丹佛斯變頻器開環(huán)驅(qū)動(dòng)永磁同步電機(jī)

引言
 化纖行業(yè)纖維牽伸和玻璃制造行業(yè)成品傳輸都要求非常高的轉(zhuǎn)速控制精度，一般采用永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并用變頻器作開環(huán)調(diào)速驅(qū)動(dòng)，丹佛斯變頻器由于性能穩(wěn)定、可靠性高，在這兩個(gè)行業(yè)有很久的應(yīng)用歷史。為了進(jìn)一步提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性和改善永磁同步電機(jī)低速時(shí)的輸出性能，我們就永磁同步電機(jī)的基本特性進(jìn)行分析，提出了一些有益的辦法。
一、永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：
　　普通的永磁同步電機(jī)機(jī)構(gòu)如圖一，定子為普通的硅鋼片，導(dǎo)磁性能良好；轉(zhuǎn)子表面覆蓋永磁體，轉(zhuǎn)子內(nèi)部依然為導(dǎo)磁性能良好的鐵。轉(zhuǎn)子與定子之間的氣隙約0.2毫米，與普通異步電機(jī)相仿。

　　圖1，永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)

　　現(xiàn)代主流永磁同步電機(jī)多采用稀土永磁材料做永磁體，由于稀土永磁材料具有非常大的內(nèi)稟矯頑力，其磁化特性曲線接近矩形，在矯頑點(diǎn)以下，磁化率幾乎與空氣相同。因此在進(jìn)行磁路分析時(shí)，稀土永磁體可以被視作氣隙處理。所以永磁同步電機(jī)的內(nèi)部等效氣隙要比異步電機(jī)大得多。
　　從d軸電感Xd和q軸電感Xq的電參數(shù)的差異來分類，稀土永磁同步電機(jī)可以分為隱極同步電機(jī)和凸極同步電機(jī)兩種。

　　隱極永磁同步電機(jī)的主要特點(diǎn)為永磁體貼于均勻轉(zhuǎn)子上，通過修正永磁體的表面形狀，確保氣隙磁勢(shì)為正弦波。磁路上d軸與q軸氣隙是相同的，因此：Xd = Xq
　　凸極永磁同步電機(jī)的主要特點(diǎn)為電機(jī)實(shí)際氣隙是均勻的，但d軸磁路氣隙等于電機(jī)氣隙加永磁體的厚度，而q軸磁路氣隙等于電機(jī)氣隙，因此通常有：Xd 《 Xq
二、 變頻器開環(huán)驅(qū)動(dòng)永磁同步電機(jī)的注意事項(xiàng)：
　　1. 電機(jī)紋波電流的影響
　　由于永磁同步電機(jī)的內(nèi)部等效氣隙要比異步電機(jī)大得多，因此永磁同步電機(jī)有比異步電機(jī)小得多的主電感和電氣時(shí)間常數(shù)，這在控制上有電流響應(yīng)快的好處，但是變頻器通常是被設(shè)計(jì)為驅(qū)動(dòng)大電感量的異步電機(jī)的，如被用于驅(qū)動(dòng)永磁同步電機(jī)，變頻器的輸出電流紋波將比驅(qū)動(dòng)異步電機(jī)時(shí)的電流紋波大得多。

　　在這種工況下，許多未經(jīng)特別設(shè)計(jì)的變頻器會(huì)發(fā)生故障或令使用壽命大大縮短。丹佛斯的FC302變頻器是專門針對(duì)驅(qū)動(dòng)永磁同步和異步伺服電機(jī)而設(shè)計(jì)的一款驅(qū)動(dòng)器，變頻器設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)對(duì)較高的載波紋波電流對(duì)變頻器的硬件和控制軟件的影響有所考慮；同時(shí)還令變頻器輸出PWM方波的電壓突變率受到特殊限制。經(jīng)過工廠內(nèi)部的充分測(cè)試和大量用戶現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)際應(yīng)用考驗(yàn)，證明了FC302驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)永磁同步電機(jī)的長(zhǎng)期可靠性。
　　2. 變頻器的電機(jī)控制模式
　　變頻器開環(huán)控制時(shí)一般有VVCplus控制、無轉(zhuǎn)速反饋磁通矢量控制和V/F控制（標(biāo)量控制）等幾種控制模式，其中VVCplus控制和無轉(zhuǎn)速反饋磁通矢量控制都是針對(duì)異步電機(jī)的控制模式，不能用在同步電機(jī)控制上，因此只能使用V/F控制。
　　丹佛斯FC302驅(qū)動(dòng)器的V/F控制模式，允許用戶自定義6點(diǎn)（頻率，電壓）點(diǎn)，應(yīng)用上有較大靈活性，特別適用于永磁同步電機(jī)開環(huán)控制。