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永磁同步电动机的同步原理

- 2020-08-18-

        永磁同步电动机的同步控制原理:永磁电机的同步控制可以看作是对空间磁场的控制,也可以看做定子磁场与转子磁场的匹配问题,如何通过坐标变换实现模拟直流电机的控制方法来进行控制。将定子电流矢量分解成励磁电流分量和转矩电流分量,并使两分量互相垂直,如果给定励磁电流分量为0,则根据电工学知识得到转矩与主磁通和转矩电流分量乘积成正比。当通过坐标变换将定子电流矢量分解为励磁电流分量和转矩电流分量,便方便了对永磁同步电机的输出参数的控制。

        那么再谈谈控制,转子既然是永磁体,那么转子显然没有办法控制了,那么只能控制定制的电磁铁了,定子电磁铁一般是通过三相交变电流实现的(也有两相的,交变电流也分方波,正弦波)。我们拿三相正弦波控制的来说吧,首先解决的第一个问题就是初始位置,你必须知道你电磁铁现在对应的永磁铁的磁极位置,最简单的办法就是给个初始电流,把他先吸附在一个固定的位置,然后从这个位置开始控制启动。这里面涉及的问题就是电机有可能先倒转一下或正转一下,然后正常按你的控制运行。问题是有的领域是严禁倒转的,这种领域如何控制呢?这里提供两个常用的控制方法,一是安装角度反馈,比如电动汽车,有角度反馈,就能知道初始位置了,那么就能根据初始位置做出合理控制了。另一种是通过注入高频电压,检测电流反应,计算出位置。

        再有一种可能就是电机本来就不是静止的,就是正在转动,这又怎么控制呢?比如风机,上电前可能有风,带着电机一直再转,你又如何从转动的状态中获得控制起始位置开始控制呢?这个也有方法,通过测量反电动势去了解电机的转速和角度,然后选择合适的切入点切入控制,让电机进入你想要的工作状态。解决了启动位置的问题就进入实际控制过程了,实际控制一般根据需要分为转矩控制和转速控制,比如电动汽车,你更想控制的是车出的力,那么就用转矩控制。如果是风机,你关心的是风量,风量跟转速精密相关,所以你需要控制的是转速。再往下就是你要选择的控制算法了,比如压频比、矢量、查表、直接转矩法等等。这些方法一一介绍起来估计就比较无聊了,都是数学公式了,这里就说一些本质,如果是方波,其本质上只有两个变量,就是周期和占空比,那么方波电机控制都相对简单。不需要什么复杂的算法。但是正弦波有三个变量,顶点电压,周期,角度。那么本质上不管什么算法,都控制这三个变量就行了。三个变量控制起来就复杂多了,于是能不能有一个变量先不控制呢,最复杂的就是角度,如果不控制角度,其实就是第一个控制算法,压频比算法。其他方法都需要控制角度。所以除了第一个方法外,其他方法的本质就是通过把电机的模型数学化,然后把复杂的数学模型简单化,然后控制电压,频率,角度以达到对电机的整体控制。

        永磁同步电动机本质是用永磁铁做转子,然后用电磁铁做定子,通过不断变换电磁铁磁极的位置,吸附永磁体转子转动。当永磁同步电机定子部分通入由三相逆变器经脉宽调制的三相交流电后,定子电枢会产生空间磁场,它与永磁体转子相互作用,产生与定子旋转磁场旋向相同的电磁转矩输出。当输出的转矩T超过转子的摩擦转矩以及由于永磁体的阻尼转矩时,电机便开始向外做功,并不断地加速直至同步。

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