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1、,控制基板,变频器 系统 功率模块,控制技术,控制装置,软件技术 （程序编制）,功率装置技术,応用技術,模块技术,回路技术,加入软件的MCU,电机技术,応用技術,技术应用,（注）软件（技术利用）电机控制技术（不是MCU软件）,扭矩发生原理 （）弗来明定律 （）转子位置和扭矩的关系 什么是永磁式同步电机? （）构造 （）表面磁铁和埋入磁铁 （）关于电感 （）两种电感 改变电机速度的方法 （）负载的种类 （）重要运动方程式 （）4种控制系 永磁式同步电机的基本特性 （）2种扭矩 （）2种通电方式 120度通电方式 （）6种通电模式 （）重叠期间 （）电压控制方法,180度通电方式 （）通电模式 （
2、）电压控制方法 电机电压模式 （）电压,电流位相关系 （）回转座标系的矢量表现 （）回转座标系模式Image 矢量控制 （）目标 （）一般方法 （）什么最难？干涉项 180度通电位置无感应方法 (）利用什么? (）中高速日立方式 .电机电流检测方法 （）3种方式 （）one shunt电流检测方法,目 录,永磁磁铁同步电机驱动的基础知识,扭矩磁束电流sin(电流与磁束之间的角度） 磁束（电流与磁束之间的直交成分）,图1弗来明左手定律,図磁束与电流之间的关系,磁阻扭矩,扭矩发生原理（）弗来明定律,永磁式同步电机 发生扭矩,（励磁電流Id）,图2-16 磁阻扭矩与磁铁扭矩,永磁磁束,线圈磁束,扭矩
3、发生原理（）转子位置与扭矩关系,（图2-16的横轴角度方向）,【重点】 合理利用两种扭矩(控制电流位相)，使电流最小。,0度,什么是永磁式同步电机？（）构造,(a)分布卷定子和埋入式非突极转子（铁素体磁铁）,（）集中卷定子和埋入式突极转子（钕磁铁）,付表构造分类,图片马达构造,表2-2表面磁铁与埋入磁铁的形状比较,什么是永磁式同步电机？（）表面磁铁和埋入磁铁,图2-8埋入磁铁的各种埋入方式,什么是永磁式同步电机？ ？（）关于电感,什么是电感？,表示磁束容易通过的量,i,磁束,电流i,什么是3相线圈同步电感？,计算公式如下：,磁气饱和现象：在大电流情况下，L变小。,什么是永磁同步马达（）两种电感
4、,同步电感,电气角度,180,360,Lq,Ld,难控制点：电流不同,L会变化,Id，I,Ld,Lq,参考图 突极性电感的变化例图,(a) 根据位置而变化,(b)根据电流而变化,S,N,磁束量 多(大),90,S,N,磁束量少(小),【重点】 控制L的同时，也会受到其它控制。 （特是在无位置传感器的情况下）,同步电感,饱和现象,改变电机速度的方法（）负荷的种类,图种负荷,【重点】 知道了负载特性，才可以进行最好的控制开发。,J：慣性【kg-m2】（一定or可变），：角速度【rad/s】（可检测or不可检测） m：电机扭矩【Nm】（从电流处可以计算） L：负荷扭矩【Nm】,重要的运动方程式,如果
5、想改变和扭矩成比例的电流改变电压,回转数一定马达扭矩和负荷扭矩相等,左边,右边,式（1-1）,式（1-2）,改变电机速度的方法（）重要的运动方程式,图从电压控制到位置控制系的4种控制形态。,改变电机速度的方法（）4种控制系,高応答用途,无位置检测运转的扭矩特性,有位置检测动转的扭矩,速度一定 根据其负荷，电流位相会发生变化 （其位相根据印加电压而变化）,同直流电机相同特性 负荷增加（减少）速度低（高） 诱起电压下降（增加） 和电源的电压差增加（减少） 扭矩电流增加（减少） 扭矩增加（减少）,图3-2无位置检测驱动的扭矩特性图,图3-3有位置检测驱动的扭矩特性图,sin(磁束和电流位相差d）；固
6、定,sin(磁束和电流的位相差d）；变化,永磁同步马达的基本特性（）两种扭矩特性,图3-4INV和永磁同步电机,图3-5改1120度通电驱动时的电流波形,图3-8180度通电正弦波驱动的电流波形,120度通电方式：方形波驱动 简单的方法，Torque Ripple大 180度通电方式：正弦波驱动 最近的动向，效率噪音低减,永磁同步电机的基本特性（2）两种通电方式,诱起电压为台形波状,诱起电压为正弦波状,图3-6改 6种通电Pattern,结合回转位置及变化的诱起电压，诱起电压选择最大相的卷线和最小相的卷线进行通电。,120度通电方式（）6种通电Pattern,图3-改120度通电Pattern
7、,图2-4两种通电MODE,120度通电方式（）重叠期间,図3-改120度通電,【重点】 Torque Ripple 1Cylce发生6次 还流电流如果chopper off，Ripple会增大 最适当的转流位相：重叠期间位相线间电压0位相,图3-9度通电等价回路,直流电源和电机卷线间有两个开关,直流电压可变；控制 任何一个开关chopper动作 ；控制, 120度通电方式（）电压控制法,180度通电方式（）通电Pattern,参考图 例如任意位置的通电pattern,结合回转位置、变化诱起电压（锁交磁束进行90度），同位相（非突 极机）的正弦波电流流出。,参考图 诱起电压和电机电流的关系（非
8、突极机的情况下）,决定电机电流的波形、大小、位相的3要素。【电压的3要素】 波形：Pulse Width Modulation 正弦波。 大小：调整H（=正弦波波高值三角波波高值） 位相：调整（例如向量控制）,图3-10PWM信号的基本作成方法（相变调）,图3-11 和基本波电压比率,180度通电方式（）电压控制法,【重点】电机电流为正弦波 电机诱起电压为正弦波INV输出电压为正弦波,図3-12hip形状线间变调信号波,图3-132相线间变调信号波,180度通电方式（）电压控制法,(3/2),191V,図,3,-,1,1,図,3,-,12,13,非同步,Carrier频率,16kHz,Carr
9、ier频率一定。,信号波和carrier,频率的关系,同步,pulse数,21,15,9,高速用途。周波数比例関係,図,3,-,10,图3-18 电机等价回路（非突极机）,図3-19瞬时电压，电流波形,图3-20瞬时波形的向量表现,轴的电压位相角度： 轴的电流位相角度：,相卷线轴的d轴角度：d 相卷线轴的电压位相角度：v,电机电压模式 （）电压电流位相关系 （）回转座标系的向量表现,电机电压模式（）回转座标系模式,回转系（直流量）,电机印加电压 电机电流 诱起电压（回转中交流） 电阻电压下降 电感电压下降,固定座标系的实际世界,永磁磁束,回转座标系,回转系（直流量）,电机印加电压 电机电流 诱
10、起电压 电阻电压下降 电感电压下降,线圈锁交,电机印加电压 电机电流 永磁磁束 电阻电压下降 电感电压下降,全部为线圈锁交,固定系（回转中的交流量）,固定系（交流量）,定义单独控制磁束和电流。 ：电机扭矩磁束扭矩电流sin(磁束和电流的位相差) 目的可以处理和扭矩成比例的电流量，实现线形控制。 调整电流位相，可以容易实现扭矩/电流比的最大控制。 方法电机电流、永磁扭矩的扭矩电流Iq成分（和磁束度的位相差）及改变磁束大小的 励磁電流Id成分（同磁束同位相）分离开进行处理。,【历史】 过去：可变速电机（卷线界磁的）直流电机 界磁卷线和电机子卷线 有2种。 独立控制扭矩中发生的磁束和电流。 诱导电机
11、：简单构造、低惯性 但是，电机电流励磁电流和扭矩电流的混合电流 不能够单独进行控制。向量控制（Id0） 永磁同步电机：利用永磁磁束+卷线磁束的两个磁束（Id0）,励磁电流Id是依磁束（诱起电压）为基准，调整电流位相。,向量控制（）目标, AC伺服等的高应答 需要快速采样处理,参考図全部向量控制构成例,向量控制（）一般方法,向量控制（）难点是什么？干涉项,【重点】 高速运转时 Vd Iq 变化 Vq Id 变化 电机模导入控制 （但参数会有误差）,【在模拟控制或高速采样控制的时候】 控制侧：为了使Id一定，要调整Vd 电机侧：由于Vd变化，Iq也会变化 控制侧:由于Iq已变化，需要调整Vq 电机
12、侧：由于Vq变化，Id也会变化,（课题）在低速采样时会怎样？,() 180度位置无传感：位置变化利用什么？,() 180度位置无传感器：利用突极性的位置推定,同步电感,电气角度,180,360,Lq,Ld,问题点:通过电流，突极化（Lq/Ld）变化,180度通电位置无传感器法 (）利用什么？,Id，I,Ld,Lq,图3-29实际回转位置和假设回转位置,【特征】 电机内部的磁极轴(d-q轴)和控制轴(dc-qc轴)的误差角是通过电压指令、电流、电机系数得来的。 调整频率使其达到和 （PLL手法）,() 180度位置无感应器：位置推定法的考虑方法（日立方式）,180度通电位置无感应法 (）中高速日
13、立方式,Vdc - rIdc + 1LqIqc,tan-1,Vqc - rIqc - 1LqIdc,中高速 扩大诱起电压方式,原理：突极磁束含在永磁磁束中， (扩大)计算诱起电压，作为非突极型来。,计算式,VDC,PM,Sup,Sun,Svp,Svn,Swp,Swn,电源,INV主回路,Iw,Iu,IDC,PM,Sup,Sun,Svp,Svn,Swp,Swn,Iw,Iv,Iu,(b) 三分流方式,电源,RDC,PM,Sup,Sun,Svp,Svn,Swp,Swn,IDC,(c) 单分流方式,电源,利用保护INV用的 分流电阻,.电机电流检测方法（）3种方式,INV,N,S,S,N,同步电机,检测直流电流,电阻,MCU 再现电机电流,电机电流的检测概念,高价！,不可在低速状态下检测,(a) CT方式（hall CT，ACCT）,不可在高电压状态下检测,.电机电流检测法（）单分流电流检测法,电压最大相和最小相的电机电流 作为直流电流流动。 和PWM信号同步， 连续2次的AD转换起动后进行检测。,
