永磁同步电机的控制

一：永磁同步电机的控制策略

1 引言近年来，随着电力电子技术、微电子技术、新型电机控制理论和稀土永磁材料的快速发展，永磁同步电动机得以迅速的推广应用。与传统的电励磁同步电机相比，永磁同步电机,特别是稀土永磁同步电机具有损耗少、效率高、节电效果明显的优点。永磁同步电动机以永磁体提供励磁，使电动机结构较为简单，降低了加工和装配费用，且省去了容易出问题的集电环和电刷，提高了电动机运行的可靠性；又因无需励磁电流，没有励磁损耗，提高了电动机的效率和功率密度，因而它是近几年研究较多并在各个领域中应用越来越广泛的一种电动机。在节约能源和环境保护日益受到重视的今天，对其研究就显得非常必要。因此。这里对永磁同步电机的控制策略进行综述，并介绍了永磁同步电动机控制系统的各种控制策略发展方向。 2 永磁同步电动机的数学模型当永磁同步电动机的定子通入三相交流电时，三相电流在定子绕组的电阻上产生电压降。由三相交流电产生的旋转电枢磁动势及建立的电枢磁场，一方面切割定子绕组，并在定子绕组中产生感应电动势；另一方面以电磁力拖动转子以同步转速旋转。电枢电流还会产生仅与定子绕组相交链的定子绕组漏磁通，并在定子绕组中产生感应漏电动势。此外，转子永磁体产生的磁场也以同步转速切割定子绕组。从而产生空载电动势。为了便于分析，在建立数学模型时，假设以下参数：①忽略电动机的铁心饱和；②不计电机中的涡流和磁滞损耗；③定子和转子磁动势所产生的磁场沿定子内圆按正弦分布，即忽略磁场中所有的空间谐波；④各相绕组对称，即各相绕组的匝数与电阻相同，各相轴线相互位移同样的电角度。在分析同步电动机的数学模型时，常采用两相同步旋转(d，q)坐标系和两相静止(α，β)坐标系。图1给出永磁同步电动机在(d，q)旋转坐标系下的数学模型。(1)定子电压方程为：式中：r为定子绕组电阻；p为微分算子，p=d/dt；id，iq为定子电流；ud，uq为定子电压；ψd，ψq分别为磁链在d，q轴上的分量；ωf为转子角速度(ω=ωfnp)；np为电动机极对数。(2)定子磁链方程为：式中：ψf为转子磁链。(3)电磁转矩为：式中：J为电机的转动惯量。若电动机为隐极电动机，则Ld=Lq，选取id，iq及电动机机械角速度ω为状态变量，由此可得永磁同步电动机的状态方程式为：由式(7)可见，三相永磁同步电动机是一个多变量系统，而且id，iq，ω之间存在非线性耦合关系，要想实现对三相永磁同步电机的高性能控制，是一个颇具挑战性的课题。3 永磁同步电动机的控制策略任何电动机的电磁转矩都是由主磁场和电枢磁场相互作用产生的。直流电动机的主磁场和电枢磁场在空间互差90°，因此可以独立调节；交流电机的主磁场和电枢磁场互不垂直，互相影响。因此，长期以来，交流电动机的转矩控制性能较差。经过长期研究，目前的交流电机控制有恒压频比控制、矢量控制、直接转矩控制等方案。3．1 恒压频比控制恒压频比控制是一种开环控制。它根据系统的给定，利用空间矢量脉宽调制转化为期望的输出电压uout进行控制，使电动机以一定的转速运转。在一些动态性能要求不高的场所，由于开环变压变频控制方式简单，至今仍普遍用于一般的调速系统中，但因其依据电动机的稳态模型，无法获得理想的动态控制性能，因此必须依据电动机的动态数学模型。永磁同步电动机的动态数学模型为非线性、多变量，它含有ω与id或iq的乘积项，因此要得到精确的动态控制性能，必须对ω和id，iq解耦。近年来，研究各种非线性控制器用于解决永磁同步电动机的非线性特性。3．2 矢量控制高性能的交流调速系统需要现代控制理论的支持，对于交流电动机，目前使用最广泛的当属矢量控制方......余下全文>>

二：永磁同步电机的调速控制方式有几种

同步发电机为了实现能量的转换，需要有一个直流磁场。而产生这个磁场的直流电流，称为发电机的励磁电流。

根据励磁电流的供给方式，凡是从其它电源获得励磁电流的发电机，称为他励发电机，从发电机本身获得励磁电源的，则称为自励发电机。

三：永磁同步电机的工作原理

同步发电机为了实现能量的转换，需要有一个直流磁场而产生这个磁场的直流电流，称为发电机的励磁电流。根据励磁电流的供给方式，凡是从其它电源获得励磁电流的发电机，称为他励发电机，从发电机本身获得励磁电源的，则称为自励发电机。

一、发电机获得励磁电流的几种方式

1、直流发电机供电的励磁方式：这种励磁方式的发电机具有专用的直流发电机，这种专用的直流发电机称为直流励磁机，励磁机一般与发电机同轴，发电机的励磁绕组通过装在大轴上的滑环及固定电刷从励磁机获得直流电流。这种励磁方式具有励磁电流独立，工作比较可靠和减少自用电消耗量等优点，是过去几十年间发电机主要励磁方式，具有较成熟的运行经验。缺点是励磁调节速度较慢，维护工作量大，故在10MW以上的机组中很少采用。

2、交流励磁机供电的励磁方式，现代大容量发电机有的采用交流励磁机提供励磁电流。交流励磁机也装在发电机大轴上，它输出的交流电流经整流后供给发电机转子励磁，此时，发电机的励磁方式属他励磁方式，又由于采用静止的整流装置，故又称为他励静止励磁，交流副励磁机提供励磁电流。交流副励磁机可以是永磁机或是具有自励恒压装置的交流发电机。为了提高励磁调节速度，交流励磁机通常采用100——200HZ的中频发电机，而交流副励磁机则采用400——500HZ的中频发电机。这种发电机的直流励磁绕组和三相交流绕组都绕在定子槽内，转子只有齿与槽而没有绕组，像个齿轮，因此，它没有电刷，滑环等转动接触部件，具有工作可靠，结构简单，制造工艺方便等优点。缺点是噪音较大，交流电势的谐波分量也较大。

3、无励磁机的励磁方式：

在励磁方式中不设置专门的励磁机，而从发电机本身取得励磁电源，经整流后再供给发电机本身励磁，称自励式静止励磁。自励式静止励磁可分为自并励和自复励两种方式。自并励方式它通过接在发电机出口的整流变压器取得励磁电流，经整流后供给发电机励磁，这种

励磁方式具有结简单，设备少，投资省和维护工作量少等优点。自复励磁方式除没有整流变压外，还设有串联在发电机定子回路的大功率电流互感器。这种互感器的作用是在发生短路时，给发电机提供较大的励磁电流，以弥补整流变压器输出的不足。这种励磁方式具有两种励磁电源，通过整流变压器获得的电压电源和通过串联变压器获得的电流源。

二、发电机与励磁电流的有关特性

1、电压的调节

自动调节励磁系统可以看成为一个以电压为被调量的负反馈控制系统。无功负荷电流是造成发电机端电压下降的主要原因，当励磁电流不变时，发电机的端电压将随无功电流的增大而降低。但是为了满足用户对电能质量的要求，发电机的端电压应基本保持不变，实现这一要求的办法是随无功电流的变化调节发电机的励磁电流。

2、无功功率的调节：

发电机与系统并联运行时，可以认为是与无限大容量电源的母线运行，要改变发电机励磁电流，感应电势和定子电流也跟着变化，此时发电机的无功电流也跟着变化。当发电机与无限大容量系统并联运行时，为了改变发电机的无功功率，必须调节发电机的励磁电流。此时改变的发电机励磁电流并不是通常所说的“调压”，而是只是改变了送入系统的无功功率。

3、无功负荷的分配：

并联运行的发电机根据各自的额定容量，按比例进行无功电流的分配。大容量发电机应负担较多无功负荷，而容量较小的则负提供较少的无功负荷。为了实现无功负荷能自动分配，可以通过自动高压调节的励磁装置，改变发电机励磁电流维持其端电压不变，还可对发电机电压调节特性的倾斜度进行调整，以实现并联运行发电机无功负荷的合理分配。

三、自动调节励磁电流的方法

在改变发电机的励磁电流中，一般不直接在其......余下全文>>

四：永磁电机和永磁同步电机的区别

广义上讲永磁电机是指使用了永磁体的电机，这类电机不需要励磁，大致可分为：永磁直流电机（有换向器），无刷直流电机（直流电机特性，电子换向），永磁同步电机（交流电机特性）等。

永磁同步电机只是永磁电机的一个分类而已。

另外电机的分类可从多个角度分析，如果从原理上看大致分三类：电压控制（直接转矩控制），例如有刷直流电机及无刷直流电机；频率控制（直接转速控制），例如感应电机以及同步电机等；磁场频率控制（利用对齐原则），例如步进电机。

五：永磁同步电机和伺服电机如何区别

伺服电机有交流伺服和直流伺服之分，其中交流伺服又有同步和异步之分。同步交流伺服电动机其实就是永磁同步电机的一种。所谓永磁同步电机就是转子上不是线圈或感应材料，而是永磁体。

六：永磁同步电机控制软件

目前发布的最新的就是ANXR7300，没有更新的了。

“系统软件在无传感的情况下带载能力不如标准软件好”这句话是什么意思？

七：如何防止永磁同步电机失磁

电机的去磁现象：

1.永磁体失磁引起的转矩脉动、齿槽效应转矩和电流测量等硬件误差引起的转 矩脉动。其中，磁密非正弦分布引起的转矩脉动较大，永磁体失磁导致磁密波形变化，包括幅值变化、幅值和位置变化以及非正弦畸变三种。其中，非正弦畸变最为复杂。

2. 会使电机性能出现很明显的下降，电流增大再有出力不足，甚至严重的话会导致电机不能驱动负载以致烧坏电机。

原因分析：

电磁控制原因 致使永磁体失磁的电磁方面的因素包括两个方面：第一是失磁可能是高温或者去磁磁场一个因素所引起的，也可能是高温和去磁磁场两个因素同时的作用而导致。而高温跟去磁磁场的同时作用导致失磁的概率较高。第二是电机合成磁场谐波能够在永磁体外部产生涡流，很可能会使永磁体的本来的高温升的更高。再有加入控制系统还不稳定，在高速度运转时可能会产生过大的去磁电流(Id)，这时就有可能造成永磁体的失磁现象。

永磁体材料原因 永磁体的检测数据方面显示样机的永磁体是很正常，但在永磁体的检测方面，现在的永磁体厂家所使用的检测方法普遍存在下列的问题，从而使得检测条件不能及时的地反映出实际的运用用情况： 一方面，对永磁体的检测不是实际使用时电机运用交流去磁法，而采用的是直流去磁的方式，两种方式的去磁效果很明显是不一样的； 另一方面，永磁体检测的试样方法也不能反映实际情况，试验时一般使用的是十乘十的圆柱体，而实际使用的是面积比较大的矩形。稀土永磁电机在外界各方面都得到了广泛应用，这主要归功于它的功率密度，控制性能及转矩质量比等方面都表现出了很好的优势。 虽然稀土永磁电机的优势很多，但仍有其劣势，具体表现在失磁和磁场的波动上：因为钕铁硼永磁的内部材料的温度都相对偏低，在温度方面的稳定性则不够理想，不可逆性的损失以及温度系数均相对较高，以致使在高温运行时磁损就严重，并且在电机启动或者刹车以及故障的状况下电流都会激增，将会引起不可逆性的失磁。因以上这些原因，导致永磁电机在实际的应用当中并不理想。

永磁体的自然失效 在常规的环境中，在永磁电机充磁后，长期运行即使忽略外界环境和其他外界条件的影响，永磁体的磁性也会随着时间的变化而改变，开路磁通随着时间而损失的百分比叫时间稳定性，也称为自然失效。自然失效跟永磁体的尺寸及使用的材料的内禀矫顽力有关。研究资料显示永磁材料随着时间的磁通损失与所经历的时问对数基本成线性关系。

检测方法:

电机失磁与否，可以用磁通表检测电机的气隙磁场。

另外，也可以通过空载反电动势来判定电机的失磁状况，其方法为：电机在额定电压，额定频率下空载运行达到稳定，调节电机的电压，使其电流最小，此时的外加电压可近似为空载反电动势，测出三个出线端的外加电压，取其平均值即为空载反电动势。 磁链观测法 磁链观测法现阶段在线检测的线性估计算法是卡尔曼滤波器，卡尔曼滤波器是 一种由卡尔曼(Kalman)提出的用于时变线性系统的递归滤波器，其主要目的是将卡尔曼滤波器运用到永磁体磁链的在线状态估计中。选取定子电流作为输出向量，定子电压与电感的商作为输入向量，永磁体磁链和定子电流作为状态向量，永磁同步电机系统就可以描述成一个四阶系统。因状态变量中含有永磁体磁链，则可通过实对现状态的估计来达到对永磁体磁链的检测。

解决方案：

电流补偿 上述方法检测到永磁失磁时，交直轴磁链出现周期性波动，要使输出转矩达到稳定， iq需要瞬时做出响应，此时仅仅靠电流环的调节是远远不够。为了获得很好的控制性能，采 用电流前馈补偿的方式，以便实时响应磁链的变化，减少转矩脉动。

处理器动态监测的永......余下全文>>

八：永磁同步电机能用变频器吗

可以的

九：永磁同步电动机与步进电动机的区别

步进电机运动是靠外加脉冲信号运行，转速与脉冲频率有关；永磁同步电机分好多种，如果是永磁无刷直流电机，它的运动是靠传感器检测转子位置来控制主电路三相桥六个功率管的导通来实现的，伺服电机不是指某一种电机，而是指的用作机电系统里作为伺服执行单元用的电机，一般用直流电机，当然现在也有交流电机，就说这么多了，具体的自己找书看吧。你是学电气的吗？？

十：为什么永磁同步电机能实现弱磁控制

因为可以通过控制定子电流来抵消转子永磁体产生的磁场，称之为弱磁控制，从而降低永磁体产生的反电动势，用于提高电机转速。