在现代运动控制系统中,永磁交流电动机的出现为之提供了一种拥有许多优点并且适用范围较广的装置。相比于以前需要外部励磁来产生气隙磁通,现在电机采用永久磁铁,由此设计出的永磁同步电机,具有极好的效率特性。另外,合理使用永久磁铁能够降低损耗,使电机获得较高的功率密度。对于那些需要响应速度快的加速器和伺服系统来说,这些优点有着非常巨大的优势。84121
永磁同步电机传动控制是结合了两种不同的电动机才出现的。第一种是可直接起动的带有转子鼠笼绕组的永磁电动机。这种混合式永磁同步电机的出现追溯于50年代,当时很多大型的工业生产设备(如纺织生产线),是以多台电动机以同样的额定转速运行。为了达到这个要求,混合式永磁同步电机应运而生。在70年代经过设计改进,采用了铁氧体和稀土材料,产生了直接起动型永磁同步电机,该电机效率更高,但由于其成本过高而未能广泛使用。
第二种是永磁直流伺服电动机。逐渐取代传统的带励磁绕组的直流电动机,这种直流电动机在1970年左右已经在需要高性能机床的伺服系统投入使用。而此时,高强度稀土的永久磁铁已获得有效使用。
结合这两种电动机,产生了无转子鼠笼式永磁同步电机,该电机与调频逆变器相结合,实现了高性能的运动控制。从70年代末以来,随着电力电子技术、微电子技术、传感技术、永磁技术和控制理论的快速发展,永磁交流伺服系统的研究和应用取得了举世瞩目的发展[7]。该系统拥有了调速范围较宽、稳态精度较高、动态响应较快以及能够四象限运行等良好性能,另外其动、静态性能已经可以和直流伺服系统相媲美。交流伺服系统也促进了相关产业的快速发展。
电机是生活和生产设备中最常见的设备之一,在我国,中小型电机就有300多个系列,1500多个种类,占总用电量的70%左右。电动机可以分为交流电动机和直流电动机。交流电动机的诞生已有一百多年的历史,又可分为同步电动机和感应(异步)电动机两大类。论文网
在18世纪70年代发明出了直流电动机,由于直流伺服电动机调速性能、控制难度等方面的性能明显优于交流伺服电动机,相关研究也领先于交流伺服电动机,所以直流伺服控制系统的使用范围远大于交流伺服系统。
直流有刷电动机普遍使用机械换向器,这种换向器质量和体积较大、结构复杂、成本高、不能获得快速响应、使用寿命短、可靠性低、转动惯量大、对现场环境适应能力差,会对其它设备产生干扰。在对性能、精度要求较高的伺服驱动控制系统中,这些问题使得直流伺服控制无法得到广泛应用。所以,研究人员致力于用交流控制替代直流控制。
2 永磁同步电机发展趋势
永磁同步电机调速系统正在向着全数字化、无传感器化、智能化、网络化的方向发展[8]。调速控制系统的全数字化除了包含核心控制器的数字化,还指的是控制系统接口与测量单元的数字化,是永磁同步电机调速系统发展的必然趋势。取代传统的模拟器件,全数字化是使用数字器件,不仅能够提高系统的控制精度,加快了响应速度,还可以简化系统电路,提高整个控制系统的控制性能。在电机调速控制系统中,如果装有传感器,那就可以获得准确的转子位置信息以及电机的转速信息,但是这种装置会使电机的体积增大、结构更复杂、 成本增加、系统抗干扰能力差。因此,无传感器控制技术将会在永磁同步电机调速系统中越来越受到重视,成为发展趋势。通过对永磁同步电机建模,无传感器技术能够利用电机的电气特性来估计转子的位置和电机转速来取代装有传感器的装置,减小体积和质量,简化电机的结构,降低成本。 永磁同步电机研究现状和发展趋势:http://www.youerw.com/yanjiu/lunwen_99611.html