永磁同步發(fā)電機(jī)無速度傳感器控制

胡海濤 馬超

摘要：在實(shí)際應(yīng)用中，由于采用了無轉(zhuǎn)速傳感器的永磁同步電動(dòng)機(jī)，其具有較高的控制競速、簡單易用、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，近年來已逐漸受到業(yè)界的重視。在這種永磁同步電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)中，采用了在電機(jī)定子側(cè)電流和端電壓轉(zhuǎn)子處取代傳統(tǒng)的機(jī)械式位置傳感器，從而保證了電機(jī)的安全和穩(wěn)定的工作。在此基礎(chǔ)上，對(duì)無傳感器的永磁同步電機(jī)的控制策略進(jìn)行了簡要的分析。

關(guān)鍵詞：無速度傳感器;同步電機(jī);系統(tǒng)控制

1、分析永磁同步電機(jī)實(shí)際工作原理

無傳感器永磁同步電機(jī)是在不裝有光電傳感器的條件下，由電機(jī)繞組傳輸信號(hào)，通過對(duì)電機(jī)線圈的數(shù)據(jù)進(jìn)行測量，并對(duì)其進(jìn)行計(jì)算和分析，以了解電機(jī)的速度和位置，可以方便地對(duì)定子進(jìn)行測量，通過各種參數(shù)和相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，對(duì)整個(gè)電機(jī)的位置和轉(zhuǎn)速進(jìn)行了有效的測量。

2永磁發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)介紹

2.1高速永磁發(fā)電機(jī)定子結(jié)構(gòu)

高速永磁發(fā)電機(jī)是由定子、轉(zhuǎn)子和氣隙三部分構(gòu)成的。定子繞組包括定子繞組、定子鐵芯和底座，定子繞組一般都是以圓銅線纏繞，一般采用兩層短距或星型聯(lián)接，以減弱輸出電壓的諧波。定子線圈一般都是用0.5 mm厚的硅鋼片堆疊而成，以減少電機(jī)的損失，定子線圈一般都是用銅絲做成，為了減少諧波，在定子鐵芯上開有一條均勻的凹槽，以減少諧波和齒槽的扭矩。

2.2高速永磁發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

根據(jù)安裝位置的不同，永磁材料的結(jié)構(gòu)可劃分為表面型和內(nèi)置型兩種。由于其結(jié)構(gòu)簡單、制作方便，所以在永磁同步電機(jī)和永磁同步發(fā)電機(jī)中得到了廣泛的應(yīng)用。由于兩種永磁材料的相對(duì)恢復(fù)磁導(dǎo)率在1左右，所以可以把它們看作是與空氣相當(dāng)?shù)模运鼈兊拇怪狈较蚝痛怪狈较虻拇抛枋谴笾孪嗟鹊?，也就是隱極型。采用面內(nèi)嵌結(jié)構(gòu)，在兩個(gè)永久磁極之間有一個(gè)磁芯，其直線磁阻比交軸磁阻大，即為凸極型。

3、分析永磁同步電機(jī)控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

DSP數(shù)字信號(hào)處理器是一種新型的永磁同步電動(dòng)機(jī)，它可以把數(shù)字信號(hào)、系統(tǒng)控制和相關(guān)的信息技術(shù)結(jié)合起來，從而提高系統(tǒng)的控制能力。無傳感器永磁同步電動(dòng)機(jī)很久以前就被發(fā)明并投入到了生產(chǎn)中，但是它剛開始使用時(shí)，人們只知道它的靜態(tài)方程式，把它的調(diào)速比維持在10：1，這樣就可以實(shí)現(xiàn)無傳感器的永磁同步電動(dòng)機(jī)，但是這種電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)是不動(dòng)態(tài)的，所以精度不高，在使用中會(huì)有誤差;后來，創(chuàng)業(yè)電機(jī)研究人員利用轉(zhuǎn)子齒諧波檢測電機(jī)轉(zhuǎn)速，受檢測技術(shù)等因素影響此類檢測方法轉(zhuǎn)速準(zhǔn)確范圍比較小，轉(zhuǎn)子速度在300 r/min時(shí)才能獲得精確的測量數(shù)據(jù)。目前國內(nèi)外學(xué)者對(duì)卡爾曼濾波器的永磁電動(dòng)機(jī)進(jìn)行了大量的研究，并對(duì)其進(jìn)行了全面的測試，但是由于電動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)參數(shù)會(huì)對(duì)狀態(tài)觀測器造成一定的影響，需要對(duì)多個(gè)狀態(tài)觀測儀進(jìn)行全面的分析，使其結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，在使用中也會(huì)產(chǎn)生各種各樣的問題。在國內(nèi)，對(duì)無傳感器的永磁同步電機(jī)進(jìn)行了大量的試驗(yàn)，其中包括：一種是無速度傳感器的異步電動(dòng)機(jī)的變速控制，另一種是異步電動(dòng)機(jī)的無傳感器變頻器控制，以及一種無速度傳感器的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。雖然永磁永磁同步電動(dòng)機(jī)隨著時(shí)代的發(fā)展而不斷提高，但仍有許多問題有待于改進(jìn)和改進(jìn)。

4、分析無傳感器永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)策略

4.1基于定子端電壓與電流計(jì)算?和w

電動(dòng)機(jī)的定子端電壓和電流，主要是根據(jù)磁場原理來計(jì)算的，首先要保證電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定性，其次是定子和轉(zhuǎn)子的磁鏈之間的夾角。定子電壓和電流的直接計(jì)算控制方式具有一定的規(guī)律，但是對(duì)電機(jī)的各個(gè)參數(shù)都有較高的精度要求，所以在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)具體的電機(jī)數(shù)據(jù)和有關(guān)的信息來選擇合適的控制方式。

4.2模型參考自適應(yīng)控制方法

在無傳感器永磁同步電動(dòng)機(jī)的控制中，采用了模型參照自適應(yīng)法，其原理是先對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行定位，然后通過電動(dòng)機(jī)的模型來求出電動(dòng)機(jī)的預(yù)設(shè)位置電壓和電流，然后再根據(jù)該值來求出電流和電壓之間的差值。在此過程中，應(yīng)注意電壓和電流的差值與預(yù)置轉(zhuǎn)子的位置和實(shí)際轉(zhuǎn)子角的差值是一致的。

4.3通過觀測器估計(jì)控制電機(jī)系統(tǒng)

在無速度傳感器的永磁同步電動(dòng)機(jī)中，通過觀察器來確定電動(dòng)機(jī)的速度和位置，它的工作原理是對(duì)現(xiàn)有的系統(tǒng)進(jìn)行重構(gòu)，通過對(duì)原始系統(tǒng)的測量和分析，將原始數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)輸入到原始數(shù)據(jù)中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出信號(hào)和原始狀態(tài)的統(tǒng)一。在永磁同步電動(dòng)機(jī)的工作中，通常使用的觀測器有多種類型，包括全態(tài)觀測器、降階型觀測器和滑模觀測器。在使用滑模觀測器時(shí)，要注意觀察和控制斷續(xù)切換，因此，在實(shí)際使用時(shí)，很容易造成系統(tǒng)的抖動(dòng)，尤其是在低速運(yùn)行時(shí)，由于永磁同步電動(dòng)機(jī)存在著一些不利的因素，從而引起轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。

4.4高頻注入電機(jī)系統(tǒng)控制方法

在同步電機(jī)控制系統(tǒng)中，采用人工控制、電機(jī)自身和高頻數(shù)學(xué)模型等因素控制的高頻輸入控制法，與電機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)、基波等無關(guān)，利用這種方法可以有效地估算電機(jī)的初始位置。由于采用了高頻注入控制方式，在不需要參照電動(dòng)機(jī)的參數(shù)的情況下對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，因此，這種方法可以應(yīng)用于電動(dòng)機(jī)的速度很低、系統(tǒng)工作量很少的情況下。

4.5人工智能估計(jì)電機(jī)系統(tǒng)控制方法

近年來，隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代控制理論和人工智能技術(shù)的發(fā)展迅速，各種新的理論和方法在無傳感器技術(shù)中得到了越來越多的應(yīng)用。將 ANN引入到無速度傳感器中，可以最大限度地利用其非線性控制特性，并能促進(jìn)參數(shù)攝動(dòng)、噪聲干擾等。但是，這種算法的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，在實(shí)際應(yīng)用中存在較大的困難，特別是實(shí)時(shí)性能否滿足實(shí)際操作需求。由于永磁同步電動(dòng)機(jī)的定子與電壓、電流之間的函數(shù)關(guān)系是以轉(zhuǎn)速為函數(shù)的，由于它涉及到的函數(shù)太多，所以在所有的數(shù)據(jù)處理中都采用了人工智能技術(shù)，這給交流傳動(dòng)行業(yè)的發(fā)展帶來了新的挑戰(zhàn)。

結(jié)束語

通過對(duì)無速度傳感器的永磁同步電動(dòng)機(jī)的控制策略和內(nèi)容的研究，可以得出結(jié)論：采用各種新的技術(shù)和方法，可以逐步優(yōu)化其結(jié)構(gòu)，節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用。并根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)其進(jìn)行了合理的控制，可有效解決其在使用過程中遇到的各種問題，從而提高了其運(yùn)行的安全性和可靠性。

參考文獻(xiàn)

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