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永磁电机现状分析

供稿:中国酷彩票工控网 2016/11/2 16:17:37

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  • 关键词: 永磁电机 运动控制
  • 摘要:运动控制是目前众多行业设备的需求,为了使这些设备能以最佳的性能工作,采用经过改进的新型马达控制技术是关键所在。能效的提高是趋势所向,新技术同时还能带来更多的优势,如实现更加平稳的工作,大幅度降低噪声水平。众多制造商正在应对这些挑战,马达市场正在被更加高效的方案替代,如直流无刷(BLDC)和永磁同步电机(PMSM)。 文章对两种电动机的现状进行了研究、分析对比。

        运动控制是目前众多行业设备的需求,为了使这些设备能以最佳的性能工作,采用经过改进的新型马达控制技术是关键所在。能效的提高是趋势所向,新技术同时还能带来更多的优势,如实现更加平稳的工作,大幅度降低噪声水平。众多制造商正在应对这些挑战,马达市场正在被更加高效的方案替代,如直流无刷(BLDC)和永磁同步电机(PMSM)。

关于这两种电动机的研究现状对比大致如下:

一、BLDC关于转矩脉动分析

永磁电机现状分析 

永磁无刷直流电动机与传统有刷直流电动机相比,省去了机械换向器和电刷,其定子电流为方波,而且控制较简单,但在低速运行时性能较差,主要是受转矩脉动的影响。

引起转矩脉动的因素很多, 主要有以下原因:

(1)电流换相引起的转矩脉动

采用重叠换相法可以抑制相电流换相引起的转矩脉动,另外通过选择适当的电机转速来削弱换相转矩脉动的影响。

(2)电枢反应引起的转矩脉动

适当合理地增大气隙可减弱这种原因造成的影响,设计电机时选择瓦形或环形永磁体径向励磁结构,选择磁路设计的时候,使电机尽量在空载时达到饱和,都可减弱这种影响。

(3)齿槽效应引起的转矩脉动

常用的方法是合理地选择极槽配合,如采用斜槽,或转子采用斜极,另外还可适当增大气隙,采用分数槽也有助于减少齿槽转矩脉动,或者制造无槽电机也是一个新的方向。

(4)控制算法误差引起的转矩脉动

通过改进电流控制算法可以提高电流控制的精度, 以减小电流脉动从而降低转矩脉动。但是,要实现更精确有效的电流控制方法,还需在实践中进行更深入的探索和研究。

(5)机械加工因素引起的转矩脉动

在实际生产加工中,制造电机所用材料的不统一、转子偏心、绕组不对称等都会引起转矩脉动,选择高质量材料,提高加工工艺水平都能有效地减弱机械加工因素造成的影响。

二、PMSM的研究现状分析

永磁电机现状分析 

PMSM永磁同步电动机,其定子绕组一般为三相短距分布绕组,其气隙磁场和定子分布绕组决定了定子绕组感应电动势为正弦波形,所用的供电电源为PWM变压变频电源。永磁同步电动机转子为永久磁钢。目前,磁钢多用稀土永磁材料制成,如钐钴合金(Sm-Co)钕铁硼(Nd-Fe-B)等、高矫顽力等特点。

对比BLDCM,PMSM的转矩脉动比较小,铁心损耗也较小,所以在低速直接驱动场合的应用中,PMSM的性能比BLDCM及其它交流伺服电动机优越得多。不过在发展高性能PMSM中也遇到几个“ 瓶颈” 问题有待于作更深入的研究和探索。存在的主要问题如下:

(1)由于存在齿槽转矩,PMSM在低速运行时会受到转矩脉动的影响。采用永磁材料的PMSM在使用过程中可能会出现“退磁”现象。

(2)控制器调节性能受很多方面影响,如位置速度检测误差,这方面可根据高精度的速度及位置检测器件和实现无传感器检测的方法均可克服这种影响。

 


(3)以PMSM作为执行元件构成的永磁交流伺服系统,由于PMSM本身就是具有一定非线性、强耦合性和时变性的“ 系统”,同时其伺服对象也存在较强的不确定性和非线性,加之系统运行时易受到不同程度的干扰,因此采用先进控制策略和实现方式, 以从整体上提高系统的“ 酷彩票智能化、数字化” 水平,这应是当前发展高性能PMSM的方向。

 

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