【EN98页】【毕业设计】50KW-4极变频调速同步电动机的电磁设计方案及控制系统的设计.doc文档分享

异步电动机转子电流靠电磁感应产生，在很低的频率情况下转子中很难产生必需的电流，所以它的工作频率受到限制，调速范围比较窄。

同步电动机可以通过调节转子励磁来调节电机的功率因数，因此有可能使之运行在功率因数为的状态下。

此时的电枢铜耗最小，由此也可减少变频器容量。

异步电机须从电源侧吸收滞后的无功电流，即电机电流在相位上滞后于逆变器的输出电压。

此时如采用晶闸管逆变器，必须采用强迫换流措施，要求有复杂的换流回路昂贵的换流电容器和具有快速关断能力的快速晶闸管，还伴随有不小的换流损耗。

而在同步电动机调速系统中，由于同步电动机能运行在超前功率因数下，有可能利用电动机的反电动势实现负载换流，克服了强迫换流的弊病。

由此可以得出，同步电动机虽然本身结构稍微复杂，但采用变频调速技术后具有自己独特之处，在交流传动领域内和异步电动机样有着重要的作用。

二同步电动机简介同步电动机的转子机构有隐极式和凸极式之分，按励磁方式分有直流励磁永久磁铁反应式等形式。

同步电机多用于发电机，作为电动机使用较少。

同步电动机的启动性能较差，在用普通商用电源供电时，常利用启动绕组异步启动再牵入同步运行。

同步电动机作为工业驱动的优点是运行功率可调，在电动机稳态运行时速度恒定同步转速。

随着电力半导体变流技术的发展，同步电动机的应用日益广泛，尤其是在小容量的伺服系统和大容量的场合，控制性能明显优于异步电动机。

同步电动机的定子为对称的多相绕组，转子上有直流励磁绕组。

亦可以采用反装式，即励磁绕组安装在定子上，转子上安装三相电枢绕组，三相绕组通过滑环和外部电路连接。

当励磁是由永久磁铁提供，即为永磁同步电动机。

它没有滑环和电刷。

反应式同步电动机是种无刷电动机，利用电动机的气隙磁阻不对称产生转矩。

无论是有励磁绕组的同步电动机还是永磁同步电动机，均可在功率因素为的状态下运行，从而使电动机的电流值为最小，在同样的轴功率下变频器的容量为最小。

同步电动机也可以在领先的功率因数下运行，使用晶闸管变流装置时可实现变频器的负载换流。

另方面，反应式同步电动机总是在落后功率因数下运行。

永磁同步电动机和反应式同步电动机主要用于小功率驱动。

隐极式同步电动机隐极式同步电动机的转子为圆柱形，定子铁心和转子铁心之间的气隙均匀，定子绕组和转子绕组分别嵌入在定子转子铁心上。

定子铁心用硅钢片叠制而成，转子为实心结构。

定子绕组通常为三相分布短距绕组，以改进气隙磁场的分布和电势波形。

转子绕组为单相同心式绕组，通以直流电产生磁场。

当定子中通过对称三相交流电时，在气隙中产生空间上正弦分布的旋转磁场，并以同步转速旋转。

如果转子亦以同步转速旋转，定子转子的磁场是相对静止的。

但是，如果定子转子的磁场轴线不在条直线上，则要产生转矩，该转矩企图使两个磁场的轴线重合。

隐极式同步电动机没有启动转矩，主要用于蒸汽发电机。

作为电动机使用时，在转子上安装启动绕组，使得启动时电机工作在异步电动机方式，当转速接近同步转速时牵入同步运行。

凸极式同步电动机凸极式同步电动机的转子为凸极结构，转子绕组为集中式绕组，在转子绕组中通以直流电产生磁场。

凸极式同步电动机的定子和隐极式同步电动机相同，为普通三相分布式绕组。

当定子中通以三相对称电流时，定子转子绕组磁场的相互作用产生转矩。

凸极式同步电动机的定子转子铁心之间的气隙是不均匀的，在磁极中心线处气隙的长度最短，在两个磁极之间的气隙长度最长。

由于气隙长度的变化，定子磁动势在轴产生的气隙磁通密度大于轴的气隙磁通密度。

直流励磁电流通过滑环和电刷馈入励磁绕组，也可以采用无刷励磁机进行励磁。

在转子磁极表面安装有阻尼绕组，阻尼绕组在启动时作为异步电动机的笼型转子产生启动转矩，在动态过程可以抑制振荡。

永磁同步电动机永磁同步电动机的转子励磁由永久磁铁提供。

永磁同步电动机的气隙长度在物理上是均匀的，但是由于永磁材料的磁阻和铁磁材料的磁阻不样，气隙磁阻的分布并不均匀。

通常轴即磁极轴线的磁阻轴相邻两个磁极的中性线的磁阻大。

而普通凸极同步电动机的情况相反。

反应式同步电动机反应式同步电动机的转子即没有励磁绕组，也没有永久磁铁，而是个凸极式转子。

它的定子是普通的三相对称绕组，当定子通以三相对称电流时，将在电动机中产生旋转磁场。

转子的凸极效应企图保持转子的轴线在相对定子磁场最小磁阻的位置，于是转子以同步转速旋转起来。

这种电动机没有启动转矩，需要笼式绕组提供异步启动转矩，当转速接近同步转速时牵入同步，牵入同步以后转子上笼式绕组在稳态运行时不再起作用。

牵入转矩是反应式同步电动机的项总要指标。

对于使用变频电源的反应式同步电动机，从静止状态开始即可以按照同步运行方式加速，直接启动性能已不重要。

以得到基于此，近似误差可以通过矩阵和得到限定。

∞控制性能是这里表示的是规定的∞范数。

如果我们在式中对取最小值，我们可以使对的影响达到最小。

如果考虑到最初的条件，式可以修改为下式外文翻译这里指的是些对称正定加权矩阵。

下面的结果在式中给出定理如果系统被模糊控制器控制，而且有个如下的正定矩阵这时闭环系统是致并且有界的，∞控制性能可以得到保证。

想得到矩阵并不简单，幸运的是通过对式作稍微的修改，这可以通过工具箱来解决。

所以我们要做些改变，假设，利用舒尔补充式，可以得到这里，现在的问题改为找到正定矩阵和满足式的条件，我们最后可以获得，式可以通过在电脑上很容易的解决。

滑模控制具有输入噪音或干扰的系统中的是在系统中，可以认为干扰是两种不同种类干扰的综合。

这里满足下匹配条件对于干扰，下系统想要的反应这里表示只在∞模糊控制下具有干扰的系统的状态轨迹。

假外文翻译设是有界的且上界可以表示为这里是个已知的正标量。

对于系统首先重新设计控制规律为在此，是在式中定义的理想控制。

是为了排斥短期扰动而设计的。

种滑动流形定义为这里由两部分组成第部分被设计为形态状态的线性组合，第二部分介绍积分术语，将由下式决定这里初始条件由要求决定。

与传统设计方法不同的是，在中运动方程的顺序与原系统的顺序相同，而不是随控制输入的尺寸变化。

因此，系统的鲁棒性可以从最初的实例中得到保证。

∞模糊控制与积分滑模控制的结合内埋式永磁同步电动机在轴同步旋转参考系中对假定正弦定子励磁的关系式如下这里指的是微分算子。

∞线性矩阵不等式模糊控制系统的总体方案如下所示外文翻译基于∞线性矩阵不等式模糊的控制器的设计步骤如下第步，利用平衡点计算系统。

第二步，系统可用用国家形式给出这里基于式，个参考系统可以给出为这里表示为所需的值。

这样下面的误差动力系统可以被推导出。

这里第二步，确定隶属函数外文翻译为最小值时为最大值时为最小值时为最大值时模糊控制规则如下规则为最小为最小规则为最小为最大规则为最大为最小规则为最大为最大第三步获得矩阵和。

方程可以是下形式这里，，的值以规则到规则为基础，他成为。

第四步利用以定理为基础的工具箱计算控制器参数。

利用线性矩阵不等式误差系统控制输入可以定义为这里是的矩阵。

利用不等式和的工具箱计算出参数外文翻译这样，系统的∞线性矩阵不等式模糊控制器是这里和是参考输入。

第五步为系统设计。

以匹配条件为基础，有干扰的系统如下这里是噪音或者干扰。

滑动面定义为这里和是需要的输出值，和是正常系统的状态假设，，滑动面的导数是这里是标准的控制输入，和是滑动控制输入。

滑动控制器最终给出为这里和是干扰的最大绝对值。

模拟结果外文翻译利用上面的控制器设计过程和参数表，模拟结果为所需的输出值是从表和表的结果我们可以看出些种类的干扰单单用∞线性矩阵不等式模糊控制不能够得到解决。

结合能够很好的解决这个问题。

结论∞线性矩阵不等式模糊控制器用于内埋式永磁同步电动机上。

它在每个工作点上运用线性模型。

结果表明对于这个提出的控制方法只需要四个工作点就够外文翻译了。

本文中的控制器给出了很好的控制性能且只需要四个可以设计的隶属函数。