正弦波永磁同步電機靜態(tài)電流概述

黃 明

（煙臺寶鋼鋼管有限責任公司，山東煙臺 265503）

1 引言

正弦波永磁同步電機具有定子三相分布繞組和永磁轉子，工業(yè)應用中一般稱之為交流伺服電機，本文簡稱伺服電機。所謂靜態(tài)電流就是指已經加載使能的伺服電機，在沒有啟動命令情況下，流經電機定子繞組的電流。

伺服電機靜態(tài)電流重要性不言而喻，然而教材中僅有對伺服電機定子和轉子電流模型的描述，沒有伺服電機靜態(tài)電流的詳細描述和計算方法，也就無法計算出靜態(tài)電流的正常范圍。

2 理論分析

如圖1所示為控制原理圖。伺服電機轉子上安裝有高精度編碼器，能精確檢測出磁極位置和轉子相對于定子的精確位置，用以控制伺服驅動器電流的頻率和相位，從而使定子和轉子磁動勢保持確定的相位關系，進而產生恒定的轉矩圖［1］。

伺服電機在 dq 坐標系中磁鏈方程為［1，4］：

為了達到負載扭矩僅與定子電流幅值大小相關的控制目的，需要精確檢測轉子d軸與定子繞組A軸之間的夾角，同時確保伺服驅動器三相定子的合成電流矢量位于q軸上（領先于d軸90°），如圖2所示，且，并有

圖1 控制原理圖

圖2 恒轉矩調速

令 id＝0、is＝iq，Lsd＝0，聯(lián)立方程式（1）～（5），可得永磁同步電動機在dq坐標系轉矩方程為：

式中：ψr為永磁轉子磁通量，np為定子極對數(shù)，is為dq坐標系中定子電流，σ為電機功角。

根據(jù)“扭矩＝轉矩×力臂”可知

實際工業(yè)生產中，對伺服電機電流影響最大的為轉子承受力，為了分析方便，這里忽略力臂影響，則由公式（9）可以得出：

通過查看伺服電機說明書，一般可以查到正常狀態(tài)下伺服電機相關參數(shù)：靜態(tài)扭矩（M0）、靜態(tài)電流（I0）、最大扭矩（Mmax）、峰值電流（Ipeak），故由公式（10）可知伺服電機空載時，靜態(tài)電流為：

則最大靜態(tài)電流占峰值電流的百分比為：

η0為靜止扭矩減小系數(shù)。

因此很容易得靜態(tài)電流百分比范圍為：

由式（6）可知，永磁同步電機轉子磁通量恒定，隨著負載的增加，電流is直線上升，導致電機總磁通量上升，嚴重時，電機實際實時扭矩或實時電流超過M0和 I0，造成 ψs≥ψr，這時由可以推斷出φ大于90°，這樣永磁同步電機進入弱磁狀態(tài)，同時-ψr方向還產生一個電流，該電流將造成永磁磁通量的下降，嚴重時甚至造成永磁體永磁去磁。進入弱磁狀態(tài)的伺服電機很快將進入停止狀態(tài)，并引發(fā)伺服驅動報警，報警代碼一般為300608故障。

3 案例計算

某車床Z軸采用 840D、611D與 1FK7080-5AF71-1AA0電機驅動，其伺服系統(tǒng)參數(shù)如下：

根據(jù)公式（12）可推算出：

由于該電機轉子識別時驅動參數(shù)MD1020（電機識別轉子旋轉角度）10°，也即

聯(lián)立公式（14）和（15），可知 0.023≤η≤0.13。

通過現(xiàn)場查閱機床軸MD1708參數(shù)，MD1708為0.038，該值與理論值相差不大，基本上可以證明該軸處于正常工作狀態(tài)。如果時間監(jiān)控該值，發(fā)現(xiàn)其超出理論值過多，則證明該軸存在故障隱患，應及時安排相關檢修。

4 結束語

通過正弦波交流永磁同步電機理論分析和理論計算，并結合生產維修實踐經驗，提出一種伺服電機靜態(tài)電流計算方法?；谶@種算法，可以很好地分析數(shù)控機床故障現(xiàn)象，并及時發(fā)現(xiàn)機床進給軸過載隱患，為機床狀態(tài)維護提供理論依據(jù)。

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