Permanentmagnetiserad synkronmotor. Olof Samuelsson Industriell Elektroteknik och Automation

Transkript

1 Peranentagnetierad ynkronotor Olof Sauelon Indutriell Elektroteknik och Autoation

2 Överikt Peranentagnetierad ynkronakin Vridoent Spänningekvation Vektorrepreentation Spänningvektorn tyr Växelriktaren pänningvektorer Varvtalreglering av växeltröotor Lund univeritet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Sauelon 2

3 Mateatik odell LM igen u a = R a i T=ψ i a dω J = dt a T T L L Togång, o u a =U, vad blir ω? U/Ψ Hur ändrar an ω? Med u a. a di dt a ω ψ u a i a R a L a e a Lund univeritet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Sauelon 3

4 Peranentagnetierad ynkronotor = ~

5 PMSM har goda egenkaper Hög oenttäthet N/kg använd i indutrirobotar Jf förbränningotor N/kg Jf hydraulotorer 600 N/kg Hög verkninggrad Upp till 98% Lund univeritet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Sauelon 5

6 PMSM för otortyrning Lund univeritet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Sauelon 6

7 PMSM: Maxiera kraft och vridoent Ψ Magneterna ger ett rotorflöde riktat uppåt vektor Ψ i Strö ut ur bilden Strö in i bilden i alla ledare i alla ledare Ströen i lindningarna ger flöde riktat åt vänter vektor i Vridoent tyck vara T=Ψ i inγ och axialt för γ=90 Lund univeritet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Sauelon 7

8 PMSM: Låt rotorn rotera i Ψ Rotorflödet täller in ig i tatorflödet riktning och T=Ψ i in0=0 O an kunde vrida runt tatorflödet på något ätt Lund univeritet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Sauelon 8

9 Trefalindning o trefalat Tre lindningar ed olika huvudriktning Fa 1: e j0 Fa 2: e j120 Fa 3: e j240 Plutecken fraför 120 och 240!!! Lund univeritet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Sauelon 9

10 Aniering Lund univeritet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Sauelon 10

11 Rotation Trefatröar i trefalindningar ger roterande trövektor Kopanål i tatorn roterar Starkare agnet i verklig rotor likaå Deo: PMSM kopa PMSMPMSM Lund univeritet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Sauelon 11

12 Rotation och vridoent Togång Rotor(flöde) följer tatorflöde ynkront Ingen trö Spänningvektor = inducerad ek (pänningkällan vid generatordrift) Vridoent T=Ψ i Eller i ord: Rotorflödet gånger koponenten av tatortrövektorn vinkelrät ot rotorflödet Lund univeritet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Sauelon 12

13 Vektorodell av enbart tator a i b i c i Ψ = dt d i R u a a a Ψ = dt d i R u b b b Ψ = dt d i R u c c c dt d R i u e e j j ψ π π = α β 3 4π j e 3 2π j e 1 p(t) = ua i a u b i b u c i c = uα i α uβ iβ Effektinvarian Varje lindning en RL-kret ed Li=Ψ Koordinataxlar α och β otvarar Re och I-axlar

14 Vektorodell ed rotor i β i β ψ θ ( ) r αβ αβ αβ u = R i ψ L i i α Rotorn peranentagnet α Statorn elektroagnet d dt Koordinataxlar: α och β fat i tatorn Lund univeritet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Sauelon 14

15 Togång i β i β ψ θ r i α α u u u αβ αβ = = R d dt i αβ ( αβ ) ψ L i ( jθ ) d ( jω t ) ψ e = ψ e r d dt Togång ingen trö Anta kontant rotation: θ r =ω r t dt Statorpänning vid togång: r = jω ψ αβ = inducerad ek o beror på Ψ och ω r u r αβ = e jω t r r jω ψ e jω t r Spänningvektorn pekar dit flödevektorn pet rör ig Lund univeritet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Sauelon 15

16 Statorpänningarna kurvforer Vid togång: i β i β ψ θ r i α α u αβ = jω ψ r e jω t Sinuforade päningar Spänningen frekven f direkt prop ot ω r Spänningen aplitud U direkt prop ot ω r r I togång gäller U/f kontant

17 u Vridoent αβ = Multiplikation ed ger effekt Aktiv effekt öjlig i två terer Statorreitanen ger förluter ed hela tröen Inducerad ek och trö ed aa fa ger axeleffekt Inducerad ek p R axel i αβ = ω ψ r d dt i ( αβ ψ L i ) i Vridoent T= p axel /ω r å T = ψ = ψ i i αβ jω t r = jωrψ e = jω rψ co(arg( i ) arg( jω ψ co(arg( i ) arg( jωrψ )) in(arg( i ) arg( ψ )) = ψ r i β )) i i β ψ θ r i α α

18 Verkar detta riligt? Statortrövektor 90 före ψ ger tröfördelning nedan So vid axiering av T tidigare β y F=Bil täer i Ströen går itt för agneterna x ψ θ r α Lund univeritet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Sauelon 18

19 PMSM funktion tationärt Togång Belatning Ingen trö u = jω r Ψ So att följa ed karuell u =j ω ψ r ψ Vektor i där delen vinkelrät ot Ψ (i fa ed ek-n jω r Ψ ) ger vridoent Ek-n jω r Ψ liten vinkel efter inducerad vektorn u So att dra karuell ed guiband j ω R i r L i j ω ψ r u i ψ Lund univeritet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Sauelon 19

20 Variabelt varvtal för växeltröotor Varvtal beror av frekvenen Spänningen aplitud bör följa frekvenen Skicka inuforade börvärden till triangelvågodulatorer Ger PWM-pänningar ed valfri frekven och pänning Enkel juktart ed växelriktare Mål rapforad ökning av varvtalet till önkat värde Välj otvarande frekvenrap Välj även pänningrap för kontant U/f Inget behöver äta Ex A5.1 Lund univeritet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Sauelon 20

21 PWM-kurvforer Ud/2 id 0 a va b vb c vc -Ud/2 uab - ubc - - uca ua ub uc - - vo - Y-kopplad tatorlindning OBS V 0 inte på nollpotential: V 0 =(V a V b V c )/3 0 Lund univeritet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Sauelon 21

22 Spänningvektorer från växelriktare u (100) u (110) u (010) u (011) u (001) u (101) u (000) u (111) Ud/2 -Ud/2 0 id a va b vb c vc uab - ubc - - uca = α j β = 2 3 j 2π j 4π a be 3 ce 3 ua - ub - vo uc - = 3 2 a j 1 2 ( b c ) Lund univeritet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Sauelon 22

23 Välja önkad edelpänningvektor u (010) u (110) id Ud/2 0 a va b vb c vc u (011) u (000) u (100) -Ud/2 uab - ubc - - uca u (111) ua - ub - vo uc - u (001) u (101) Sex aktiva vektorer Två nollvektorer Enfaig växelriktning ger edelpänning Switchning ellan två nivåer valbar edelnivå Trefaig växelriktning ger edelvektor Switchning ellan ex riktningar valbar edelriktning Switchning ellan aktiv/nollvektor valbar edelaplitud Lund univeritet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Sauelon 23 Ex A5.2

24 Växelriktaren pänningvektorer u (010) u (110) id Ud/2 0 a va b vb c vc u (011) u (000) u (100) -Ud/2 uab - ubc - - uca u (111) ua - ub - vo uc - u (001) u (101) Enfaig växelriktning Två nivåer, en aldrig tationärt å u=ri eftero Ldi/dt hela tiden utgör tor del av pänningen Trefaig växelriktning Sex riktningar, en aldrig tationärt Sex aktiva vektorer Två nollvektorer Lund univeritet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Sauelon 24

25 Spänning- och flödevektorer Spänningvektorer välj för bäta edelvektor Målet är en flödevektor ed kontant hatighet och längd Speten följer då en cirkel Reultat ed PWM kan bli ganka nära I edel följer flödevektorn pet en cirkel Switchningen ger rippel i två dienioner Lund univeritet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Sauelon 25

26 Avancerad reglering av växeltröotor Använd otorodell för att beräkna tyrlagar Välj pänningvektor o ger exakt önkat vridoent Vektorreglering i roterande koordinatyte Kan åtadkoa tegvar i tröar på entaka witchperiod I detalj i kuren Kraftelektronik Lund univeritet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Sauelon 26

27 Saanfattning PMSM Varvtal ho en växeltröotor betä av PMSM har likheter ed liktröotor: Vridoentet är proportionellt ot Hela uttrycket är T= Inducerad ek (togångpänning)är proportionell ot och därför bör även atningpänningen vara proportionell ot För att få trefaiga PWM-kurvforer jäför triangelvåg ed Flödevektorn känn intuitiv. Strövektorn är och pänningvektorn följer analogt av trövektorn. En växelriktare har aktiva pänningvektorer och nollvektorer För önkad edelpänningvektorriktning witchar an ellan För önkad edelpänningvektorlängd witchar an ellan 33

28