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摘 要：danfosibianpinqikeyikaihuanhuobihuanfangshiqudongjiaoliuyongcitongbudianji。kaihuanqudongyongcitongbudianjixiangduilaishuojiexianjiandan，zhuansukongzhijingdugao，xianchangguzhanglvdi，yincizaifangzhihuaxian、玻璃行業有非常廣泛的應用。本文介紹了丹佛斯FC300變頻器開環驅動交流永磁同步電機的經驗和改善開環控製精度的辦法。
關鍵詞： 永磁同步電機 開環驅動
Abstract: Danfoss Variable speed driver can drive the permanent magnetic motor via open-loop or close-loop method. It’s wiring more easily if controlled by open-loop，as well as high speed precision and lower broken ratio. So the open-loop PM motor control used in many industry applications such as chemical fiber and glass made. The thesis will discuss the Danfoss FC300 drive’s application experience in open-loop PM motor control and the methods to improve the shaft performance.
Key words: PM motor, Open-loop Control
引言：化hua纖xian行xing業ye纖xian維wei牽qian伸shen和he玻bo璃li製zhi造zao行xing業ye成cheng品pin傳chuan輸shu都dou要yao求qiu非fei常chang高gao的de轉zhuan速su控kong製zhi精jing度du，一yi般ban采cai用yong永yong磁ci同tong步bu電dian機ji驅qu動dong，並bing用yong變bian頻pin器qi作zuo開kai環huan調tiao速su驅qu動dong，丹dan佛fo斯si變bian頻pin器qi由you於yu性xing能neng穩wen定ding、kekaoxinggao，zaizhelianggexingyeyouhenjiudeyingyonglishi。weilejinyibutigaoshebeiyunxingdekekaoxinghegaishanyongcitongbudianjidisushideshuchuxingneng，womenjiuyongcitongbudianjidejibentexingjinxingfenxi，tichuleyixieyouyidebanfa。
一、永磁同步電機的結構特點：
普通的永磁同步電機機構如圖一，定子為普通的矽鋼片，導磁性能良好；轉子表麵覆蓋永磁體，轉子內部依然為導磁性能良好的鐵。轉子與定子之間的氣隙約0.2毫米，與普通異步電機相仿。
現(xian)代(dai)主(zhu)流(liu)永(yong)磁(ci)同(tong)步(bu)電(dian)機(ji)多(duo)采(cai)用(yong)稀(xi)土(tu)永(yong)磁(ci)材(cai)料(liao)做(zuo)永(yong)磁(ci)體(ti)，由(you)於(yu)稀(xi)土(tu)永(yong)磁(ci)材(cai)料(liao)具(ju)有(you)非(fei)常(chang)大(da)的(de)內(nei)稟(bing)矯(jiao)頑(wan)力(li)，其(qi)磁(ci)化(hua)特(te)性(xing)曲(qu)線(xian)接(jie)近(jin)矩(ju)形(xing)，在(zai)矯(jiao)頑(wan)點(dian)以(yi)下(xia)，磁(ci)化(hua)率(lv)幾(ji)乎(hu)與(yu)空(kong)氣(qi)相(xiang)同(tong)。因(yin)此(ci)在(zai)進(jin)行(xing)磁(ci)路(lu)分(fen)析(xi)時(shi)，稀(xi)土(tu)永(yong)磁(ci)體(ti)可(ke)以(yi)被(bei)視(shi)作(zuo)氣(qi)隙(xi)處(chu)理(li)。所(suo)以(yi)永(yong)磁(ci)同(tong)步(bu)電(dian)機(ji)的(de)內(nei)部(bu)等(deng)效(xiao)氣(qi)隙(xi)要(yao)比(bi)異(yi)步(bu)電(dian)機(ji)大(da)得(de)多(duo)。
從d軸電感Xd和q軸電感Xq的電參數的差異來分類，稀土永磁同步電機可以分為隱極同步電機和凸極同步電機兩種。
隱極永磁同步電機的主要特點為永磁體貼於均勻轉子上，通過修正永磁體的表麵形狀，確保氣隙磁勢為正弦波。磁路上d軸與q軸氣隙是相同的，因此：Xd = Xq
凸極永磁同步電機的主要特點為電機實際氣隙是均勻的，但d軸磁路氣隙等於電機氣隙加永磁體的厚度，而q軸磁路氣隙等於電機氣隙，因此通常有：Xd < Xq
二、 變頻器開環驅動永磁同步電機的注意事項：
1. 電機紋波電流的影響
由you於yu永yong磁ci同tong步bu電dian機ji的de內nei部bu等deng效xiao氣qi隙xi要yao比bi異yi步bu電dian機ji大da得de多duo，因yin此ci永yong磁ci同tong步bu電dian機ji有you比bi異yi步bu電dian機ji小xiao得de多duo的de主zhu電dian感gan和he電dian氣qi時shi間jian常chang數shu，這zhe在zai控kong製zhi上shang有you電dian流liu響xiang應ying快kuai的de好hao處chu，但dan是shi變bian頻pin器qi通tong常chang是shi被bei設she計ji為wei驅qu動dong大da電dian感gan量liang的de異yi步bu電dian機ji的de，如ru被bei用yong於yu驅qu動dong永yong磁ci同tong步bu電dian機ji，變bian頻pin器qi的de輸shu出chu電dian流liu紋wen波bo將jiang比bi驅qu動dong異yi步bu電dian機ji時shi的de電dian流liu紋wen波bo大da得de多duo。
在這種工況下，許多未經特別設計的變頻器會發生故障或令使用壽命大大縮短。丹佛斯的FC302變(bian)頻(pin)器(qi)是(shi)專(zhuan)門(men)針(zhen)對(dui)驅(qu)動(dong)永(yong)磁(ci)同(tong)步(bu)和(he)異(yi)步(bu)伺(si)服(fu)電(dian)機(ji)而(er)設(she)計(ji)的(de)一(yi)款(kuan)驅(qu)動(dong)器(qi)，變(bian)頻(pin)器(qi)設(she)計(ji)時(shi)已(yi)經(jing)對(dui)較(jiao)高(gao)的(de)載(zai)波(bo)紋(wen)波(bo)電(dian)流(liu)對(dui)變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)硬(ying)件(jian)和(he)控(kong)製(zhi)軟(ruan)件(jian)的(de)影(ying)響(xiang)有(you)所(suo)考(kao)慮(lv)；同時還令變頻器輸出PWM方波的電壓突變率受到特殊限製。經過工廠內部的充分測試和大量用戶現場長時間的實際應用考驗，證明了FC302驅動器驅動永磁同步電機的長期可靠性。
2. 變頻器的電機控製模式
變頻器開環控製時一般有 VVCplus控製、無轉速反饋磁通矢量控製和V/F控製（標量控製）等幾種控製模式，其中VVC plus控製和無轉速反饋磁通矢量控製都是針對異步電機的控製模式，不能用在同步電機控製上，因此隻能使用V/F控製。
丹佛斯FC302驅動器的V/F控製模式，允許用戶自定義6點（頻率，電壓）點，應用上有較大靈活性，特別適用於永磁同步電機開環控製。
xuanzeyongcitongbudianjideshipeiqudongqigonglvshi，zhuyaokanyongcitongbudianjideqidongdianliu，cidianliuyibanjiaoedingdianliugao，qudongqideedingdianliuyinggaidayuhuodengyuyongcitongbudianjideqidongdianliu。yongcitongbudianjiguozaishikenengchansheng10倍額定電流以上的失步電流，遠遠超過異步電機5-7beideduzhuandianliu，erqiekaihuankongzhishi，qudongqiwufazuoyouxiaodezhuanjuxianzhibaohu，yincibixuyouyonghuzijifuzebaozhengfuzaibuhuiguozai，zaibuyunxutiaozhadechanghequdongqigonglvxuanxingyaoyouzugoudadeyuliang；通tong用yong變bian頻pin器qi的de開kai環huan自zi動dong轉zhuan矩ju限xian製zhi和he過guo壓ya限xian製zhi功gong能neng都dou是shi針zhen對dui異yi步bu電dian機ji的de，很hen不bu適shi應ying於yu永yong磁ci同tong步bu電dian機ji，在zai開kai環huan驅qu動dong永yong磁ci同tong步bu電dian機ji時shi要yao求qiu將jiang這zhe些xie智zhi能neng保bao護hu功gong能neng全quan部bu關guan閉bi。
三、 永磁同步電動機的運行特性：
忽略定子電阻和漏抗以後，可以得到永磁同步電機簡化的矢量圖如圖六。
其中：
0為轉子永磁體產生的感應電勢，角度與轉子位置保持嚴格一致。
E 0 =  W・K W・Ф 0・ω [ 1 ]
W，繞組匝數；
KW，繞組係數；
Ф0，永磁體產生的磁通。
θ， 為外加空間電壓矢量與永磁轉子之間的夾角。
永磁同步電機的功角特性：
◆ 功角特性指的是電磁功率PM隨功角θ變化的關係曲線 PM = f (θ) 。
◆ 隱極永磁同步電機的功角特性
 [ 2 ]
m，相數
將公式[1]帶入E0，可得
 [ 3 ]
TM ∝ U・sinθ [ 4 ]
 [ 5 ]
空載時，θ為0，即空間電壓矢量與轉子角度一致；空間電壓矢量角度超前轉子90°時，永磁同步電動機的輸出轉矩達到最大值。負載轉矩在任何時候都不能超過TMmax，否則會造成失步。
◆ 隱極永磁同步電機的功角特性
 [ 6 ]
由於凸極反應轉矩的影響，隱極永磁同步電機的功角特性變差。
四、開環驅動永磁同步電機時，提高輸出性能的辦法：
1. 由於凸極永磁同步電機的攻角特性比隱極永磁同步電機的要差，所以對於性能要求較高的應用推薦使用隱極永磁同步電機。
2. 對於隱極永磁同步電機，根據公式[4]，TM ∝ U・sinθ，可(ke)知(zhi)隱(yin)極(ji)永(yong)磁(ci)同(tong)步(bu)電(dian)機(ji)的(de)負(fu)載(zai)能(neng)力(li)與(yu)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)成(cheng)正(zheng)比(bi)，因(yin)此(ci)提(ti)高(gao)變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)開(kai)環(huan)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)，能(neng)夠(gou)提(ti)高(gao)永(yong)磁(ci)同(tong)步(bu)電(dian)機(ji)的(de)負(fu)載(zai)能(neng)力(li)，防(fang)止(zhi)失(shi)步(bu)。不(bu)過(guo)變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)開(kai)環(huan)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)如(ru)果(guo)提(ti)得(de)太(tai)高(gao)，會(hui)使(shi)輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)降(jiang)低(di)，甚(shen)至(zhi)導(dao)致(zhi)勵(li)磁(ci)電(dian)流(liu)過(guo)流(liu)，這(zhe)就(jiu)要(yao)求(qiu)根(gen)據(ju)現(xian)場(chang)實(shi)際(ji)負(fu)載(zai)情(qing)況(kuang)進(jin)行(xing)調(tiao)試(shi)。
3. 開環控製時，轉矩波動引起的轉速波動。
從公式[5]可得到比整步轉矩：
 ∝ U・cosθ [ 7 ]
因此可知，U較大時，永磁同步電機的機械特性也較硬，同樣的轉矩波動引起的角度（轉速）波動就比較小。
4. V/F特性曲線的調整辦法。
低頻時，提高起動電壓，主要考慮對定子和導線的電阻和漏感的電壓補償；
中低頻時，還有考慮人為增持以提高同步電機的開環運行性能；
高頻時，由於負責慣性的平抑作用，調整就比較簡單了，隻要設置50Hz對應380V就可以了。
參考文獻
[1] FC300 Design Guide. MG.33.BB.02. Danfoss公司
[2] 現代永磁電機理論與設計. 唐任遠. 機械工業出版社
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