PI 参数计算 对于一个控制系统，在设计PI 调节器的参数时，应该先根据系统的传递函数计算出PI 参数的数量级，然后根据系统的响应性能进一步优化PI 参数值。 下面以异步电机控制系统电流环PI 参数推导为例，讲解异步电机控制器PI 参数的设计方法。 1. 异步电机的矢量控制电流环和转速环 异步电机的矢量控制电流环和转速环如上图所示。 上述控制量的传递过程是：给定转速与反馈转速进行转速PI 调节输出sq *i ，给定电流与反馈电流经过电流控制器的PI 调节后生成给定电压信号sq *U ，此电压信号用于产生转子磁链，要计算控制器的PI 参数值，首先要计算出相关的传递函数，再利用PI 调节器对系统进行校正，根据给定的ξ和n ω计算出K P 和K i 值。 下面推导电流环sq *U 与rd ?的传递函数。 矢量控制系统已有几种方案获得成功应用，包括转子磁场定向矢量控制、气隙磁场矢量控制、定子磁场矢量控制，所谓磁场定向就是规定d 轴与磁场方向的关系，当取d 轴与转子磁场方向重合时，就是转子磁场定向当取dq 坐标系的旋转速度与定子磁场同步旋转速度相同时，此时转子磁通在q 轴的分量为零，目前应用最广泛的就是按转子磁场定向的矢量控制。 此时： r rm rd ???== 2.38 0rt rq ==?? 2.39
ωωω-=1s 2.40 磁链方程：rd m sd s i L i L +=sd ? rq m sq s i L i L +=sq ? 2.41 rd r sd m i L i L +=rd ? 0sq =+=rq r sq m i L i L ? 由以上四式解出rd i 、rq i 与sd i 、sq i 的关系： r sq m rq L i L i - = 2.42 )(1 sd m rd r rd i L L i -=? 2.43 根据文件上《异步电机dq 坐标系上的数学模型推导》得出： sq dqs sd sd s sd P i R u ?ω?-+= sd dqs sq sq s sq P i R u ?ω?-+= 0=+=rd rd r rd P i R u ? 2.44 0=+=rd dqr rq r rq i R u ?ω 在鼠笼式异步电机中rd u 、rq u 为0。 下面把转子磁链用sd i 表示。 sd r m rd i P T L 1 +=? 2.46 转差频率为： rd r sq m dqr dqs s T i L ?ωωωωω= -=-=1 2.45 式中r T 为转子时间常数，r r r R L T = 将（2.38）、（2.39）、（2.41）代入（2.44）化简后可得：
第29卷第9期中国电机工程学报V ol.29 No.9 Mar.25, 2009 98 2009年3月25日 Proceedings of the CSEE ?2009 Chin.Soc.for Elec.Eng. 文章编号:0258-8013 (2009 09-0098-06 中图分类号:TM 351;TM 359 文献标志码:A 学科分类号:470?40 永磁直线电机精确相变量建模方法 曾理湛1,陈学东1,李长诗2,农先鹏1,伞晓刚1 (1. 数字制造装备与技术国家重点实验室(华中科技大学,湖北省武汉市 430074; 2. 郑州轻工业学院机电工程学院,河南省郑州市 450002 Accurate Phase Variable Modeling of PM Linear Motors ZENG Li-zhan1, CHEN Xue-dong1, LI Chang-shi2, NONG Xian-peng1, SAN Xiao-gang1 (1. State Key Laboratory of Digital Manufacturing Equipment & Technology (Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, Hubei Province, China; 2. College of Mechanical and Electrical Engineering, Zhengzhou University of Light Industry, Zhengzhou 450002, Henan Province, China ABSTRACT: This paper proposes a general finite element (FE based phase variable modeling method of permanent magnet (PM linear motors for the accurate dynamic simulation of drive systems. A general phase variable model of PM linear motors is established taking account of the effects of the nonideal geometrical structure on the thrust force, in which the mover position dependent variables are obtained from FE
永磁同步电机控制系统仿真模型的建立与 实现
电机的控制 本文设计的电机效率特性如图 转矩(Nm) 转速(rpm) 异步电机效率特性 PMSM 电机效率特性 本文设计的电动汽车电机采用SVPWM 控制技术是一种先进的控制技术，它是以“磁链跟踪控制”为目标，能明显减少逆变器输出电流的谐波成份及电机的谐波损耗，能有效降低脉动转矩，适用于各种交流电动机调速，有替代传统SPWM 的趋势[2]。 基于上述原因，本文结合0=d i 和SVPWM 控制技术设计PMSM 双闭环PI 调速控制。其中，内环为电流环[3]，外环为速度环，根据经典的PID 控制设计理论，将内环按典型Ⅰ系统，外环按典型Ⅱ系统设计PI 控制器参数[4]。 1. PMSM 控制系统总模型 首先给出PMSM 的交流伺服系统矢量控制框图。忽略粘性阻尼系数的影响， PMSM 的状态方程可表示为 ??????????-+????????????????????----=??????????J T L u L u i i P J P L R P P L R i i L q d m q d f n f n m n m n m q d ///002/30//ωψψωωω& && (1) 将0=d i 带入上式，有 ???? ??????-+??????????? ??? ??--=????? ?????J T L u L u i J P P L R P i i L q d m q f n f n m n m q d ///02/3/0ωψψωω& && (2) 转 矩 (N m )转速 (n /(m i n )) 效率 转速 (rpm) 转矩 (N m )
《运动控制系统》课程设计学院： 班级： 姓名： 学号： 日期： 成绩：
感应电机矢量控制系统的仿真 摘要：本文先分析了异步电机的数学模型和坐标变换以及矢量控制基本原理，然后利用Matlab /Simulink软件进行感应电机的矢量控制系统的仿真。采用模块化的思想分别建立了交流异步电机模块、逆变器模块、矢量控制器模块、坐标变换模块、磁链观测器模块、速度调节模块、电流滞环PWM调节器，再进行功能模块的有机整合，构成了按转子磁场定向的异步电机矢量控制系统仿真模型。仿真结果表明了该系统转速动态响应快、稳态静差小、抗负载扰动能力强，验证了交流电机矢量控制的可行性和有效性。 关键词：异步电机；坐标变换；矢量控制；Simulink仿真 一、异步电机的动态数学模 型和坐标变换 异步电机的动态数学模型是一个 高阶、非线性、强耦合的多变量系统， 异步电机的数学模型由下述电压方 程、磁链方程、转矩方程和运动方程 组成。 电压方程： 礠链方程： 转矩方程： 运动方程： 异步电机的数学模型比较复杂， 坐标变换的目的就是要简化数学模 型。异步电机数学模型是建立在三相 静止的ABC坐标系上的，如果把它变 换到两相坐标系上，由于两相坐标轴 互相垂直，两相绕组之间没有磁的耦 合，仅此一点，就会使数学模型简单 了许多。 （1）三相--两相变换（3/2变换） 在三相静止绕组A、B、C和两相 静止绕组a、b 之间的变换，或称三相 静止坐标系和两相静止坐标系间的变 换，简称 3/2 变换。 （2）两相—两相旋转变换（2s/2r变 换） 从两相静止坐标系到两相旋转坐 标系 M、T 变换称作两相—两相旋转 变换，简称 2s/2r 变换，其中 s 表 示静止，r 表示旋转。
第10卷 第1期2006年1月 电 机 与 控 制 学 报 EL EC TR IC MACH I N ES AND CON TROL Vol 110No 11Jan .2006 一种微小型永磁直流直线电机 王坤东, 颜国正 (上海交通大学电信与电气工程学院820所,上海200030) 摘 要:针对永磁直流直线电机的微型化问题,提出了近似拼接的设计方案,优化了结构参数,并 加工出样机进行了试验。在尺寸所限下,该电机使用多个长方体永磁块拼接的正八边形来近似逼近全径向磁化管形磁铁励磁。利用有限元分析软件Max W ell910优化了气隙和磁铁厚度等结构参数。对样机进行了试验分析,结果表明电机驱动力和电流呈线性关系,在整个行程中,输出力均匀,驱动力在电流01004A 时可达0172N,线圈温度在5516°C 。关键词:微小型;永磁;直线电机;有限元优化 中图分类号:T M351 文献标识码:A 文章编号:1007-449X (2006)01-0070-04 A m i n i a ture per manent magnet li n ear DC motor WANG Kun 2dong, Y AN Guo 2zheng (School of Electrical and I nf or mati on Eng .,Shanghai J iaot ong Univ .,Shanghai 200030,China ) Abstract:This paper p resented a method based on j ointed per manents for m iniature of DC linear mot or .Structural para meters were op ti m ized .Pr ot otype was manufactured t o make s ome experi m ents .Under the constraint of m icr o di m ensi on,several rectangular per manent magnets were j oined t o be octagon,whose field app r oaches the filed of tube 2shaped per manent magnetized at radial directi on .Based on the FEA s oft w are Max W ell 910,the structural para meters such as dep th of air gap and per manent magnet were op 2ti m ized .The characters of mot or are analyzed thr ough experi m ents .Research de monstrates that driving f orce is p r oporti onal with the current,and driving force is stable in the whole str oke,and driving force reaches 0172N when the current strength is 01004A ,and the te mperature of coil rises t o 5516°C .Key words:m iniature;per manent;linear mot or;FE op ti m is m 收稿日期:2004-10-21;修订日期:2005-06-15 基金项目:国家高技术研究发展计划(863)资助项目(2001AA422210) 作者简介:王坤东(1978-),男,博士研究生,研究方向为微型特种机器人; 颜国正(1960-),男,博士后、教授、博士生导师,研究方向为特种机器人、仿生机械。 1 引 言 在微小空间进行作业的行走机构,如工业细小管道或人体消化道的检测机器人等,要求直径在10～15mm 之间,同时对驱动技术也提出了新的要求, 如驱动力大、控制方便、可靠等[1,2] 。微型旋转电机受尺寸的限制,加上将旋转运动变为直线运动的中间机构也占有一定空间,因此将外形尺寸控制在直径为10mm 以下比较困难 [3] 。压电驱动器行程较 短,一般都是在μm 量级,存在如何将位移进行放大 的问题,而且驱动力很难控制[4] 。形状记忆合金驱动器由于记忆合金的加热变形—冷却回复的时间较 长,因此速度较慢[5] 。直线电机是近年来出现的一种新型驱动技术,它将电能直接转换为直线运动的机械能,不需要运动转换的中间机构,因此结构尺寸上能够进一步减小。直线电机种类繁多,其中永磁直流直线电机由永磁励磁,结构简单,控制方便。从现有的产品看,还没有出现直径在10mm 以下的圆
永磁同步电机控制方法以及常见问题永磁同步电机控制方法以及常见问题。永磁同步是电流源控制模式，电流源频率定了，当然转速也定了，所有你看的永磁同步设置多少转速计算出来也是多少转速。 1.掌握永磁同步电机的成熟控制方法和开发内容后如何转型 (1)仿真：连续simulink+线性电机模型仿真，离散模型+线性电机+线性电机模型，q 格式离散模型+线性电机模型，simplorer+ansoft+无位置开环和闭环q格式仿真，模拟实际电机的线性电机模型建立，matlabgui+simulink仿真。都是无位置开环切闭环模式，各种仿真变着花样玩，ekf，hfi，pll，atan，磁连观测，扩展反电视等各种无位置仿真。仿真和实际跑板子其实只要电流采样底层做得好，过调制出得来都可以和仿真对的上。 (2)电机参数识别，通过变频器激励与响应实现，其余的表示不靠谱，可以在电机启动前10s内辨识出来。没啥用。 (3) 控制性能优化，6次谐波自适应陷波滤波，sogi等手段。 (4) 压缩机驱动自动力矩补偿。
(5) svpwm简单快速实现与单电阻采样结合研究。 (6) 各种各样电机调试与性能测试，我调试的电机型号应该有上千款了，仅限于 10w-20kw永磁同步电机，都快调试吐了，测试电机单体性能，带变频器运行极限测试 2.永磁同步电机初始角设置的问题 电机控制的调试里除却方波驱动，基本都会有一个类似于超前角的变量，该变量非常重要，直接影响速度，效率和抖动性。改变该角可以降低输出转矩，但可能会带来其他问题。 旋转转子使d轴指向A+与A-的中心线，就找到了初始角！但是对模型的初始角修改一下之后，在同样Thet角下，转矩下降好多！现在问题是在在修改初始角之后输出转矩能够稳定吗？这个输出转矩应该是与负载大小有关! 修改后的初始角与原来A相反电势为0对应的初始角，他们对应的输出转矩一定会变化的，且修改后的初始角中设定的功率角不是真正的模型功率角；至于设定负载我还没尝试过，不过我觉得你说的应该是对的。 其实我刚开始主要是对修改初始角后模型输出转矩稳定性有疑问，按照你的说法现在转矩应该是稳定的！那么对于一个永磁同步电机模型，峰值转矩可以达到，但是要求的额定转矩却过大，当修改模型之后达到要求的额定转矩时，峰值转矩却达不到，敢问你觉得应该从方面修改模型？？或是我修改模型的思路有问题 3.永磁同步电机控制的建模问题讨论，如模型仿真慢、联合仿真问题、PI控制问题等 两种控制方式不一样的所有输出量不一样。 永磁同步是电流源控制模式，电流源频率定了，当然转速也定了，所有你看的永磁同步设置多少转速计算出来也是多少转速。 无刷电机是电压源控制模式，而且计算出来都是开环的。性能由空载转速，电阻，电感
1．课题背景及意义 1.1课题研究背景、目的及意义 近年来，随着电力电子技术、微电子技术、微型计算机技术、传感器技术、稀土永磁材料与电动机控制理论的发展，交流伺服控制技术有了长足的进步，交流伺服系统将逐步取代直流伺服系统，借助于计算机技术、现代控制理论的发展，人们可以构成高精度、快速响应的交流伺服驱动系统。因此，近年来，世界各国在高精度速度和位置控制场合，己经由交流电力传动取代液压和直流传动[1][2]。 二十世纪八十年代以来，随着价格低廉的钕铁硼(REFEB)永磁材料的出现，使永磁同步电机得到了很大的发展，世界各国(以德国和日本为首)掀起了一股研制和生产永磁同步电机及其伺服控制器的热潮，在数控机床、工业机器人等小功率应用场合，永磁同步电机伺服系统是主要的发展趋势。永磁同步电机的控制技术将逐渐走向成熟并日趋完善[3]。以往同步电机的概念和应用范围己被当今的永磁同步电机大大扩展。可以毫不夸张地说，永磁同步电机已在从小到大，从一般控制驱动到高精度的伺服驱动，从人们日常生活到各种高精尖的科技领域作为最主要的驱动电机出现，而且前景会越来越明显。 由于永磁同步电机具有结构简单、体积小、效率高、转矩电流比高、转动惯量低，易于散热及维护等优点，特别是随着永磁材料价格的下降、材料的磁性能的提高、以及新型的永磁材料的出现，在中小功率、高精度、高可靠性、宽调速范围的伺服控制系统中，永磁同步电动机引起了众多研究与开发人员的青睐，其应用领域逐步推广，尤其在航空航天、数控机床、加工中心、机器人等场合获得广泛的应用[4][5]。 尽管永磁同步电动机的控制技术得到了很大的发展，各种控制技术的应用 - 1 -
摘 要 直线电机在各行各业中发挥着越来越重要的作用，特别是在机床进给驱动系统中。本 文以平板式交流永磁同步直线电机为研究对象，从电机机体到伺服驱动系统的软、硬件设 计作了深入研究。 本文首先介绍了交流永磁同步直线电机机体设计过程中电枢绕组、铝芯和定子磁钢的 设计和改进方法，较大程度上减小了推力波动，并且结合大推力直线电机的特点设计了方 便有效的装配过程。 建立交流永磁同步直线电机的数学模型，在此基础上分析了当今最通用的伺服控制策 略，选择了矢量控制方法。确定0 d i 的矢量控制实现形式。通过SVPWM 方法进行脉宽调 制，合成三相正弦波。选用TI 公司2000系列最新DSP TMS320F2812，深入研究了以上算法 在DSP 中的实现形式。采用了C 语言和汇编语言混合编程的实现方法。在功率放大装置中， 以智能功率模块IPM 为核心，设计了功率伺服驱动系统。还包括电流采样、光电隔离、过 压欠压保护和电源模块等。 由于知识和能力的限制，本次课题只对直线电机做一些理论研究。 关键词：永磁同步直线电机 DSP SVPWM 矢量控制
Abstract Line motors are playing a more and more important role in all kinds of trade , especially in machine tool feed system. We carry out our study in motor , software and hardware servo system based on flat AC permanent magnet synchronous linear motor(PMSLM). First introduce the design method of armature ,core of al and magnet which can minish the thrust ripples, then introduce the means of assembly base on high thrust permanent magnet synchronous motors. To ensure the accuracy to a high requirements and get a wide speed range, we choose the dsp of Texas Instruments named TMS320F2812 which is the core of the servo system .In the paper we set up mathematical model of PMSLM, then analyse the current control strategies and choose the vector control method which is realized by the method of 0 d i .The three phase sine wave is compounded by space voltage pulse width modulation(SVPWM).The arithmetic realized by C language and assembly language in DSP. Intelligent Power Model (IPM) is the core of the power amplification circuit system which also contains current sampling circuit, photoelectric-isolation circuits, over-voltage protection circuits, under-voltage protection circuits and power supply. As a result of the knowledge and ability limit, this topic only does a fundamental research to the linear motor. Key words: permanent magnet synchronous linear motor(PMSLM), DSP, SVPWM, vector control
基于MTPA的永磁同步电动机矢量控制系统 1 引言 永磁同步电动机由于自身结构的优点，再加上近年来永磁材料的发展，以及电力电子技术和控制技术的发展，永磁同步电动机的应用越来越广泛。而对于凸极式永磁同步电动机，由于具有更高的功率密度和更好的动态性能，在实际应用中越来越受到人们的重视[1]。 高性能的永磁同步电动机控制系统主要采用的矢量控制。交流电机的矢量控制由德国学者blaschke在1971年提出，从而在理论上解决了交流电动机转矩的高性能控制问题。该控制方法首先应用在感应电机上，但很快被移植到同步电机。事实上，在永磁同步电动机上更容易实现矢量控制。因为该类电机在矢量控制过程中不存在感应电机中的转差频率电流而且控制受参数(主要是转子参数)的影响也小。 永磁同步电动机的矢量控制从本质上讲，就是对定子电流在转子旋转坐标系(dq0坐标系)中的两个分量的控制。因为电机电磁转矩的大小取决于上述的两个定子电流分量。对于给定的输出转矩，可以有多个不同的d、q轴电流的控制组合。不同的组合将影响系统的效率、功率因数、电机端电压以及转矩输出能力，由此形成了各种永磁同步电动机的电流控制方法。[2]针对凸极式永磁同步
电动机的特点，本文采用最优转矩控制(mtpa)，并用一种更符合实际应用的方法进行实现，并进行了仿真验证。
图1 电流id、iq和转矩te关系曲线 2 永磁同步电动机的数学模型 首先，需要建立永磁同步电动机在转子旋转dq0坐标系下的数学模型，这种模型不仅可用于分析电机的稳态运行性能，还可以用于分析电机的暂态性能。 为建立永磁同步电机的dq0轴系数学模型，首先假设： (1)忽略电动机铁芯的饱和； (2)不计电动机中的涡流和磁滞损耗； (3)转子上没有阻尼绕组； (4)电动机的反电动势是正弦的。 这样，就得到永磁同步电动机dq0轴系下数学模型的电压、磁链和电磁转矩方程，分别如下所示：
摘要：本文设计了一种基于PLC的异步电动机调速与定位综合控制系统 ,应用模糊-PI复合控制算法实现了异步电动机的速度控制,应用比例因子自调整模糊控制算法实现了异步电动机的位置控制。该系统集异步电动机速度控制和位置控制为一体,达到了一定的控制精度。 1 引言 随着变频调速技术的不断发展，交流传动系统的性能突飞猛进。交流异步电动机以其低廉的造价、坚固的结构得到了越来越广泛的应用。在交流传动的许多应用场合中，均对电机的调速性能和定位性能提出了较高的要求。例如在加工设备和机床的主轴伺服系统中，主轴应兼备速度和位置控制的功能；在住宅小区和高层建筑的恒压供水系统中，要求电机有较高的调速性能；在炼钢转炉的准确定位、堆垛机械的位置控制系统中，要求电机有精确的定位功能。在上述应用场合中，异步电动机以其大功率、高性价比的独特优势而占有一席之地，但同时其调速性能和定位性能却不甚完美，尚需完善。 本文提出了一种基于可编程控制器（PLC）硬件平台的异步电动机综合控制系统。该系统在没有增加硬件投资的情况下集异步电动机速度控制和位置控制为一体，应用模糊控制策略，达到了一定的控制精度。 2 硬件设计 异步电动机综合控制系统硬件如图1所示。图1中，上位计算机和PLC通过变频器对异步电动机进行速度和位置控制。通过旋转编码器的脉冲计数值可以获得异步电动机的速度和位置信息。脉冲计数由PLC完成，并不断与上位机通讯，将计数值传送给上位机。上位机根据PLC 传送过来的脉冲计数值得到速度和位置信息，根据不同的控制策略，得到输出控制量——速度给定值，再传送给PLC，经过PLC的A/D转换模块，将速度给定值的模拟量送到变频器的模拟控制端进行控制，形成闭环控制。
交流永磁同步直线电机介绍及其控制系统设计 制造业中需要的线形驱动力，传统的方法是用旋转电机加滚珠丝杠的方式提供。实践证明，在许多高精密、高速度场合，这种驱动已经显露出不足。在这种情况下直线电机应运而生。直线电机直接产生直线运动，没有中间转换环节，动力是在气隙磁场中直接产生的，可获得比传统驱动机构高几倍的定位精度和快速响应速度。 本文是在我系研制的同步直线电机基础上进行基于矢量变换控制的驱动系统设计应用。 2. 交流永磁工作原理 直线电机的工作原理上相当于沿径向展开后的旋转电机。交流永磁同步直线电机通入三相交流电流后，会在气隙中产生磁场，若不考虑端部效应，磁场在直线方向呈正弦分布。行波磁场与次级相互作用产生电磁推力，使初级和次级产生相对运动。图1所示为开发设计的交流永磁同步直线电机。 3. 永磁同步直线电机矢量控制原理 由于矢量控制动态响应快，相比较标量控制，在很快的时间内就能达到稳态运行。经过30多年工业实践的考验、改进与提高，目前已经达到成熟阶段[3]，成为交流伺服电机控制的首选方法。因此，直线电机采用了交流矢量控制驱动的方法。
直线电机初级的三相电压（U、V、W相）构成了三相初级坐标系（a，b，c 轴系），其中的三相绕组相角相差120?，即在水平方向上互差1/3极距。参照旋转电机矢量变换理论，设定两相初级坐标系（α-β轴系），由三相初级坐标系到直角坐标系转换称为Clark变换，见式（1）。 从静止坐标系到旋转坐标系的变换称为Park变换，见式（2）。反之称Park 逆变换。 θ是d轴与轴的夹角。根据旋转电机的Park变换理论和两电机结构比较。由于电机运动部分的不同，故直线电机动子相当于旋转电机定子，直线电机定子相当于旋转电机动子。所以在旋转电机中旋转坐标系固定在动子上，旋转坐标系随着电机转子一起同步旋转。在直线电机中，由运动相对性原理，动子的直线运动，
本文1996年12月10日收到 煤炭科学基金项目(94电10817) 综 述 稀土永磁材料及其在直线电机中的应用展望 焦留成 禹 沛 禹 涓 (焦作工学院 焦作454000) (焦作教育学院 焦作454151) (焦作工学院 焦作454000) Prospects for Rare -earth Permanent Magnet Materials and their Application in Linear Motors J iao L iucheng (Jiaozuo Institute of T echnolo gy ,Jiaozuo 454000)Yu P ei (Jiaozuo Educational Colleg e ,Jiao zuo 454151) Yu J uan (Jiaozuo Institute of T echno logy ,Jiaozuo 454000) 【摘 要】 介绍了稀土永磁材料的发展、磁性能及其在直线电机中的应用,指出稀土永磁直线电机将成为直线电机的一个重要发展方向。 【关键词】 稀土永磁材料 直线电机 永磁直线电机【Abst ract 】 Rar e -ear th perma nent magnet mater ials'development,per for mance and applicatio n in lin-ear mo tor s is intr oduced.Rar e -eart h per manent magnet linear mo to rs w ill be an impo rtant dev elo pment t rend of linear mo tor s . 【Keywords 】 rar e -eart h permanent magnet mater i-als linear moto rs perma nent mag net linear mo tor s 1前 言 稀土永磁材料以其优异的磁性能得到了广泛 的应用和开发。其中钕铁硼永磁材料尤以价格相对低廉,日益成为应用最广泛的稀土永磁材料。在钕铁硼永磁材料中,将近40%被用于电机行业。由于直线电机的应用范围不断扩大,稀土永磁材料在直线电机方面的应用也日益受到重视。稀土永磁材料在直线电机方面的应用,有着广阔的前景。 2稀土永磁材料 2.1稀土永磁材料的发展 永磁材料属基础材料,目前有铝镍钴金属永磁,铁氧体永磁和稀土永磁三大类。稀土永磁是稀土元素(镧、镨、钇、钐、镐……)与铁族元素的金属间化合物。第一代稀土永磁合金(SmCo 5)诞生于 60年代后期,70年代第二代稀土永磁合金(Sm 2Co 17)问世。这两种永磁材料虽然磁性能好,但 钐与钴价格昂贵,限制了它们的应用。1983年6月,日本住友特殊金属公司制成了第三代稀土永磁合金(NdFeB)。钕铁硼永磁材料具有优异的磁性能,同时由于钕资源丰富,又以廉价的铁代替钴,所以其价格相对低廉,市场竞争力强,便于推广应用。钕铁硼永磁材料的问世被列为1983年世界十大重要科技成果之一。 2.2钕铁硼永磁材料的磁性能 钕铁硼永磁材料的磁性能优异,兼有铝镍钴和铁氧体永磁的优点,具有很高的剩磁和矫顽力,以及很大的磁能积。目前,常用的稀土永磁材料的磁能积,Sm Co 5为127.36～183.08kJ/m 3,试验最高值达227.7kJ/m 3 ;Sm 2Co 17为159.2～238.8kJ/m 3 ,试验最高值达263kJ /m 3,NdFeB 为238.8～318.4kJ /m 3;试验最高值415.5kJ /m 3。在各种永磁材料中,钕铁硼的磁能积最高,其最大磁能积比铝镍钴的大5～8倍,比铁氧体大10～15倍,在同样的有效体积下,比电励磁的大5～8倍,仅次于超导励磁。 钕铁硼磁钢的剩磁B r 和矫顽力H c 均很高。商品钕铁硼的B r 为1.02～1.25T ,最高可达14.8T ,约是铁氧体永磁的3～5倍,约是铝镍钴永磁的1～2倍。商品钕铁硼的磁感应矫顽力H CB 为764.2～915kA/m ,内禀矫顽力H CM 为876～1671.6kA /m ,最高可达2244.7kA /m ,相当于铁氧体的5～10倍,铸造铝镍钴的5～15倍。各种永磁材料的 32 微特电机 1997年第2期