永磁同步電機(jī)未來研究

1、永磁同步電機(jī)未來研究摘要：隨著當(dāng)前國家能源危機(jī)的不斷發(fā)展，化石燃料等傳統(tǒng)能源儲(chǔ)星的降低給國家的發(fā) 展帶來了很大的影響，在這樣的環(huán)境之下，電動(dòng)機(jī)開始成為當(dāng)前在交通等行業(yè)中使用較多的 驅(qū)動(dòng)形式，當(dāng)前在電動(dòng)汽車等載具中使用較多的動(dòng)力形式是永磁電動(dòng)機(jī)，這種電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行 中有多種控制形式控制技術(shù)，且具備不同的特點(diǎn)。本文介紹了永磁同步電機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀, 并分解分析了永磁同步電機(jī)發(fā)展的未來走向。關(guān)鍵詞：永磁同步電機(jī);永磁同步電機(jī)硏究;永磁同步電機(jī)發(fā)展運(yùn)用1. 引言永磁同步電機(jī)雖有永磁式同步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重呈輕、損耗小、效率高，和直流 電機(jī)相比,它沒有直流電機(jī)的換向器和電刷等缺點(diǎn)。和異步電動(dòng)機(jī)相比，它

2、由于不需要無功 勵(lì)磁電流，因而效率高、功率因數(shù)高、力矩慣量比大、走子電流和走子電阻損耗減小，且轉(zhuǎn) 子參數(shù)可測(cè)、控制性能好。但存在最大轉(zhuǎn)矩受永磁體去磁約束，抗索能力差，高轉(zhuǎn)速受限制, 功率較小，成本高和啟動(dòng)困難等缺點(diǎn)。正因?yàn)橛腥秉c(diǎn)的存在和未來發(fā)展的需要以及市場(chǎng)的競(jìng) 爭(zhēng)，帶來了永磁同步電機(jī)的研究熱點(diǎn)問題。2. 永磁同步電機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀由于永磁同步電機(jī)閉環(huán)控制當(dāng)中需要電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，因此需要在電機(jī)軸上安裝機(jī)械位置傳感 器。由于機(jī)械傳感器的存在,增加了系統(tǒng)復(fù)雜程度和成本，降低了系統(tǒng)魯棒性。永磁同步電 機(jī)的無速度傳感器控制成為現(xiàn)今研究的一個(gè)熱點(diǎn)問題。谷善茂等就對(duì)永磁同步電機(jī)無傳感器 控制技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展做了一個(gè)

3、很好的綜述。目前適用于中、高速運(yùn)行的無傳感器控制技術(shù)主要有以下幾類：磁鏈估計(jì)法、模型參考自適 應(yīng)(Model Referencing Adaptive System ) MRAS法、狀態(tài)觀測(cè)器法、滑模變結(jié)構(gòu)法、 檢測(cè)電機(jī)相電感變化的位置估計(jì)法、卡爾晏濾波法等;適合于零速和低速方法有：基于測(cè)試 矢量勵(lì)磁及電流幅值測(cè)臺(tái)的初始位置估計(jì)技術(shù)、基于測(cè)試脈沖勵(lì)磁和電流幅值測(cè)臺(tái)的內(nèi)插式 PMSMIPMSM初始位置估計(jì)、基于脈動(dòng)矢臺(tái)勵(lì)磁和相位檢測(cè)的IPMSM初始位置估計(jì)方法、 基于脈動(dòng)矢呈勵(lì)磁和高頻阻杭測(cè)呈的IPMSM低速和零速轉(zhuǎn)子位置估計(jì)和基于旋轉(zhuǎn)矢呈勵(lì) 磁和電流解調(diào)技術(shù)的低速和零速無傳感器控制方法。分析了

4、這些方法的原理、優(yōu)點(diǎn)和局限性, 并指出了復(fù)合控制方法是未來發(fā)展的趨勢(shì)。模糊控制、分?jǐn)?shù)階微積分控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、變結(jié) 構(gòu)控制、預(yù)測(cè)控制、最優(yōu)控制慢慢應(yīng)用于永磁同步電機(jī)的控制。3. 永磁同步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用交流永磁同步電動(dòng)機(jī)由于其體積小、重呈輕、高效節(jié)能等一系列優(yōu)點(diǎn)，越來越弓I起人們重視, 其控制技術(shù)日趨成熟，控制器已產(chǎn)品化。中/助率的異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速正逐步為永磁同步 電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)所取代。電梯驅(qū)動(dòng)就是一個(gè)典型的例子。電梯的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)電機(jī)的加速、穩(wěn) 速、制動(dòng)、定位都有一走的要求。早期人們采用直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，其缺點(diǎn)是不言而喻的。 70年代變頻技術(shù)發(fā)展成熟，異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)迅速取代了電梯行業(yè)中

5、的直流調(diào)速 系統(tǒng)。而這幾年電梯行業(yè)中最新驅(qū)動(dòng)技術(shù)就是永磁同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng),具體積小、節(jié)能、 控制性能好、又容易做成低速直接驅(qū)動(dòng),消除齒輪減速裝置;其低噪聲、平層精度和舒適性 都優(yōu)于以前的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，適合在無機(jī)房電梯中使用。永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)很快得到各大 電梯公司青睞，與其配套的專用變頻器系列產(chǎn)品已有多種牌號(hào)上市?？梢灶A(yù)見，在調(diào)速驅(qū)動(dòng) 的場(chǎng)合，將會(huì)是永磁同步電動(dòng)機(jī)的天下。日本富士公司已推出系列的永磁同步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品相 配的變頻控制器,功率從0.4kW300kW ,體積比同容呈異步電動(dòng)機(jī)小12個(gè)機(jī)座號(hào), 力能指標(biāo)明顯高于異步電動(dòng)機(jī)，可用于泵、運(yùn)輸機(jī)械、攪拌機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)、升降機(jī)、起重機(jī)等 多咱場(chǎng)合。

6、4. 永磁同步電動(dòng)機(jī)的發(fā)展局限與趨勢(shì) 永磁同步電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小、起動(dòng)速度慢，這導(dǎo)致起動(dòng)困難。同步電機(jī)的起動(dòng)方法主要有異步 起動(dòng)法和變頻起動(dòng)法。異步起動(dòng)使永磁同步電機(jī)加工工藝更為復(fù)雜，機(jī)械強(qiáng)度更差，而變頻 起動(dòng)對(duì)變頻器的性能和質(zhì)星有較高的要求。所以對(duì)于異步起動(dòng)，如何去優(yōu)化結(jié)構(gòu),降瑁步 起動(dòng)永磁同步電機(jī)的工藝復(fù)雜性，增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度和可靠性可以說也是一個(gè)研究方向，對(duì)于變 頻起動(dòng)，隨著變頻器應(yīng)用得越來越廣泛以及現(xiàn)代電力電子技術(shù)微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，變 頻器的硏究發(fā)展趨勢(shì)也可以說是永磁同步電機(jī)發(fā)展趨勢(shì)之一。而變頻器未來發(fā)展方向主要是高壓大功率和低壓小功率、小型化、輕型化的方向發(fā)展,全面 實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和自動(dòng)化等

7、等方向。同時(shí)也有待開發(fā)一些新的良好的快速、大轉(zhuǎn)矩的起動(dòng)方法。 有學(xué)者提出了對(duì)電機(jī)走子特走位置加電壓并保持加電位置與轉(zhuǎn)子相對(duì)位置不變的加速啟動(dòng) 方法并通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)，證明了該方法可以滿足永磁同步電機(jī)的快速可靠啟動(dòng)沈建新等發(fā)明了 起動(dòng)永磁同步電機(jī)V型槽轉(zhuǎn)子,與目前國內(nèi)外使用的V型槽轉(zhuǎn)子相比避免了起動(dòng)過程中永 磁體局部退磁的現(xiàn)象同時(shí)也減小了穩(wěn)態(tài)運(yùn)行過程中轉(zhuǎn)子內(nèi)部的渦流損耗對(duì)提高自起動(dòng)永磁 同步機(jī)的可靠性和穩(wěn)態(tài)性能均有一定的效果等等。弱磁擴(kuò)速與弱磁控制永磁同步電機(jī)由于轉(zhuǎn)子是永磁體勵(lì)磁隨看轉(zhuǎn)速的升高電動(dòng)機(jī)電壓會(huì)逐 漸達(dá)到逆變器所能輸出的電壓極限這時(shí)要想繼續(xù)升高轉(zhuǎn)速只有靠調(diào)節(jié)走子電流的大小和相 位增加直軸去磁電流來等效弱磁提高轉(zhuǎn)速。電機(jī)的弱磁能力大小主要與直軸電抗和反電勢(shì)大 小有關(guān)但永磁體串聯(lián)在直軸磁路中所以直軸磁路一般磁阻較大弱磁能力較小電機(jī)反電勢(shì)較 大時(shí)也會(huì)降低電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速。5. 結(jié)語總而言之，永磁同步電機(jī)的未來發(fā)展關(guān)鍵在于變頻器的研究發(fā)展，通俗一些將就是還需要不 斷地鉆硏技術(shù)，提高科研水平，完善產(chǎn)業(yè),進(jìn)一步升級(jí)永磁同步電機(jī)，為社會(huì)大生產(chǎn)出力。參考文獻(xiàn)： 周凱，孫彥成，王旭東，閆達(dá)永磁同步電機(jī)的自抗擾控制調(diào)速策略J電機(jī)與控制學(xué)