ic反应器操作-驯化-规程(哈啤类似的工艺)

1、XXX部门编制 20XX年XX月XX日ic反应器操作-驯化-规程(哈啤类似的工艺).docXXX部门编制 20XX年XX月XX日ic反应器操作-驯化-规程(哈啤类似的工艺).doc两个uasb叠起来，差不多16-25米高，节省占地，我有一些资料的，回头穿上来IC反应器工作原理及技术优点 3.1 IC反应器工作原理 IC反应器基本构造如图1所示，它相似由2层UASB反应器串联而成。按功能划分，反应器由下而上共分为5个区：混合区、第1厌氧区、第2厌氧区、沉淀区和气液分离区。 混合区：反应器底部进水、颗粒污泥和气液分离区回流的泥水混合物有效地在此区混合。 第1厌氧区：混合区形成的泥水混合物进入该区，

2、在高浓度污泥作用下，大部分有机物转化为沼气。混合液上升流和沼气的剧烈扰动使该反应区内污泥呈膨胀和流化状态，加强了泥水表面接触，污泥由此而保持着高的活性。随着沼气产量的增多，一部分泥水混合物被沼气提升至顶部的气液分离区。 气液分离区：被提升的混合物中的沼气在此与泥水分离并导出处理系统，泥水混合物则沿着回流管返回到最下端的混合区，与反应器底部的污泥和进水充分混合，实现了混合液的内部循环。 第2厌氧区：经第1厌氧区处理后的废水，除一部分被沼气提升外，其余的都通过三相分离器进入第2厌氧区。该区污泥浓度较低，且废水中大部分有机物已在第1厌氧区被降解，因此沼气产生量较少。沼气通过沼气管导入气液分离区，对第

3、2厌氧区的扰动很小，这为污泥的停留提供了有利条件。 沉淀区：第2厌氧区的泥水混合物在沉淀区进行固液分离，上清液由出水管排走，沉淀的颗粒污泥返回第2厌氧区污泥床。 从IC反应器工作原理中可见，反应器通过2层三相分离器来实现SRTHRT，获得高污泥浓度；通过大量沼气和内循环的剧烈扰动，使泥水充分接触，获得良好的传质效果。 3.2 IC工艺技术优点 IC反应器的构造及其工作原理决定了其在控制厌氧处理影响因素方面比其它反应器更具备优势。 （1）容积负荷高：IC反应器内污泥浓度高，微生物量大，且存在内循环，传质效果好，进水有机负荷可超过普通厌氧反应器的3倍以上。 （2）节省投资和占地面积：IC反应器容积

4、负荷率高出普通UASB反应器3倍左右，其体积相当于普通反应器的1/41/3左右，大大降低了反应器的基建投资5。而且IC反应器高径比特别大（一般为48），所以占地面积特别省，非常适合用地紧张的工矿企业。 （3）抗冲击负荷能力强：处理低浓度废水（COD=20003000mg/L）时，反应器内循环流量可达进水量的23倍；处理高浓度废水（COD=1000015000mg/L）时，内循环流量可达进水量的1020倍5。大量的循环水和进水充分混合，使原水中的有害物质得到充分稀释，大大降低了毒物对厌氧消化过程的影响。 （4）抗低温能力强：温度对厌氧消化的影响主要是对消化速率的影响。IC反应器由于含有大量的微生

5、物，温度对厌氧消化的影响变得不再显著和严重。通常IC反应器厌氧消化可在常温条件（2025 ）下进行，这样减少了消化保温的困难，节省了能量。 （5）具备缓冲pH的能力：内循环流量相当于第1厌氧区的出水回流，可利用COD转化的碱度，对pH起缓冲作用，使反应器内pH保持最佳状态，同时还可减少进水的投碱量。 （6）内部自动循环，不必外加动力：普通厌氧反应器的回流是通过外部加压实现的，而IC反应器以自身产生的沼气作为了进一步提升的动力来实现混合液内循环，不必设泵强制循环，节省了动力消耗。简单，找个UASB设计方法一样。就是加一个三相分离器，在加一个内循环管（7）出水稳定性好：利用二级UASB串联分级厌氧

6、处理，可以补偿厌氧过程当中K s高产生的不利影响。Van Lier6在1994年证明，反应器分级会降低出水VFA浓度，延长生物停留时间，使反应进行稳定。 （8）启动周期短：IC反应器内污泥活性高，生物增殖快，为反应器快速启动提供有利条件。IC反应器启动周期一般为12个月，而普通UASB启动周期长达46个月7。 （9）沼气利用价值高：反应器产生的生物气纯度高，CH4为7080，CO2为2030，其它有机物为15，可作为燃料加以利用8。 4 IC处理技术应用现状及发展前景 IC处理技术从问世以来已成功应用于土豆加工、菊苣加工、啤酒、柠檬酸和造纸等废水处理中。1985年荷兰首次应用IC反应器处理土豆

7、加工废水，容积负荷（以COD计）高达3550kg/(m3d)，停留时间46 h9；而处理同类废水的UASB反应器容积负荷仅有1015 kg/(m3d)，停留时间长达十几到几十个小时3。 在啤酒废水处理工艺中，IC技术应用得较多，目前我国已有3家啤酒厂引进了此工艺。从运转结果看，IC工艺容积负荷（以COD计）可达1530 kg/(m3d)，停留时间24.2 h，COD去除率COD759；而UASB反应器容积负荷仅有47 kg/(m3d)，停留时间近10 h3。 对于处理高浓度和高盐度的有机废水，IC反应器也有成功的经验。位于荷兰Roosendaal的一家菊苣加工厂的废水，COD约7900mg/L

8、，SO42为250mg/L，Cl为4200mg/L。采用22m高、1100m3容积的IC反应器，容积负荷（以COD计）达31 kg/(m3d)，COD80，平均停留时间仅6.1 h9。 我国无锡罗氏中亚柠檬有限公司的IC厌氧处理系统自1998年12月运转以来一直都很稳定，进水COD一般在8000mg/L以上，pH5.0左右，容积负荷（以COD计）可达30 kg/(m3d)，出水COD基本在2000mg/L以下，且每千克COD产沼气0.42m310。1996年IC反应器首次应用于纸浆造纸行业，并快速获得客户欢迎，至今全世界造纸行业已建造IC反应器23个11。 表1罗列出了IC反应器和UASB反应

9、器处理典型废水的对照结果，从表中数据可以看出，IC反应器在特别大程度上解决了UASB的不足，大大提高了反应器单位容积的处理容量。 表1 IC反应器与UASB反应器处理相同废水的对比结果1 对比指标 反应器类型 IC UASB 啤酒废水 土豆加工废水 啤酒废水 土豆加工废水 反应器体积（m3） 6162 100 1400 21700 反应器高度（m） 20 15 6.4 5.5 水力停留时间（h） 2.1 4.0 6 30 容积负荷kg/(m3d) 24 48 6.8 10 进水COD（mg/L） 2000 60008000 1700 12000 COD（） 80 85 80 95 随着生产的发

10、展，经济高效、节能省地的厌氧反应器越来越受到水处理工作者的青睐。IC反应器的一系列技术优点及其工程成功实践，是现代厌氧反应器的一个突破，值得进一步研究开发。而且由于反应器容积小，生产、运输、安装和维修都十分方便，产业化前景也很乐观。 5 IC反应器存在的几个问题 COD容积负荷大幅度提高，使IC反应器具备很高的处理容量，同时也带来了很多新的问题： （1）从构造上看，IC反应器内部结构比普通厌氧反应器复杂，设计施工要求高。反应器高径比大，一方面增加了进水泵的动力消耗，提高了运转费用；另一方面加快了水流上升速度，使出水中细微颗粒物比UASB多，加重了后续处理的负担12。另外内循环中泥水混合液的上升

11、还易产生堵塞现象，使内循环瘫痪，处理效果变差。 （2）发酵细菌通过胞外酶作用将不溶性有机物水解成可溶性有机物，再将可溶性的大分子有机物转化成脂肪酸和醇类等，该类细菌水解过程相当缓慢13。IC反应器较短的水力停留时间必然会影响不溶性有机物的去除效果。 （3）在厌氧反应中，有机负荷、产气量和处理程度三者之间存在着密切的联系和平衡关系。一般较高的有机负荷可获得较大的产气量，但处理程度会降低13。因此，IC反应器的总体去除效率相比UASB反应器来讲要低些。 （4）缺乏在IC反应器水力条件下培养活性和沉降性能良好的颗粒污泥关键技术。目前国内引进的IC反应器均采用荷兰进口的颗粒污泥接种2，增加了工程造价。

12、 上述问题有待在对IC厌氧处理技术内部规律进行更深入探讨的基础上，结合工程实践加以克服，使这一新技术更加完善。 我从一本废水处理新技术书本上摘抄如下IC反应器内容，供大家参考 内循环（ IC）厌氧反应器 近 10 年来，已建造了许多处理工业废水的 UASB 反应器生产装置。实践证明：为了谨防升流速度太大使悬浮固 体 大 量 流 失，UASB 反 应 器 在 处 理 中 低 浓 度（ 1.5 2.0g COD /L）废水时，反应器的进水容积负荷率一般限制在 5 8kgCOD /（m3d），在此负荷率下，最小 HRT 为 4 5h；在处理 COD 浓度为 5 9g/L 的高浓度有机废水时，反应器的

13、进水容积负荷率一般被限制在 10 20kgCOD /（m3d），以免由于产气负荷率太高而增加紊流造成悬浮固体的流失。为了克服这些限制，荷兰 PaquesBV 公司开发了一种内循环（internalcirculation，IC）反应器，IC 反应器在处理中低浓度废水时，反应器的进水容积负荷率可提高至 20 24kgCOD /（m3d）；处理高浓度有机废水时，进水容积负荷率可提高到35 50kg/（m3d）。这是对现代高效反应器的一个突破，有着重大的 理 论 意 义 和 实 用IC 反应器的基本构造与工作原理 如图 17-1 所示。IC 反应器的构造特点是具备特别大的高径比，一般可达 4 8，反应

14、器的高度可达 16 25m。所以在外形上看，IC 反应器实际上是个厌氧生化反应塔。由图 17-1 可知，进水通过泵由反应器底部进入第一反应室，与该室内的厌氧颗粒污泥均匀混合。废水中所含的大部分有机物在这里被转化成沼气，所产生的沼气被第一反应室的集气罩收集，沼气将沿着提升管上升。沼气上升的同时，把第一反应室的混合液提升至设在反应器顶部的气液分离器，被分离出的沼气由气液分离器顶部的沼气排出管排走。分离出的泥水混合液将沿着回流管回到第一反应室的底部，并与底部的颗粒污泥和进水充分混合，实现第一反应室混合液的内部循环。IC 反应器的命名由此得来。内循环的结果是，第一反应室不仅有很高的生物量、很长的污泥龄

15、，并具备特别大的升流速度，使该室内的颗粒污泥完全达到流化状态，有很高的传质速率，使生化反应速率提高，从而大大提高第一反应室的去除有机物能力。经过第一反应室处理过的废水，会自动地进入第二反应室继续处理。废水中的剩余有机物可被第二反应室内的厌氧颗粒污泥进一步降解，使废水得到更好的净化，提高出水水质。产生的沼气由第二反应室的集气罩收集，通过集气管进入气液分离器。第二反应室的泥水混合液进入沉淀区进行固液分离，处理过的上清液由出水管排走，沉淀下来的污泥可自动返回第二反应室。这样，废水就完成了在 IC 反应器内处理的全过程。综上所述可以看出，IC 反应器实际上是由两个上下重叠的 UASB 反应器串联组成的

16、。由下面第一个 UASB 反应器产生的沼气作为了进一步提升的内动力，使升流管与回流管的混合液产生密度差，实现下部混合液的内循环，使废水获得强化预处理。上面的第二个UASB 反应器对废水继续进行后处理（或称精处理），使出水达到预期的处理要求。IC 反应器的运转特性 J.H.F.Pereboom 和 T.L.F.M .Vereijken 详细进行了 IC 反应器与 UASB 反应器生产性装置每一项运转参数的测定和比较，如表 17-1 所示。下面从几方面进行分析。IC 反应器的运转特性 J.H.F.Pereboom 和 T.L.F.M .Vereijken 详细进行了 IC 反应器与 UASB 反应

17、器生产性装置每一项运转参数的测定和比较，如表 17-1 所示。下面从几方面进行分析。 反应器的处理效能 前已述及，与 UASB 反应器相比，在获得相同处理效率的条件下，IC 反应器具备更高的进水容积负荷率和污泥负荷率，IC 反应器的平均升流速度可达处理同类废水 UASB 反应器的 20 倍左右。在处理低浓度废水时，HRT 可缩短至 2.0 2.5h，使反应器的容积更加小型化。由表 17-1 可知，在处理同类废水时，IC 反应器的高度为 UASB 反应器的 3 4 倍，进水容积负荷率为 UASB 反应器的 4 倍左右，污泥负荷率为 UASB 反应器的 3 9 倍。由此可见，IC 反应器是一种非常

18、高效能的厌氧反应器。 污泥性质 . 颗粒污泥的物理性质由表 17-1 可知，IC 反应器颗粒的平均直径在 0.66 0.87mm，略大于 UASB 反应器颗粒的平均直径 0.51 0.83mm；IC 反应器最大颗粒直径为 3.14 3.57mm，UASB 反应器颗粒的最大直径 3.38 3.43mm；IC 反应器颗粒密度为 1.041 1.057g/cm3，与 UASB 反应器颗粒的密度 1.039 1.065g/cm3比较接近。但是 IC 反应器颗粒相对剪切强度比UASB 颗粒的强度差，如以 UASB 颗粒的相对强度为 100% ，则 IC 颗粒为 32% 53% ，这是由于 IC 反应器的

19、污泥负荷率大大高于 UASB 反应器的污泥负荷率之故。IC 颗粒污泥的灰分占 0.13 0.15，低于 UASB 颗粒污泥的灰分 0.2 0.26，这说明 IC颗粒污泥中有机成分含量更高，污泥的活性更高。 . 颗粒大小的分布Pareboom 和 Vereijken 比较了 IC 反应器与 UASB 反应器污泥样品颗粒大小尺寸的分布，见图 17-2。图 17-2（ a）和（b）分别给出了 UASB 和 IC 反应器处理啤酒废水和土豆加工废水的颗粒大小分布情况。比较的结果表明，IC 反应器颗粒尺寸较粗和分布较宽，这是由于 IC 反应器升流速度较大，使细小颗粒更易于被冲刷从而反应器内小颗粒比例减小，

20、而留在反应器内的颗粒获得更充分的营养，在长期滞留情况下颗粒长得更大，因此 IC 反应器内颗粒大小的分布范围比 UASB 反应器更宽，且 IC 反应器的平均粒径 Da和 Sauter平均直径 D32均大于 UASB 反应器。. 颗粒沉降速度UASB 和 IC 反 应 器 内 颗 粒 的 沉 降 速 度 一 般 都 高 于 液 体 升 流 速 度。IC 颗 粒（ 粒径 0.5mm）的沉降速度仅略高于液体的升流速度（2.6mm /s）。在 IC 反应器的第二反应室，由于气体负荷率较低，创造了一个比较平稳的沉淀条件，有利于细小颗粒的滞留。 . 污泥的活性IC 反应器污泥的活性远高于 UASB 反应器的

21、污泥活性。这是由于 IC 反应器的污泥颗粒完全趋于流化状态，传质的限制因素小，UASB 反应器污泥床局部地方的污泥浓度很高，甚至存在死区，传质受到一定限制。因此，IC 反应器的平均污泥去除负荷率远高于UASB 反应器的污泥去除负荷率（见表 17-1）。沿反应器不同高度污泥浓度的变化 Pereboom 和 Vereijken 分别测定了处理啤酒废水和土豆废水的 IC 反应器不同高度处污泥浓度及颗粒 大 小 分 布 变 化 的 情 况。得 出 了 不 同 高 度 的 颗 粒 尺 寸 的 分 布 图（ 见图 17-3），并画出了颗粒尺寸大小、生物量浓度和灰分沿 IC 反应器高度的变化图，见图17-4

22、。由图 17-3 和图 17-4 可知，IC 反应器的第一段污泥床混合良好，污泥床以上和出水中固体的灰分大大高于污泥床。由此可得出结论，IC 反应器具备很高的紊流和上升流速，有助于无机物的有效去除。 反应器的启动及颗粒污泥的培养 由于目前已经建了许多生产性 UASB 装置，所以可采用 UASB 反应器的颗粒污泥作为 IC 反应器启动时的接种污泥。当采用 UASB 反应器的颗粒污泥作为 IC 反应器的种泥时，UASB 反应器颗粒污泥演变为 IC 反应器的颗粒污泥，一般要经过一至两个月才能完成启动过程。Peredoom 和 Vereijken 将代码为 IND 的处理造纸废水 UASB 反应器的颗

23、粒接种到代码为 ICP 的处理啤酒废水的 IC 反应器中，并测定了不同运转期 IC 反应器污泥颗粒的分布，测定的结果见图 17-5。由图 17-5 可知，IC 反应器用 UASB 反应器颗粒污泥接种后，由于 IC 反应器的剪切力较大，接种的大颗粒被剪切成小颗粒，所以小颗粒数量增加，反应器生物量并没有随时间减少，在第 2 周进行泥样分析，开始显示出颗粒大小分布较宽的 IC 颗粒分布特征。由于IC 反应器的污泥负荷率和容积负荷率高，污泥的生长速率很快，颗粒的培养在接种后 2个月即可完成。如果没有颗粒污泥接种而采用絮体污泥接种，则启动初期只能采用低负荷运转，待自行培养出颗粒污泥后，再逐步提高负荷，这

24、样启动时间会大大延长。目前荷兰 PaquesBV 公司的 IC 反应器均采用 UASB 反应器的颗粒污泥接种。作者认为，如果采用处理相同废水的 IC 反应器污泥接种则更为理想，可缩短启动时间。IC反应器流体循环流量的计算 IC 反应器流体是沼气、悬浮固体和水液体三种流体的混合物，悬浮固体和水溶液组成的混合液的提升和循环的能量是以沼气升流为动力的，流态十分复杂，目前尚未见到有关 IC 反应器流体循环水力计算的试验报道。目前计算 IC 反应器的循环流量是依据空气提升器原理，借用对空气提升器计算升流管液体升流速度的计算公式，进行一定修正后得到IC 反应器升流管的液体升流速度的计算公式。IC 反应器的

25、工作原理与空气提升液体循环反应器（Chisti等，1988）十分相似，沼气提升混合液体内循环的原理可简化为如图 17-6 所示。这与空气提升反应器的液体循环情况基本相似。沼气提升内循环回路的能量平衡可用下式表达： 沼气气泡绝热膨胀产生的能量 = 循环系统的能量消耗 HYPERLINK /upload/forum/124/1145546397016.JPG t _blank 接上上式便是沼气提升 IC 反应器在简化条件下升流管内混合液液体表面升流速度的一般表达式。必须指出：上式不能直接用于 IC 反应器的水力计算，应结合 IC 反应器的实际情况（如图 17-1）对上式进行修正。修正后的表面液体流

26、速 uLr表达式为：（公式在下面） 由上式的结果也可以看出，液体回流循环的驱动力是升流管和回流管内持气率差（r-d）引起的。由于升流管内沼气容纳量多使混合液密度小，回流管内沼气容纳量少而混合液的密度大，两者产生一个密度差，使流体产生了内循环。采用式（17-14），读者就可以进行 IC 反应器内循环量的初步计算。 反应器的技术优点 从以上的论述可以知道，IC 反应器具备很多优点。 （1）具备很高的容积负荷率由于 IC 反应器存在着内循环，第一反应室有很高的升流速度，传质效果很好，污泥活性很高，因而其有机容积负荷率比普通 UASB 反应器高许多，一般高出 3 倍以上。处理高浓度有机废水，如土豆加工

27、废水，当 COD 为 10000 15000mg/L 时，进水容积负荷率可达30 40kgCOD /（m3d）。处理低浓度有机废水，如啤酒废水，当 COD 为 2000 3000mg/L时，进水容积负荷率可达 20 50kgCOD /（m3d），HRT 仅 2 3h，COD 去除率可达 80%左右。 （2）节省基建投资和占地面积由于 IC 反应器的容积负荷率大大高于 UASB 反应器，IC 反应器的有效体积仅为UASB 反应器的 1/4 1/3，所以可显著降低反应器的基建投资。由于 IC 反应器不仅体积小，而且有特别大的高径比，所以占地面积特别省，非常适用于占地面积紧张的厂矿企业。小型的 IC

28、 反应器可以工厂预制，大型的可在现场制作，施工工期短，安装简便，且 IC 反应器的土方量很小，可节省施工费用。 （3）靠沼气提升实现内循环的，不必外加动力厌氧流化床和膨胀颗粒污泥床的流化是通过出水回流由泵加压实现强制循环的，因此必须消耗一部分动力。而 IC 反应器是以自身产生的沼气通过绝热膨胀做功为动力实现混合液的内循环的，不必另设泵进行强制内循环，从而可节省能耗。 （4）抗冲击负荷能力强由于 IC 反应器实现了内循环，处理低浓度水（如啤酒废水）时，循环流量可达进水流量的 2 3 倍；处理高浓度水（如土豆加工废水）时，循环流量可达进水流量的 10 20 倍。因为循环流量与进水在第一反应室充分混

29、合，使原废水中的有害物质得到充分稀释，降低了有害程度，并可谨防局部酸化发生，从而提高了反应器的耐冲击负荷的能力。 （5）具备缓冲 pH 能力内循环流量相当于第一级厌氧的出水回流量，可利用 COD 转化的碱度，对 pH 起缓冲作用，使反应器内的 pH 保持稳定。处理缺乏碱度的废水时，可减少进水的投碱量。 （6）出水的稳定性好IC 反应器的第一、二反应室，相当于上下两个 UASB 反应器，它们串联运转，第一反应室有很高的有机容积负荷率，相当于起“粗”处理作用，第二反应室则具备较低的有机容积负荷率，相当于起“精”处理作用。整个 IC 反应器实际上是两级厌氧处理。一般情况下，两级厌氧处理比单级厌氧处理

30、的稳定性好，出水也较稳定。 反应器的国内外应用情况 依据荷兰 Paques环境技术公司提供的资料，1989 年在荷兰的 Den Bdsch 建造了第一座IC 反应器，其容积达 970m3，处理啤酒废水，进水容积负荷率达 20.4kgCOD /（m3d），反应器高 22m。现已建成若干座处理啤酒废水的 IC 反应器，并也建成了若干座处理土豆废水的 IC 反应器。其中在荷兰的 W ezep，建成了 2 座容积为 100m3和 130m3的 IC 反应器，进水容积负荷率达到了 36.5kgCOD /（ m3 d）。1996 年沈阳华润雪花啤酒有限公司从Paques公司引进我国第一套 IC 反应器用于

31、处理啤酒废水，反应器高 16m，有效容积70m3，并已成功投产，日处理啤酒废水 400m3，进水 COD 容积负荷率高达 25 30kgCOD /（m3d），COD 去除率稳定在 80% 。目前，我国的上海和无锡等城市的一些啤酒厂也建成了 IC 反应器。清华大学也在北京建成了处理淀粉废水的 IC 反应器。综上所述，由于 IC 反应器的高效能和大的高径比，可大大节省占地面积和投资。它特别适用于土地面积不足的工矿企业采用，由此可预见，IC 反应器有着特别大的推广应用价值和潜能。附录资料：不需要的可以自行删除 永磁同步电机基础知识PMSM的数学模型交流电机是一个非线性、强耦合的多变量系统。永磁同步电

32、机的三相绕组分布在定子上，永磁体安装在转子上。在永磁同步电机运行过程中，定子与转子始终处于相对运动状态，永磁体与绕组，绕组与绕组之间相互影响，电磁关系十分复杂，再加上磁路饱和等非线性因素，要建立永磁同步电机精确的数学模型是很困难的。为了简化永磁同步电机的数学模型，我们通常做如下假设：忽略电机的磁路饱和，认为磁路是线性的；不考虑涡流和磁滞损耗；当定子绕组加上三相对称正弦电流时，气隙中只产生正弦分布的磁势，忽略气隙中的高次谐波；驱动开关管和续流二极管为理想元件；忽略齿槽、换向过程和电枢反应等影响。永磁同步电机的数学模型由电压方程、磁链方程、转矩方程和机械运动方程组成，在两相旋转坐标系下的数学模型如

33、下：(l)电机在两相旋转坐标系中的电压方程如下式所示:其中，Rs为定子电阻；ud、uq分别为d、q 轴上的两相电压；id、iq分别为d、q轴上对应的两相电流；Ld、Lq分别为直轴电感和交轴电感；c为电角速度；d、q分别为直轴磁链和交轴磁链。若要获得三相静止坐标系下的电压方程，则需做两相同步旋转坐标系到三相静止坐标系的变换，如下式所示。(2)d/q轴磁链方程：其中，f为永磁体产生的磁链，为常数，而是机械角速度，p为同步电机的极对数，c为电角速度，e0为空载反电动势，其值为每项绕组反电动势的倍。(3)转矩方程：把它带入上式可得:对于上式，前一项是定子电流和永磁体产生的转矩，称为永磁转矩；后一项是转

34、子突极效应引起的转矩，称为磁阻转矩，若Ld=Lq，则不存在磁阻转矩，此时，转矩方程为：这里，为转矩常数，。(4)机械运动方程：其中，是电机转速，是负载转矩，是总转动惯量(包括电机惯量和负载惯量)，是摩擦系数。直线电机原理永磁直线同步电机是旋转电机在结构上的一种演变，相当于把旋转电机的定子和动子沿轴向剖开，然后将电机展开成直线，由定子演变而来的一侧称为初级，转子演变而来的一侧称为次级。由此得到了直线电机的定子和动子，图1为其转变过程。直线电机不仅在结构上是旋转电机的演变，在工作原理上也与旋转电机类似。在旋转的三相绕组中通入三相正弦交流电后，在旋转电机的气隙中产生旋转气隙磁场，旋转磁场的转速（又叫

35、同步转速）为： （1-1）其中，交流电源频率，电机的极对数。如果用表示气隙磁场的线速度，则有： （1-2）其中，为极距。当旋转电机展开成直线电机形式以后，如果不考虑铁芯两端开断引起的纵向边端效应，此气隙磁场沿直线运动方向呈正弦分布，当三相交流电随时间变化时，气隙磁场由原来的圆周方向运动变为沿直线方向运动，次级产生的磁场和初级的磁场相互作用从而产生电磁推力。在直线电机当中我们把运动的部分称为动子，对应于旋转电机的转子。这个原理和旋转电机相似，二者的差异是：直线电机的磁场是平移的，而不是旋转的，因此称为行波磁场。这时直线电机的同步速度为v=2f,旋转电机改变电流方向后，电机的旋转方向发生改变，同样

36、的方法可以使得直线电机做往复运动。图1永磁直线同步电机的演变过程 图2 直线电机的基本工作原理 对永磁同步直线电机，初级由硅钢片沿横向叠压而成，次级也是由硅钢片叠压而成，并且在次级上安装有永磁体。根据初级，次级长度不同，可以分为短初级-长次级结构和长初级-短次级的结构。对于运动部分可以是电机的初级，也可以是电机的次级，要根据实际的情况来确定。基本结构如图3所示，永磁同步直线电机的速度等于电机的同步速度： （1-3）图3 PMLSM的基本结构 矢量控制（磁场定向控制技术）矢量控制技术是（磁场定向控制技术）是应用于永磁同步伺服电机的电流（力矩）控制，使得其可以类似于直流电机中的电流（力矩）控制。矢

37、量控制技术是通过坐标变换实现的。坐标变换需要坐标系，变化整个过程给出三个坐标系：静止坐标系（a，b，c）：定子三相绕组的轴线分别在此坐标系的a，b，c三轴上；静止坐标系（，）：在（a，b，c）平面上的静止坐标系，且轴与a轴重合，轴绕轴逆时针旋转90度；旋转坐标系（d,q）:以电源角频率旋转的坐标系。矢量控制技术对电流的控制实际上是对合成定子电流矢量的控制，但是对合成定子电流矢量的控制的控制存在以下三个方面的问题：是时变量，如何转换为时不变量？如何保证定子磁势和转子磁势之间始终保持垂直？是虚拟量，力矩T的控制最终还是要落实到三相电流的控制上，如何实现这个转换？从静止坐标系（a，b，c）看是以电源

38、角频率旋转的，而从旋转坐标系（d,q）上看是静止的，也就是从时变量转化为时不变量，交流量转化为直流量。所以，通过Clarke和Park坐标变换（即3/2变换），实现了对励磁电流id和转矩电流iq的解耦。在旋转坐标系（d,q）中，已经成为了一个标量。令在q轴上（即让id=0），使转子的磁极在d轴上。这样，在旋转坐标系（d,q）中，我们就可以象直流电机一样，通过控制电流来改变电机的转矩。且解决了以上三个问题中的前两个。但是，id、iq不是真实的物理量，电机的力矩控制最终还是由定子绕组电流ia、ib、ic（或者定子绕组电压ua、ub、uc）实现，这就需要进行Clarke和Park坐标逆变换。且解决了

39、以上三个问题中的第三个。力矩回路控制的实现：图中电流传感器测量出定子绕组电流ia,ib作为clarke变换的输入，ic可由三相电流对称关系ia+ib+ic=0求出。clarke变换的输出i,i ，与由编码器测出的转角作为park变换的输入，其输出id与iq作为电流反馈量与指令电流idref及iqref比较，产生的误差在力矩回路中经PI运算后输出电压值ud,uq。再经逆park逆变换将这ud,uq变换成坐标系中的电压u ,u。SVPWM算法将u,u转换成逆变器中六个功放管的开关控制信号以产生三相定子绕组电流。电流环控制交流伺服系统反馈分为电流反馈、速度反馈和位置反馈三个部分。其中电流环的控制是为了保证定子电流对矢量控制指令的准确快速跟踪。电流环是内环，SVPWM控制算法的实现主要集中在电流环上，电流环性能指标的好坏，特别是动态特性，将全面影响速度、位置环。PI调节器不同于P调节器的特点: P调节器的输出量总是正比于其输入量; 而PI调节器输出量的稳态值与输入无关, 而是由它后面环节的需要决定的。后面需要PI调节器提供多么大的输出值, 它就能提供多少, 直到饱和为止。电流环常采用PI控制器，目的是把P控制器不为0 的静态偏差变为0。电流环控制器的作用有以下几个方面：内环；在外环调速的过程中，它的作用是使