永磁同步發電機無速度傳感器控制

胡海濤 馬超

摘要：在實際應用中，由于采用了無轉速傳感器的永磁同步電動機，其具有較高的控制競速、簡單易用、可靠性高等優點，近年來已逐漸受到業界的重視。在這種永磁同步電動機的控制系統中，采用了在電機定子側電流和端電壓轉子處取代傳統的機械式位置傳感器，從而保證了電機的安全和穩定的工作。在此基礎上，對無傳感器的永磁同步電機的控制策略進行了簡要的分析。

關鍵詞：無速度傳感器;同步電機;系統控制

1、分析永磁同步電機實際工作原理

無傳感器永磁同步電機是在不裝有光電傳感器的條件下，由電機繞組傳輸信號，通過對電機線圈的數據進行測量，并對其進行計算和分析，以了解電機的速度和位置，可以方便地對定子進行測量，通過各種參數和相應的數學模型，對整個電機的位置和轉速進行了有效的測量。

2永磁發電機的結構介紹

2.1高速永磁發電機定子結構

高速永磁發電機是由定子、轉子和氣隙三部分構成的。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高速永磁發電機轉子結構

根據安裝位置的不同，永磁材料的結構可劃分為表面型和內置型兩種。由于其結構簡單、制作方便，所以在永磁同步電機和永磁同步發電機中得到了廣泛的應用。由于兩種永磁材料的相對恢復磁導率在1左右，所以可以把它們看作是與空氣相當的，所以它們的垂直方向和垂直方向的磁阻是大致相等的，也就是隱極型。采用面內嵌結構，在兩個永久磁極之間有一個磁芯，其直線磁阻比交軸磁阻大，即為凸極型。

3、分析永磁同步電機控制技術發展現狀

DSP數字信號處理器是一種新型的永磁同步電動機，它可以把數字信號、系統控制和相關的信息技術結合起來，從而提高系統的控制能力。無傳感器永磁同步電動機很久以前就被發明并投入到了生產中，但是它剛開始使用時，人們只知道它的靜態方程式，把它的調速比維持在10：1，這樣就可以實現無傳感器的永磁同步電動機，但是這種電動機的控制系統是不動態的，所以精度不高，在使用中會有誤差;后來，創業電機研究人員利用轉子齒諧波檢測電機轉速，受檢測技術等因素影響此類檢測方法轉速準確范圍比較小，轉子速度在300 r/min時才能獲得精確的測量數據。目前國內外學者對卡爾曼濾波器的永磁電動機進行了大量的研究，并對其進行了全面的測試，但是由于電動機的數據參數會對狀態觀測器造成一定的影響，需要對多個狀態觀測儀進行全面的分析，使其結構更加復雜，在使用中也會產生各種各樣的問題。在國內，對無傳感器的永磁同步電機進行了大量的試驗，其中包括：一種是無速度傳感器的異步電動機的變速控制，另一種是異步電動機的無傳感器變頻器控制，以及一種無速度傳感器的感應電動機。雖然永磁永磁同步電動機隨著時代的發展而不斷提高，但仍有許多問題有待于改進和改進。

4、分析無傳感器永磁同步電機控制系統策略

4.1基于定子端電壓與電流計算?和w

電動機的定子端電壓和電流，主要是根據磁場原理來計算的，首先要保證電動機的穩定性，其次是定子和轉子的磁鏈之間的夾角。定子電壓和電流的直接計算控制方式具有一定的規律，但是對電機的各個參數都有較高的精度要求，所以在實際應用中應根據具體的電機數據和有關的信息來選擇合適的控制方式。

4.2模型參考自適應控制方法

在無傳感器永磁同步電動機的控制中，采用了模型參照自適應法，其原理是先對轉子進行定位，然后通過電動機的模型來求出電動機的預設位置電壓和電流，然后再根據該值來求出電流和電壓之間的差值。在此過程中，應注意電壓和電流的差值與預置轉子的位置和實際轉子角的差值是一致的。

4.3通過觀測器估計控制電機系統

在無速度傳感器的永磁同步電動機中，通過觀察器來確定電動機的速度和位置，它的工作原理是對現有的系統進行重構，通過對原始系統的測量和分析，將原始數據和原始數據輸入到原始數據中，從而實現對輸出信號和原始狀態的統一。在永磁同步電動機的工作中，通常使用的觀測器有多種類型，包括全態觀測器、降階型觀測器和滑模觀測器。在使用滑模觀測器時，要注意觀察和控制斷續切換，因此，在實際使用時，很容易造成系統的抖動，尤其是在低速運行時，由于永磁同步電動機存在著一些不利的因素，從而引起轉矩波動。

4.4高頻注入電機系統控制方法

在同步電機控制系統中，采用人工控制、電機自身和高頻數學模型等因素控制的高頻輸入控制法，與電機的各項參數、基波等無關，利用這種方法可以有效地估算電機的初始位置。由于采用了高頻注入控制方式，在不需要參照電動機的參數的情況下對電動機進行控制，因此，這種方法可以應用于電動機的速度很低、系統工作量很少的情況下。

4.5人工智能估計電機系統控制方法

近年來，隨著現代信息技術的飛速發展，現代控制理論和人工智能技術的發展迅速，各種新的理論和方法在無傳感器技術中得到了越來越多的應用。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，并能促進參數攝動、噪聲干擾等。但是，這種算法的結構比較復雜，在實際應用中存在較大的困難，特別是實時性能否滿足實際操作需求。由于永磁同步電動機的定子與電壓、電流之間的函數關系是以轉速為函數的，由于它涉及到的函數太多，所以在所有的數據處理中都采用了人工智能技術，這給交流傳動行業的發展帶來了新的挑戰。

結束語

通過對無速度傳感器的永磁同步電動機的控制策略和內容的研究，可以得出結論：采用各種新的技術和方法，可以逐步優化其結構，節約運行費用。并根據實際情況，對其進行了合理的控制，可有效解決其在使用過程中遇到的各種問題，從而提高了其運行的安全性和可靠性。

參考文獻

[1]朱涵.無位置傳感器永磁同步電機的制動控制系統研究[D].導師：龔依民.吉林大學，2020.

[2]陳誠.無傳感器永磁同步電機控制策略研究[J].湖北農機化，2020，（09）：28-29.