2.1恒压比调速
根据同步电机的运行原理,当电机的极对数P确定后,电机的转速n由供电电源的频率f决定。电机转速如下公式所示:
只要控制供电电源的频率f,即可控制电机运行在不同的转速。
而转矩与电压/频率比相关,按恒定电压/频率比运行时,Zui大电磁转矩可以保持不变。
在转速升高的要想保持转矩不变,就要升高电压。
恒压比调速的工作特性是保持定子磁通为恒定值,电机的转速与输入电压成正比关系。
当电机到达额定转速后,由于耐压限制不能通过输入电压来获得转速提升,这就需要我们对电机进行弱磁控制进而获得转速继续提升。
在实际应用中,通常会采用转子位置传感器检测定子、转子磁极的相对位置和转子的转速。
知道转子磁极位置后,通过驱动板控制逆变器IGBT的导通顺序和开关频率,来实现供电电源频率的变化,也实现了电压的变化。
V/F具有简单有效、受电机参数影响小的优势,是Zui常用的电机调速方法。
2.2电机弱磁控制
电机的反向电动势是由于定子线圈切割磁力线产生的,要想降低反向电动势,就要降低磁通强度。
我们知道永磁同步电机的转子是由永磁体构成,它的励磁磁动势不能改变,是一个恒定值。
如果想要降低磁通强度只有调节定子电流,即增加定子直轴(d轴)去磁电流分量来维持高速运行时电压的平衡,以达到弱磁增速的目的。
这里稍微说明一下,q轴方向表示垂直于转子磁场方向,这个方向的磁场是驱动电机转矩Zui大的方向。
而其它方向的定子磁场,也就是与q轴无关的为d 轴,d轴方向的磁场越大,驱动电机转矩越小。
dq轴是随转子同步旋转的!
永磁同步电机电压、电流限制圆
由上图可见,当转速由WA提高至WB时,电压极限圆会不断缩小,定子电压不断上升。图中A点对应的转矩为TA,即电机在转速WA时可以输出的Zui大转矩,此时电压和电流均达到Zui大值不能再继续增加,WA是电机恒转矩运行时的转折速度,当转速大于WA时转矩会随着转速的上升会逐步减小。
电压平衡方程如下:
通过上式可知,当电压U达到极限时,要想让转速W继续上升就要通过调整id和iq来实现。电流的合成矢量值同样存在极限,要想增大id就必须减小iq,才能保证电流矢量大小保持不变。
弱磁的工作过程就是通过控制逆变器IGBT,使定子电流相位提前,利用定子电枢的磁场去抵消掉一部分永磁磁场,削弱永磁励磁磁场,让电机的反电动势降低,不至于超过电压极限,从而达到弱磁升速的目的。
简单理解,就是电机反电动势太高,太强大,控制器电压已经到了极限,无法继续以提升电压的方式战胜电机取得电动电流,那么控制器就使用弱磁,削弱电机,把电机的反向电动势拉到比控制器更低的地方,这样控制器电压依然比他强大,还是可以形成电动电流。
这个道理就像高铁一样,速度越快,风阻越大,速度达到一定程度时就克服不了风阻继续提速,如果当前动力已经不能再增大,那就想办法减小风阻。
弱磁的基本原理是削弱对方的能量