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供稿︰中國工控網 2016/11/2 16:17:37

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  • 關鍵詞︰ 永磁電機 運動控制
  • 摘要︰運動控制是目前眾多行業設備的需求,為了使這些設備能以最佳的性能工作,采用經過改進的新型馬達控制技術是關鍵所在。能效的提高是趨勢所向,新技術同時還能帶來更多的優勢,如實現更加平穩的工作,大幅度降低噪聲水平。眾多制造商正在應對這些挑戰,馬達市場正在被更加高效的方案替代,如直流無刷(BLDC)和永磁同步電機(PMSM)。 文章對兩種電動機的現狀進行了研究、分析對比。

        運動控制是目前眾多行業設備的需求,為了使這些設備能以最佳的性能工作,采用經過改進的新型馬達控制技術是關鍵所在。能效的提高是趨勢所向,新技術同時還能帶來更多的優勢,如實現更加平穩的工作,大幅度降低噪聲水平。眾多制造商正在應對這些挑戰,馬達市場正在被更加高效的方案替代,如直流無刷(BLDC)和永磁同步電機(PMSM)。

關于這兩種電動機的研究現狀對比大致如下︰

一、BLDC關于轉矩脈動分析

永磁電機現狀分析 

永磁無刷直流電動機與傳統有刷直流電動機相比,省去了機械換向器和電刷,其定子電流為方波,而且控制較簡單,但在低速運行時性能較差,主要是受轉矩脈動的影響。

引起轉矩脈動的因素很多, 主要有以下原因︰

(1)電流換相引起的轉矩脈動

采用重疊換相法可以抑制相電流換相引起的轉矩脈動,另外通過選擇適當的電機轉速來削弱換相轉矩脈動的影響。

(2)電樞反應引起的轉矩脈動

適當合理地增大氣隙可減弱這種原因造成的影響,設計電機時選擇瓦形或環形永磁體徑向勵磁結構,選擇磁路設計的時候,使電機盡量在空載時達到飽和,都可減弱這種影響。

(3)齒槽效應引起的轉矩脈動

常用的方法是合理地選擇極槽配合,如采用斜槽,或轉子采用斜極,另外還可適當增大氣隙,采用分數槽也有助于減少齒槽轉矩脈動,或者制造無槽電機也是一個新的方向。

(4)控制算法誤差引起的轉矩脈動

通過改進電流控制算法可以提高電流控制的精度, 以減小電流脈動從而降低轉矩脈動。但是,要實現更精確有效的電流控制方法,還需在實踐中進行更深入的探索和研究。

(5)機械加工因素引起的轉矩脈動

在實際生產加工中,制造電機所用材料的不統一、轉子偏心、繞組不對稱等都會引起轉矩脈動,選擇高質量材料,提高加工工藝水平都能有效地減弱機械加工因素造成的影響。

二、PMSM的研究現狀分析

永磁電機現狀分析 

PMSM永磁同步電動機,其定子繞組一般為三相短距分布繞組,其氣隙磁場和定子分布繞組決定了定子繞組感應電動勢為正弦波形,所用的供電電源為PWM變壓變頻電源。永磁同步電動機轉子為永久磁鋼。目前,磁鋼多用稀土永磁材料制成,如釤鈷合金(Sm-Co)釹鐵硼(Nd-Fe-B)等、高矯頑力等特點。

對比BLDCM,PMSM的轉矩脈動比較。 乃鷙囊步閑。 栽詰退僦苯憂 『系撓τ彌,PMSM的性能比BLDCM及其它交流伺服電動機優越得多。不過在發展高性能PMSM中也遇到幾個“ 瓶頸” 問題有待于作更深入的研究和探索。存在的主要問題如下︰

(1)由于存在齒槽轉矩,PMSM在低速運行時會受到轉矩脈動的影響。采用永磁材料的PMSM在使用過程中可能會出現“退磁”現象。

(2)控制器調節性能受很多方面影響,如位置速度檢測誤差,這方面可根據高精度的速度及位置檢測器件和實現無傳感器檢測的方法均可克服這種影響。

 


(3)以PMSM作為執行元件構成的永磁交流伺服系統,由于PMSM本身就是具有一定非線性、強耦合性和時變性的“ 系統”,同時其伺服對象也存在較強的不確定性和非線性,加之系統運行時易受到不同程度的干擾,因此采用先進控制策略和實現方式, 以從整體上提高系統的“ 智能化、數字化” 水平,這應是當前發展高性能PMSM的方向。

 

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