永磁同步電機(jī)效率提升裝置和方法

梁杰+郝境津

摘 要：該文描述了一種永磁同步電機(jī)的效率提升裝置及方法，該裝置包括轉(zhuǎn)速控制器、微處理器、測(cè)量元件、半導(dǎo)體開關(guān)、逆變器、電機(jī)和負(fù)載。微處理器根據(jù)測(cè)量元件輸入的電流信號(hào)和轉(zhuǎn)速控制器輸入的轉(zhuǎn)速信號(hào)，計(jì)算出在效率最優(yōu)情況下的相位角和運(yùn)行電壓，并向逆變器輸出相位角和運(yùn)行電壓，以供逆變器驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作，無需電機(jī)詳細(xì)參數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)電機(jī)達(dá)到最佳效率。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)速控制器 微處理器 永磁同步電機(jī) 逆變器

中圖分類號(hào)：TM35 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）07（a）-0114-02

電機(jī)內(nèi)部轉(zhuǎn)矩的大小取決于磁通量和轉(zhuǎn)子電流之間的相位角。如果三相電子定子磁通量和定子電流是平行向量，則電機(jī)獲得的力矩為0，如果兩者的方向處于合適的夾角，則能產(chǎn)生最大力矩。傳統(tǒng)技術(shù)通過控制程序獲得合適的相位角，需要一個(gè)帶反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)，以表明磁極位置。這種閉環(huán)控制系統(tǒng)通常需要在電機(jī)中安裝3個(gè)傳感器來執(zhí)行，如編碼器、光學(xué)增量器或電感式傳感器。另外，也有使用無傳感器控制方式來實(shí)現(xiàn)，其主要通過測(cè)量電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)來達(dá)到控制目的。

1 存在問題及解決方案

1.1 存在問題

使用無傳感器控制方式需要事先知道電機(jī)的額定電壓、功率、額定電流、額定頻率、電機(jī)極對(duì)數(shù)等眾多參數(shù)，測(cè)量時(shí)會(huì)根據(jù)電流是否達(dá)到最低來判斷是否達(dá)到最佳效率。這意味著對(duì)于不同相位或相位角來說，只有更高的電流絕對(duì)值才能達(dá)到同樣的最佳狀態(tài)，由于該測(cè)量電流可以是相電流、電機(jī)總電流、電阻器的電流或者半導(dǎo)體開關(guān)的電流中任意一個(gè)，這樣會(huì)導(dǎo)致某個(gè)部分效率最佳，某些部分的效率降低。且在無傳感器控制方式下，電機(jī)參數(shù)可能因環(huán)境（溫度或濕度）的變化而變化，導(dǎo)致磁場(chǎng)估計(jì)錯(cuò)誤和指定控制目標(biāo)值的錯(cuò)誤。

1.2 解決方案

文章提出一種永磁同步電機(jī)的效率提升裝置及方法，利用微處理器，根據(jù)測(cè)量元件輸入的電流信號(hào)和轉(zhuǎn)速控制器輸入的轉(zhuǎn)速信號(hào)，計(jì)算出在效率最優(yōu)情況下的相位角和運(yùn)行電壓，并向逆變器輸出相位角和運(yùn)行電壓，以供逆變器驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作。該方法無需電機(jī)詳細(xì)參數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)電機(jī)達(dá)到最佳效率，避免因環(huán)境因素造成控制錯(cuò)誤。

如圖1所示，裝置結(jié)構(gòu)包括：磁場(chǎng)定向組件42、第一求和單元72、第一積分器74、第一傳感器76、電機(jī)轉(zhuǎn)換開關(guān)78、第二求和單元80、信號(hào)開關(guān)82、第二積分器84、倍增器86、第二傳感器88、決策單元90、差分元件92和第三積分器94、微處理器95。

效率提升具體步驟如圖2所示：微處理器通過逆變器控制電機(jī)在穩(wěn)定負(fù)載和預(yù)設(shè)電壓下運(yùn)行，同時(shí)對(duì)電機(jī)電流進(jìn)行取樣并記錄，然后逐步降低電壓，如果電流沒有隨著電壓的降低而降低，則讓電機(jī)保持在該電流和電壓下運(yùn)行。如果有，則降低電壓重復(fù)測(cè)量、取樣和對(duì)比，直到電流不再降低，讓電機(jī)保持在該電流和電壓下運(yùn)行，并記錄該電流和電壓作為最佳效率點(diǎn)參數(shù)。

該裝置可作為球磨機(jī)、液壓系統(tǒng)、電廠空冷島、煤礦皮帶機(jī)等負(fù)載的驅(qū)動(dòng)。

2 實(shí)施效果

實(shí)現(xiàn)節(jié)電率15%～30%（見圖3）。

3 結(jié)語

文章提出一種電機(jī)效率提升裝置和方法，該裝置包含微處理器，可根據(jù)測(cè)量元件輸入的電流信號(hào)和轉(zhuǎn)速控制器輸入的轉(zhuǎn)速信號(hào)，計(jì)算出在效率最優(yōu)情況下的相位角和運(yùn)行電壓。相比于現(xiàn)有技術(shù)的無傳感器控制方式需要電機(jī)某些特定參數(shù)才能達(dá)到控制目的，該文方案無需電機(jī)詳細(xì)參數(shù)，可自行感應(yīng)并獲得最佳效率點(diǎn)參數(shù)，避免因環(huán)境因素造成控制錯(cuò)誤，實(shí)現(xiàn)電機(jī)系統(tǒng)效率的提升15%～30%。

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