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永磁同步電動機的同步原理

- 2020-08-18-

        永磁同步電動機的同步控制原理:永磁電機的同步控制可以看作是對空間磁場的控制,也可以看做定子磁場與轉子磁場的匹配問題,如何通過坐標變換實現模擬直流電機的控制方法來進行控制。將定子電流矢量分解成勵磁電流分量和轉矩電流分量,并使兩分量互相垂直,如果給定勵磁電流分量為0,則根據電工學知識得到轉矩與主磁通和轉矩電流分量乘積成正比。當通過坐標變換將定子電流矢量分解為勵磁電流分量和轉矩電流分量,便方便了對永磁同步電機的輸出參數的控制。

        那么再談談控制,轉子既然是永磁體,那么轉子顯然沒有辦法控制了,那么只能控制定制的電磁鐵了,定子電磁鐵一般是通過三相交變電流實現的(也有兩相的,交變電流也分方波,正弦波)。我們拿三相正弦波控制的來說吧,首先解決的第一個問題就是初始位置,你必須知道你電磁鐵現在對應的永磁鐵的磁極位置,最簡單的辦法就是給個初始電流,把他先吸附在一個固定的位置,然后從這個位置開始控制啟動。這里面涉及的問題就是電機有可能先倒轉一下或正轉一下,然后正常按你的控制運行。問題是有的領域是嚴禁倒轉的,這種領域如何控制呢?這里提供兩個常用的控制方法,一是安裝角度反饋,比如電動汽車,有角度反饋,就能知道初始位置了,那么就能根據初始位置做出合理控制了。另一種是通過注入高頻電壓,檢測電流反應,計算出位置。

        再有一種可能就是電機本來就不是靜止的,就是正在轉動,這又怎么控制呢?比如風機,上電前可能有風,帶著電機一直再轉,你又如何從轉動的狀態中獲得控制起始位置開始控制呢?這個也有方法,通過測量反電動勢去了解電機的轉速和角度,然后選擇合適的切入點切入控制,讓電機進入你想要的工作狀態。解決了啟動位置的問題就進入實際控制過程了,實際控制一般根據需要分為轉矩控制和轉速控制,比如電動汽車,你更想控制的是車出的力,那么就用轉矩控制。如果是風機,你關心的是風量,風量跟轉速精密相關,所以你需要控制的是轉速。再往下就是你要選擇的控制算法了,比如壓頻比、矢量、查表、直接轉矩法等等。這些方法一一介紹起來估計就比較無聊了,都是數學公式了,這里就說一些本質,如果是方波,其本質上只有兩個變量,就是周期和占空比,那么方波電機控制都相對簡單。不需要什么復雜的算法。但是正弦波有三個變量,頂點電壓,周期,角度。那么本質上不管什么算法,都控制這三個變量就行了。三個變量控制起來就復雜多了,于是能不能有一個變量先不控制呢,最復雜的就是角度,如果不控制角度,其實就是第一個控制算法,壓頻比算法。其他方法都需要控制角度。所以除了第一個方法外,其他方法的本質就是通過把電機的模型數學化,然后把復雜的數學模型簡單化,然后控制電壓,頻率,角度以達到對電機的整體控制。

        永磁同步電動機本質是用永磁鐵做轉子,然后用電磁鐵做定子,通過不斷變換電磁鐵磁極的位置,吸附永磁體轉子轉動。當永磁同步電機定子部分通入由三相逆變器經脈寬調制的三相交流電后,定子電樞會產生空間磁場,它與永磁體轉子相互作用,產生與定子旋轉磁場旋向相同的電磁轉矩輸出。當輸出的轉矩T超過轉子的摩擦轉矩以及由于永磁體的阻尼轉矩時,電機便開始向外做功,并不斷地加速直至同步。

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