【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 機(jī)及乘客對(duì)電梯發(fā)布動(dòng)作指令。操縱箱上沒(méi)有與電梯經(jīng)層站數(shù)相同的內(nèi)選層按鈕，上下層啟動(dòng)按鈕，開(kāi)關(guān)門(mén)按鈕，急停按鈕，電梯運(yùn)行狀態(tài)選擇鑰匙開(kāi)關(guān)，照明等控制開(kāi)關(guān)。 平層及開(kāi)門(mén)裝置平層及開(kāi)門(mén)裝置由磁鐵板和上、下平層感應(yīng)器組成，上行時(shí)，上層首先插入隔磁鐵板，發(fā)出減速信號(hào)，電梯開(kāi)始減速，至下層插入隔磁鐵板時(shí)，發(fā)出停車(chē)及開(kāi)門(mén)信號(hào)，電機(jī)停轉(zhuǎn)，機(jī)械抱閘；下行時(shí)，下層首先插入隔磁鐵板，發(fā)出減速信號(hào)至上層插入隔磁鐵板時(shí)，發(fā)出停車(chē)及開(kāi)門(mén)的信號(hào)。 停車(chē)裝置電梯的井道內(nèi)每層站裝有一只磁鐵板，當(dāng)轎廂運(yùn)行到相應(yīng)層站時(shí)，磁鐵板插入平層感應(yīng)器內(nèi)，以此檢測(cè)電梯所處位置和平層信號(hào)。安全窗及其開(kāi)關(guān)，安全鉗及其開(kāi)關(guān)，上、下限位開(kāi)關(guān)，上、下強(qiáng)迫停止開(kāi)關(guān)，極限開(kāi)關(guān)。第三章 永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型分析3．1 永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 電機(jī)是一種用來(lái)進(jìn)行機(jī)械能和電能之間的互相轉(zhuǎn)換的電磁機(jī)械，而他們之間的能量的轉(zhuǎn)換主要依賴于電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子之間的氣隙磁場(chǎng)。不同的建立磁場(chǎng)的方式就形成了不同類型的電機(jī)。而永磁同步電機(jī)則由轉(zhuǎn)子、定子和端蓋等部件構(gòu)成。永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)由永磁體產(chǎn)生，定子磁場(chǎng)則是由三相交流或者多項(xiàng)交流電形成的?？梢园艳D(zhuǎn)子鐵心做成實(shí)心的，也可以是由硅鋼片疊壓型成功率。定子則是與普通的感應(yīng)電機(jī)基本一樣，也采用硅鋼片疊壓結(jié)構(gòu)，以減小電機(jī)運(yùn)行時(shí)的鐵耗。電樞繞組可以采用分布短距繞組和非常規(guī)繞組，也可以采用集中整距繞組。其中，采用分布式短距繞組，產(chǎn)生的是正弦波電動(dòng)勢(shì)。采用整距繞組，產(chǎn)生梯形波反電動(dòng)勢(shì)。，以此使電動(dòng)機(jī)軸向長(zhǎng)度減小，讓電機(jī)排布更加合理，能夠讓電機(jī)的體積大幅度降低，而且使電氣損耗減小。想要讓電動(dòng)機(jī)雜散損耗降低，定子繞組在大功率的永磁電機(jī)上基本都是用的星形接法。 永磁同步電機(jī)截面示意圖 1——電子鐵心 2——定子繞組 3——轉(zhuǎn)軸 4——稀土材料永磁體 5——轉(zhuǎn)子鐵心 為使為了讓轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)與定子磁場(chǎng)它們是相對(duì)靜止的，定子的交流電頻率必須與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度之間必須嚴(yán)格同步。因此轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度必須完全是由定子轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)極數(shù)和電源頻率決定。 永磁同步電機(jī)掛極繞組的結(jié)構(gòu)示意圖 3．2 永磁同步電機(jī)的運(yùn)行原理永磁同步電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)中，最主要的問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩高性能控制。我們對(duì)于永磁電動(dòng)機(jī)的要求可以歸納為：精度高、響應(yīng)快、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小、系統(tǒng)功率因數(shù)和效率高等[9]。從前面分析永磁同步電機(jī)的模型可以知道，通過(guò)對(duì)直軸電流和交軸電流的控制就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)永磁同步電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)控制。交、直軸電流不同組合，會(huì)影響控制系統(tǒng)的功率因數(shù)、效率和轉(zhuǎn)矩輸出能力等。怎樣根據(jù)所給轉(zhuǎn)矩來(lái)確定的直軸電流和交軸電流，其實(shí)就是對(duì)定子電流矢量控制的問(wèn)題。 矢量控制在實(shí)際上來(lái)說(shuō)就是對(duì)電動(dòng)機(jī)定子電流矢量幅值和相位的控制。當(dāng)永磁體的交、直軸電感和勵(lì)磁磁鏈確定以后，電動(dòng)機(jī)的的轉(zhuǎn)矩就由定子電流的空間矢量is決定，而id和iq又決定了is的相位和大小，也就是說(shuō)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩就必須要控制id和iq。一定的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)于一定的i* q和i* d，通過(guò)這兩個(gè)電流的控制，使實(shí)際iq和id跟蹤指令值i* q和i* d，便實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的控制[4]。由于實(shí)際上饋入電動(dòng)機(jī)的電樞繞組的電流是三相交流電流iA、iB、iC，因此，三相電流的指令值i* A、i* B、i* C必須由下面的變換從i* q和i* d得到 () 上式中，電動(dòng)機(jī)非負(fù)載端軸伸上的位置、速度傳感器提供給了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)θ。然后通過(guò)電流的控制環(huán)讓電動(dòng)機(jī)輸入的三相相電流iA、iB、iC和指令給我們的i* A、i* B、i* C值一致，以此來(lái)達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。 根據(jù)永磁同步電機(jī)的不同用途，也可以有不同的矢量控制策略。比如，在紡織行業(yè)和軌道交通行業(yè)中的應(yīng)用就需要要求系統(tǒng)能夠恒功率和寬調(diào)速范圍運(yùn)行。目前永磁同步電機(jī)采用的控制運(yùn)行的方式主要有：功率因數(shù)cosψ=1運(yùn)行、最大轉(zhuǎn)矩／電流運(yùn)行、Id=0運(yùn)行等。 功率因數(shù)cosψ=1運(yùn)行 在這種運(yùn)行方式中，永磁同步電機(jī)的功率因數(shù)需要恒控制為1，即 (3．11)由上式得δ=φ，如圖3．3所示為電機(jī)運(yùn)行矢量圖。由矢量圖可得 (3．12)根據(jù)定子電壓矢量us的d、q軸分量之間的關(guān)系，可得到在一定轉(zhuǎn)速和電流下得到內(nèi)功率因數(shù)角 φ （）結(jié)合定子電壓矢量us的d、q軸分量和電磁轉(zhuǎn)矩Tem即得到相應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩Tem以及所需的電壓us。 cosψ=1 運(yùn)行時(shí)矢量圖 cosψ=1 運(yùn)行時(shí)各量隨電流變化曲線 圖3．4 為cosψ=l運(yùn)行條件下，定子電壓us(線6)、q軸的定子電流iq(線5)、d軸的定子電流id（線4)以及磁化電流ip（線3)、電磁轉(zhuǎn)矩Tem(線2)、負(fù)載角 δ(線1)跟著定子電流is的變化曲線。從該圖能夠看出，隨著電流的增大電磁轉(zhuǎn)矩也逐漸的增大。到電流到達(dá)某一個(gè)值isMAX的時(shí)候，電磁轉(zhuǎn)矩到達(dá)它的峰值TemMAX，然后隨著電流的繼續(xù)增大，電磁轉(zhuǎn)矩又開(kāi)始迅速下降[10]。 在cosψ=l的方式運(yùn)行的時(shí)候逆變器的容量得到了最充分的利用，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)為一個(gè)恒定值。但是永磁電動(dòng)機(jī)里，轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁是不能夠調(diào)節(jié)的，當(dāng)負(fù)載有變化的時(shí)候，轉(zhuǎn)矩繞組的總磁鏈?zhǔn)菬o(wú)法保持在一個(gè)恒定值的，所以轉(zhuǎn)矩和電樞電流之間是不能夠保持一個(gè)線性關(guān)系的。而且退磁系數(shù)大、最大輸出力矩小，永磁材料很有可能會(huì)去磁，造成電機(jī)電磁的轉(zhuǎn)矩減小，效果下降。 最大轉(zhuǎn)矩／電流運(yùn)行所說(shuō)的最大轉(zhuǎn)矩／電流運(yùn)行，就是指在給定了轉(zhuǎn)矩的情況下，最優(yōu)化的配置直軸電流和交軸電流的分量，是定子電流要最小，即單位的電流下電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩要達(dá)到最大的矢量控制方式。最大轉(zhuǎn)矩／電流可以提高電機(jī)運(yùn)行的效率，減小電動(dòng)機(jī)的銅耗，從而優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)的性能。此外，因?yàn)槟孀兤鞯妮敵鲭娏鬏^小的原因可以使逆變器的容量的要求相對(duì)的降低。降低系統(tǒng)的運(yùn)行成本。最大轉(zhuǎn)矩／電流運(yùn)行問(wèn)題，它可以等效為定子電流可滿足轉(zhuǎn)矩方程的極值條件問(wèn)題作拉格朗日函數(shù) () 式中，λ為拉格朗日乘子。 令各等式為O，對(duì)函數(shù)求偏導(dǎo)，得 () 求解出上式，并留意到id取負(fù)值，且LdLq，得 () 式中，ρ是電動(dòng)機(jī)得凸極率， 。 把電磁轉(zhuǎn)矩用標(biāo)么值表示，當(dāng)Ld≠Lq。時(shí)可以得到 () 把式()表示為標(biāo)么值，然后代入上面式子，就可以得到電磁轉(zhuǎn)矩和交、直軸電流分量的關(guān)系為 T* em= (3．18) 在已經(jīng)給定了轉(zhuǎn)矩的值的情況下，通過(guò)上面式子求出的電流值就是最優(yōu)電流解。對(duì)于凸極的永磁同步電機(jī)，采用這種控制的方式可以提高系統(tǒng)的輸出轉(zhuǎn)矩。對(duì)于隱極永磁同步電機(jī)，因?yàn)檗D(zhuǎn)子磁路是對(duì)稱的，即Ld=Lq。，求解式子(3．16)就可以得到id=O。所以，隱極永磁同步電機(jī)id=0就是最大轉(zhuǎn)矩／電流的運(yùn)行方式的矢量控制策略。 id=0運(yùn)行 id=0運(yùn)行是電流矢量控制策略中一種最簡(jiǎn)單的方式。當(dāng)id=0時(shí)，如果從電動(dòng)機(jī)的端口看，就等效于他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)。定子電流中只存在著交軸分量，而且定子空間矢量磁動(dòng)勢(shì)與永磁體空間矢量磁場(chǎng)正交。電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩中只存在永磁轉(zhuǎn)矩分量，其值為 (3．19) 如圖3．5所示為id=0運(yùn)行時(shí)的電動(dòng)機(jī)空間矢量圖。因?yàn)槎ㄗ与娏髦陛S分量是為零的，不存在d軸電樞反應(yīng)，所以不會(huì)發(fā)生去磁，去磁的系數(shù)是 (3．20) id=0運(yùn)行時(shí)的向量圖 矢量圖可以看出，內(nèi)功率的功率因數(shù)角φ=0。，定子電流is出現(xiàn)在了q軸上。定子電壓在d、q軸的分量是 （） 定子電壓的幅值就是 （） 負(fù)載角δ為 （） 永磁電機(jī)它的功率因數(shù)ψ為 （） 在不考慮定子電阻R的情況下，功率因數(shù)角ψ就和負(fù)載角δ相等，即 (3．25) id=O運(yùn)行的最大的優(yōu)點(diǎn)是定子電流的幅值與電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩成正比，其性能于直流動(dòng)機(jī)類似，無(wú)去磁作用，控制簡(jiǎn)單，因此得到非常廣泛的應(yīng)用，尤其是對(duì)隱極的永磁電機(jī)的控制系統(tǒng)。但是，id=0運(yùn)行的電機(jī)的功率因數(shù)是比較低的，電動(dòng)機(jī)和逆變器的容量不能得到充分的利用。通過(guò)上面的分析我們能夠看出，每種運(yùn)行方式各有自己優(yōu)點(diǎn)也有自己的不足之處，不同的場(chǎng)合適合不同的運(yùn)行方式[11]。其中id=O運(yùn)行是運(yùn)行方法中最簡(jiǎn)單的一種，該方法控制算法簡(jiǎn)單，沒(méi)有去磁效應(yīng)，定子電流與電磁轉(zhuǎn)矩是正比關(guān)系。最重要的缺點(diǎn)就是是當(dāng)增大輸出轉(zhuǎn)矩時(shí)，功率因數(shù)很快的降低。此外，電磁轉(zhuǎn)矩中未能利用磁阻轉(zhuǎn)矩部分，因而，主要運(yùn)用控制隱極永磁電機(jī)；cosψ=1運(yùn)行系統(tǒng)中的功率因數(shù)一直不變始終1，雖然能夠充分利用逆變器容量，最大電磁轉(zhuǎn)矩用這種方式會(huì)很??；最大轉(zhuǎn)矩／電流運(yùn)行是能夠滿足電動(dòng)機(jī)一定輸出轉(zhuǎn)矩要求條件下逆變器輸出電流最小的，這對(duì)逆變器功率開(kāi)光器件的工作有利，而且能夠減小電機(jī)銅耗，最大轉(zhuǎn)矩／電流，運(yùn)行比較適合恒轉(zhuǎn)矩、低速運(yùn)行，但是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速已經(jīng)超過(guò)了轉(zhuǎn)折速度繼續(xù)升高的時(shí)候，輸出電磁轉(zhuǎn)矩會(huì)隨著轉(zhuǎn)速的升高而急劇下降。第四章 永磁同步電機(jī)調(diào)速原理 永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 電機(jī)控制理論實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)就是精確的電機(jī)數(shù)學(xué)模型，所以這里首先給出的是三相永磁同步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型。因?yàn)閐 q坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型可用來(lái)分析永磁同步電機(jī)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)運(yùn)行性能，所以一般在d q坐標(biāo)系下建立永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型。在不計(jì)電機(jī)中的磁滯損耗和渦流、不計(jì)鐵心飽和及鐵耗，而且三相電流對(duì)稱、轉(zhuǎn)子的繞組沒(méi)有阻尼的最理想的情況之下，可得永磁同步電機(jī)在d q坐標(biāo)系下的電壓方程[7]。 () 磁鏈方程 () 電磁轉(zhuǎn)矩方程 ()4．2 正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)技術(shù) PWM的控制方式其實(shí)是逆變電路中的開(kāi)關(guān)器件進(jìn)行通斷控制，然后通過(guò)控制輸出端,輸出多個(gè)等幅不等寬脈沖波調(diào)制的技術(shù)，然后用面積相等原則,就可以用這些脈沖波代替正弦波的波形，按照一定的方法規(guī)律來(lái)調(diào)解各個(gè)脈沖寬度，就可以改變輸出電壓的頻率、也可以改變逆變電路輸出電壓的大小。PWM逆變裝置由逆變電路、直流電源和中間濾波環(huán)節(jié)組成。其中的逆變電路用PWM技術(shù)直接把直流調(diào)制成為正弦交流電，而且可以調(diào)頻調(diào)壓。直流電源則是用不可控整流器件構(gòu)成的。中間濾波環(huán)節(jié)的濾波基本都是使用電容濾波電路進(jìn)行。PWM逆變電路可以使用調(diào)節(jié)脈沖波幅值的方法來(lái)改變輸出電壓大小，可以改變調(diào)制波的頻率的方法來(lái)改變輸出頻率。將正弦波等效成SPWM波時(shí)，都是把一個(gè)正弦半波劃分為N等分(這里我們就取N=7)，然后我們又將每個(gè)等分好了的正弦半波的曲線和它橫軸所包圍形成的面積都用高度相等的矩形脈沖代替，而且這些矩形的中點(diǎn)都要與每一個(gè)等分的正弦波的中心對(duì)齊。所以這N個(gè)矩形波就和剛剛的正弦波半波等效，這些等高但是不等寬這樣的矩形脈沖波就稱SPWM波。早負(fù)半周我們也可以使用一樣的方法進(jìn)行等效處理。圖4．2就是我們希望得到的 SPWM波。由于各脈沖的幅值都是相同的，所以可以直接用恒指直流電源供電。 PWM調(diào)制原理通常采用三角載波與正弦調(diào)制波相交的辦法來(lái)確定正弦波脈寬調(diào)制每個(gè)分段矩形脈沖的寬度。這是因?yàn)榈妊遣ㄉ蠈挾?，下寬度和高?