Napędy z silnikami
synchronicznymi z
magnesami trwałymi
1
Model matematyczny maszyny synchronicznej
Klasyfikacja maszyn synchronicznych
" Klasyfikacja ze względu na symetrię obwodu magnetycznego
 maszyny synchroniczne z biegunami utajonymi (cylindryczne)
 maszyny synchroniczne jawnobiegunowe
" Klasyfikacja ze względu na sposób wzbudzenia
 maszyny synchroniczne o wzbudzeniu elektromagnetycznym
 maszyny synchroniczne wzbudzane magnesami trwałymi
 maszyny synchroniczne niewzbudzane (reluktancyjne)
" Klasyfikacja ze względu na rozkład indukcji magnetycznej
wzdłu\
szczeliny (obwodu)
 maszyny o rozkładzie sinusoidalnym indukcji
 maszyny o rozkładzie trapezowym indukcji (maszyny bezszczotkowe prądu
stałego)
2
1
Klasyfikacja maszyn synchronicznych
Silnik synchroniczny o wzbudzeniu Silnik synchroniczny o magnesach
elektromagnetycznym trwałych
3
Sterowanie silnika synchronicznego
Przekształtniki częstotliwości w układach z silnikiem synchronicznym
4
2
Silnik synchroniczny zasilany z falownika napięcia z
modulacją szerokości impulsów (FN-MSI)
Sterowanie układem
amplituda i częstotliwość napięcia
wyjściowego  falownik FN-MSI
Problem hamowania
w układzie z sieciowym prostownikiem
niesterowanym brak mo\
liwości zwrotu
energii do sieci. Moc podczas
hamowania tracona na rezystorze Rh.
Zalety
mała zawartość harmonicznych w
prądzie zasilania silnika,
du\
y zakres sterowania częstotliwości,
niska cena,
5
Silnik synchroniczny zasilany z falownika prądu
Sterowanie układem
amplituda prądu wyjściowego -prostownik
PS
częstotliwość prądu wyjściowego 
falownik FP
Cechy układu
du\
y zakres sterowania częstotliwości
w przypadku sterowania bez modulacji
prostokątny przebieg prącu stojana silnika
hamowanie silnika ze zwrotem energii do
sieci
mo\
liwa komutacja falownika prądu
napięciami maszyny synchronicznej 
zastosowanie zaworów nie w pełni
sterowanych - tyrystorów
6
3
Sterowanie silnika synchronicznego
Zewnętrzne i wewnętrzne zadawanie częstotliwości
Zewnętrzne zadawanie częstotliwości Wewnętrzne zadawanie częstotliwości
Właściwości Właściwości
" prędkość zale\
na od wartości fsz " PCz+CPW pełni tę samą rolę co
komutator maszyny prądu stałego,
" idealnie sztywna charakterystyka
mechaniczna, " prędkość zale\
na od wartości Us (�z)
�
�
�
" mo\
liwość wypadnięcia z " charakterystyka mechaniczna zale\
na
synchronizmu, od układu zasilania lub/i regulacji,
" skłonność do kołysań " zjawisko wypadania z synchronizmu
nie występuje, brak kołysań.
7
Sterowanie częstotliwościowe silnika
synchronicznego o magnesach trwałych
Porównanie maszyn
synchronicznych o wzbudzeniu
elektromagnetycznym i
wzbudzanych magnesami trwałymi
Rodz. Rodzaj
xd xq xd /xq
silnika wirnika
O biegunach
0,9  2,0 0,9  2,0 1,0
utajonych
Jawno-
0,9  1,6 0,45  1,0 1,5  2,0
biegunowy
Magnesy
mocowane na
0,34 0,34 1,0
powierzchni
(rys. a)
Magnesy
wgłębione 0,64 1,69 0,38
(rys. c)
8
4
Wzbudzany
Wzbudz.
magn. trwałymi
el-magn.
Sterowanie częstotliwościowe silnika
synchronicznego o magnesach trwałych
Maszyna o rozkładzie trapezowym indukcji
Maszyna o rozkładzie sinusoidalnym
(siły elektromotorycznej)
indukcji (siły elektromotorycznej)
Bezszczotkowy silnik prądu stałego
Silnik synchroniczny o magnesach
(BLDCM)
trwałych (PMSM)
9
Sterowanie częstotliwościowe silnika
synchronicznego o magnesach trwałych
Bezszczotkowy silnik prądu stałego
Silnik synchroniczny o magnesach
(BLDCM)
trwałych (PMSM)
Ogólne zasady sterowania
- prąd zasilania silnika sinusoidalny - prąd o przebiegu prostokątnym
- ciągły pomiar poło\
enia wirnika - detekcja poło\
enia wirnika co 60�
Właściwości
- małe pulsacje momentu - większe pulsacje momentu
- bardziej zło\
ony układ sterowania - prostszy układ sterowania
- du\
a przecią\
alność prądowa (przecią\
alność momentem)
Zastosowanie
- serwonapędy o wysokich wymaganiach - układy napędowe o ni\
szych wymaga-
dynamicznych i dokładnościowych niach dynamicznych i dokładnościowych
10
5
Sterowanie częstotliwościowe silnika
synchronicznego o magnesach trwałych
Model matematyczny silnika synchronicznego o magnesach trwałych
(silnika z sinusoidalną sem - PMSM)
d�
ud = rsid + TN d -��
q
(1)
dt
d�
(2)
uq = rsiq + TN q +��
d
dt
(3)
� = ldid +�
d f
(4)
� = lqiq
q
(5)
m =� iq -� id Dla �f =const. z zale\
ności (1)  (5):
d q
did
d� 1
ud = rsid + TNld -�lqiq (1.a)
= (m - mm )
(6)
dt
dt TM
diq
uq = rsiq + TNlq + �(� + ldid ) (2.a)
dŃ
f
(7)
= �
dt
dt
(5.a)
m =� iq - idiq(ld - lq)
f
11
Sterowanie częstotliwościowe silnika
synchronicznego o magnesach trwałych
Schemat blokowy silnika synchronicznego o magnesach
trwałych (silnika z sinusoidalną sem - PMSM)
did
ud = rsid + TNld -
(1.a)
dt
-�lqiq
(2.a)
diq
uq = rsiq + TNlq +
(5.a)
dt
+ �(� + ldid )
f
(6)
m =� iq - idiq(ld - lq)
f
(7)
d� 1
= (m - mm )
dt TM
dŃ
= �
dt
12
6
Sterowanie częstotliwościowe silnika
synchronicznego o magnesach trwałych
Model matematyczny silnika synchronicznego o magnesach trwałych
(silnika z sinusoidalną sem - PMSM) dla id=0
did
ud = rsid + TNld - �lqiq
dt (1.a)
diq
uq = rsiq + TNlq +�(� + ldid )
(2.a)
f
dt
m =� iq - idiq(ld - lq)
f (5.a)
d� 1
= (m - mm )
(6)
Dla id=0 z zale\
ności (1.a), (2.a) i (5.a):
dt TM
dŃ
ud = -�lqiq
(7)
(1.b)
= �
dt
diq
uq = rsiq + TNlq + �� (2.b)
f
dt
m =� iq (5.b)
f
13
Sterowanie częstotliwościowe silnika
synchronicznego o magnesach trwałych
Schemat blokowy silnika synchronicznego o magnesach trwałych
(silnika z sinusoidalną sem - PMSM) dla id=0
diq
uq = rsiq + TNlq + ��
f
dt
m =� iq
f
d� 1
= (m - mm )
dt TM
dŃ
= �
dt
14
7
Serwonapęd z silnikiem synchronicznym
o magnesach trwałych
Schemat ogólny serwonapędu z silnikiem PMSM
15
Serwonapęd z silnikiem synchronicznym o
magnesach trwałych
Sterowanie wektorowe silnikiem PMSM z regulatorami histerezowymi prądu
16
8