[其他]同步电动机的速度控制装置

说明书

本发明是关于在电枢中通以交流电流的电动机的速度控制装置，更具体地说，是关于具有旋转磁场的同步电动机的变速控制装置。

旋转磁场式同步电动机具有一个可称之为定子的电枢和称之为转子的磁极。流入电动机定子绕组的多项交流电流产生旋转磁场，该旋转磁场通过作用于转子上的磁引力使其同步旋转。在介绍常规的同步电动机的速度控制装置以前，先说明一下直流电动机和同步电动机所产生的力矩的关系，将有助于容易地理解本发明。

图1A为一直流电动机在转轴方向的截面图。其中FM是磁极，AM是一个电枢，AW是电枢绕组，DCV是直流电源。图1B说明了图1A所示的在直流电动机中产生的有关电枢电流（Ia）、磁场或磁通量（φ）和力矩（T）的弗来明左手定则。如图1A、1B所示，一个整流器RC接通或断开电枢电流Ia以使它总保持在与磁通φ垂直方向上流动。在此情况下，产生的力矩T如下所示：

T＝K·φ·Ia    （1）

这里K为常量。

等式（1）表示当磁通φ的值为常量时，力矩T与电枢电流Ia成比例。

图2表示沿同步电动机转轴方向的截面图，该同步电动机具有旋转磁场磁极PM，其中“SW”表示定子绕组而“Is”表示流过定子绕组“SW”的电流矢量。为了将式（1）运用于图2所示的具有旋转磁场磁极的同步电动机，有必要将磁极PM的磁通φ以磁通矢量φs表示。进一步地，定子绕组SW的电枢电流Ia用电流矢量Is表示，相应地，同步电动机所产生的力矩T由式（2）表示：

T＝K·φs·Is    COS    γ    （2）

图3表示图2所示的同步电动机的等值电路。在图中Ra表示定子（电枢）绕组的电阻，Xs表示在定子绕组上的感应磁通和漏磁通的等效电感，V是电压源，γ是电枢电流s与电枢电流在定子绕组上的感应电动势的相位差。

因此，当相位差γ为零，即电动势与电枢电流s同相时，式（2）变成下式：

T＝K·φs·Is    （3）

式（3）表示同步电动机有可能用与直流电动机相同的产生力矩的方式来驱动。

换句话说，式（3）表明为了有效地驱动同步电动机，有必要控制流过定子绕组的电枢电流Is以便使旋转磁场的磁通φs总是与电流Is成直角。

此外，电枢电流Is可称为同步电动机角速度ω初滞后角的函数，它包括一个由定子绕组的电阻Ra和电感La组成的时间常数Ta。相应地，当同步电动机转速升高时，就产生了电枢电流Is的相位滞后。

在同步电动机的驱动装置中采用一个电流控制回路来减小相位滞后是一种传统的方法。

图4为一电动机驱动装置的控制框图。图中，GV表示该装置中电流放大器的放大系数，Gi表示该装置中的电流反馈增益。

在图4中，装置的传递函数G（s）如下所示：

G(S)=I/V=G V(1Ra·11+STa)1+Gi·Gv(1Ra+11+STa)]]>(4)

这里S＝jw，

此外，开路增益G_o（S）表示如下：

G_o（S）＝Gi·GV/Ra（1+STa） （5）

当G_o（S）＞＞1时，传递函数变为下式：

G（S）＝1/Gi    （6）

式（6）表示当G_o（S）＞＞1时，传递函数与时间常数Ta和旋转角速度ω无关。这就是在同步电动机的驱动装置上采用电流控制回路的原因。

图5表示用于同步电动机驱动控制的常规式控制电路框图。