西林叉車之——永磁同步電機(jī)的驅(qū)動控制技術(shù)（
作者：西林叉車 時間：【 2019-12-14】 文章來源：
? ? 西林叉車之——永磁同步電機(jī)的驅(qū)動控制技術(shù)（2）
接上篇
3、永磁同步電機(jī)的應(yīng)用 高性能永磁材料的發(fā)展為永 磁電機(jī)的研制和推廣應(yīng)用開辟了 一個十分廣闊的空間。近年來，永 磁電機(jī)在國內(nèi)外發(fā)展迅速，已在航 天航空、石油機(jī)械、工程機(jī)械、國防 等領(lǐng)域得到應(yīng)用，功率從幾千瓦到 數(shù)兆瓦，在其中一些領(lǐng)域與已形成 規(guī)模化生產(chǎn)。 (1)高精度伺服控制系統(tǒng) 隨著自動控制理論和現(xiàn)代科 學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，伺服系統(tǒng)在許 多高科技領(lǐng)域得到了非常廣泛的 應(yīng)用，如激光加工、機(jī)器人、數(shù)控機(jī) 床、大規(guī)模集成電路制造、辦公自 動化設(shè)備、雷達(dá)和各種軍用武器隨 動系統(tǒng)以及柔性制造系統(tǒng)等等。經(jīng) 過幾十年的發(fā)展，交流伺服系統(tǒng)逐 漸取代直流伺服系統(tǒng)，成為伺服系 統(tǒng)的主流。作為交流伺服系統(tǒng)的執(zhí) 行機(jī)構(gòu)，交流伺服電機(jī)應(yīng)盡可能體 積小，重量輕，力矩大，并以準(zhǔn)確、 快速的動作完成指令要求的任務(wù)。 永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)矩穩(wěn)態(tài)控制精度 高、動態(tài)響應(yīng)迅速，并且電機(jī)的轉(zhuǎn) 動慣量可以做到比較小，這些都有 利于精密控制系統(tǒng)的事項驅(qū)動。在 工作狀態(tài)上永磁同步電機(jī)可以帶 負(fù)載轉(zhuǎn)矩直接起動，并且可以實現(xiàn) 低速下大轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定運(yùn)行，同時還具 有很強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性，使得其在各 種傳動系統(tǒng)特別是在中小容量的 伺服系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。目 前，永磁同步電機(jī)交流伺服系統(tǒng)在 技術(shù)上已經(jīng)趨于完全成熟，不僅具 備了十分優(yōu)良的低速性能，并可實 現(xiàn)弱磁高速控制，拓寬了系統(tǒng)的調(diào) 速范圍，能夠適應(yīng)高性能伺服驅(qū)動 的要求。隨著永磁材料性能的大幅 度提高和價格的進(jìn)一步降低，其在 工業(yè)生產(chǎn)自動化領(lǐng)域中的應(yīng)用將 更加廣泛。 (2)電動汽車 進(jìn)入 21 世紀(jì)以來，受到全球 石油危機(jī)的影響以及各國對環(huán)境 保護(hù)的日益重視，對采用新型能源 的電動汽車的研究開發(fā)得到全球 各大企業(yè)和科研單位的普遍重視 和廣泛關(guān)注。電動汽車的特點有： 效率高，比傳統(tǒng)燃油汽車高出近 50%以上；噪聲低，僅為傳統(tǒng)汽車噪 音的 25%；無尾氣排放，具有良好 的環(huán)境保護(hù)效果；排放的廢熱少， 可以有效減輕城市 “熱島效應(yīng)”； 可回收利用的能量多；可以改善能 源結(jié)構(gòu)，解決汽車的能源替代問 題；結(jié)構(gòu)簡單，使用維護(hù)方便等。在 各種電動車驅(qū)動電機(jī)中，永磁同步 電動機(jī)是發(fā)展方向之一。電動汽車 對其驅(qū)動電機(jī)的效率、尺寸、質(zhì)量 均有較高的要求。永磁同步電動機(jī) 具有高效率、大轉(zhuǎn)矩密度、高控制 精度、寬調(diào)速范圍、低振動噪聲等 特點，通過合理設(shè)計轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu) 能達(dá)到較高的弱磁性及磁阻轉(zhuǎn)矩 的可利用性，使其在電動汽車特別 是高檔電動汽車驅(qū)動方面具有很 高的應(yīng)用價值，吸引眾多學(xué)者對其 研究開發(fā)，無論是在電機(jī)的本體設(shè) 計還是在電機(jī)的控制技術(shù)上，都取 得了很大的成果。 (3)風(fēng)力發(fā)電 永磁同步電機(jī)在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng) 域也有著大量的應(yīng)用，目前市場上 主流的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主 要有如下兩種機(jī)型：雙饋式風(fēng)力發(fā) 電機(jī)組和永磁直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī) 組。永磁直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)采用 風(fēng)輪直接驅(qū)動多極低速永磁同步 發(fā)電機(jī)，通過功率變換器將電能轉(zhuǎn) 換后并入電網(wǎng)，省去了雙饋風(fēng)力發(fā) 電系統(tǒng)中昂貴且故障率較高的齒 輪箱。傳動系統(tǒng)部件的減少提高了 系統(tǒng)的可靠性和能量的轉(zhuǎn)換效率， 降低了風(fēng)電發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行和維 護(hù)成本，縮短了整機(jī)的生產(chǎn)周期； 其次，轉(zhuǎn)子為永磁體，不需要外部 提供勵磁電源，發(fā)電機(jī)運(yùn)行效率 高，不存在滑環(huán)和電刷，可顯著提 高機(jī)組可靠性；再者，發(fā)電機(jī)通過 全功率變流裝置接入電網(wǎng)，可實現(xiàn) 機(jī)側(cè)變流器和網(wǎng)側(cè)變流器對有功、 無功功率的靈活控制；發(fā)電機(jī)定子 不是直接與電網(wǎng)相連接，使發(fā)電機(jī) 與電網(wǎng)之間的相互影響減少，若出 現(xiàn)電網(wǎng)故障對發(fā)電機(jī)的損害較小。 這些優(yōu)點促使直驅(qū)型風(fēng)電機(jī)組越 來越受到廣泛的關(guān)注，成為風(fēng)力發(fā) 電技術(shù)最具潛力的發(fā)展方向之一。 (4)電梯曳引系統(tǒng) 在傳統(tǒng)的電梯曳引技術(shù)中，異 步電機(jī)加減速機(jī)構(gòu)的有齒輪間接 驅(qū)動系統(tǒng)被長期廣泛采用。這種有 齒輪驅(qū)動系統(tǒng)存在著材料消耗大、 運(yùn)行效率低以及維護(hù)繁、噪聲大等 缺點。相比傳統(tǒng)有齒輪驅(qū)動的電梯 系統(tǒng)，采用永磁同步電動機(jī)的電梯 系統(tǒng)占用空間緊湊、電機(jī)操控簡 單、控制精度高，且電機(jī)可以實現(xiàn) 大負(fù)載的低速直接驅(qū)動運(yùn)行，無需 齒輪箱，電梯的啟停十分平穩(wěn)，整 體噪聲低，運(yùn)行舒適性高。用在電 梯曳引驅(qū)動系統(tǒng)中的永磁同步電 機(jī)一般采用多極結(jié)構(gòu)，以便具有低 速大轉(zhuǎn)矩的性能。采用多極結(jié)構(gòu)對 于異步電動機(jī)會降低其功率因數(shù) 和效率，而不論極數(shù)多少，永磁同 步電動機(jī)都能獲得很高的功率因 數(shù)和效率。對于永磁同步電機(jī)當(dāng)負(fù) 載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化時只需調(diào)整電機(jī) 的功角即能獲得快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)， 相比異步電機(jī)有著更強(qiáng)的轉(zhuǎn)矩抗 擾動的能力。 (5)船舶電力推進(jìn) 傳統(tǒng)船舶推進(jìn)方式采用柴油 機(jī)帶動螺旋槳推動船舶前進(jìn)，柴油 機(jī)一般都是低速柴油機(jī)，柴油機(jī)的 轉(zhuǎn)速需要根據(jù)船舶的運(yùn)行快慢而 改變，其運(yùn)行效率比較低。隨著電 力電子技術(shù)的進(jìn)步逐步發(fā)展出了 綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)，其主要特點 是：效率高，油耗低，對環(huán)境污染 小；設(shè)備體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，艙內(nèi)空 間布置靈活；船艙噪聲小，振動低； 船舶操作性、靈活性明顯提高。另 外，電力推進(jìn)船舶還有全船自動化 程度高、所需定員少、建造周期短、 全壽命周期費用低等優(yōu)點。在電力 推進(jìn)系統(tǒng)的研究和開發(fā)領(lǐng)域中，永 磁同步電機(jī)以其體積小、重量輕、 效率高、轉(zhuǎn)動慣量小，可靠性高等 優(yōu)點使艦船的作戰(zhàn)能力及續(xù)航能 力得到了很大的提高，目前已成為 國內(nèi)外船舶設(shè)計者和推進(jìn)技術(shù)專 家的研究焦點。 永磁同步電機(jī)除了在高精伺 服、電動汽車、風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域得 到廣泛應(yīng)用外，在航天航空、電力 機(jī)車牽引等領(lǐng)域都有著很好應(yīng)用 前景。隨著新型永磁材料的進(jìn)一步 發(fā)展、電機(jī)制造工藝和控制技術(shù)的 不斷提高，永磁同步電機(jī)在電力傳 動領(lǐng)域的應(yīng)用將會越來越廣泛。
未完待續(xù)
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