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丹佛斯变频器驱动永磁同步电机控制方式

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在工业控制应用过程中,电机作为核心动力设备,在选择时既要保证能够满足设备机械特性方面的要求,又要考虑其虑安全性、经济性和可靠性。

一直以来,三相异步电机由于其结构简单、制造容易、价格低廉、运行可靠而被广泛使用。

但是随着现代新型高磁性稀土永磁材料的快速发展,永磁同步电机在近几年开始逐渐登上舞台。

和异步电机相比,永磁同步电机采用永磁体励磁,不存在励磁电流和转子损耗,因此能效较高,

并且由于损耗发热低,同样机座号的电机可以承载更大的电流负荷,这意味着相同功率的永磁同步电机体积和重量都比异步电机要低,材料消耗更少。

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交流永磁同步电机工频启动一直是一个难题,因而长期限制了永磁同步电机的应用领域。

但是高性能变频器的出现改变了这种状况,通过合理的参数配置,高性能变频器可以顺利的驱动永磁同步电机,从而帮助用户实现高效节能,并合理的控制成本。

一、变频器驱动永磁同步电机的控制方法

1. V/F控制方式

V/F方式是早期变频器驱动永磁同步电机的控制方式之一,这种方式需要放大变频器的功率,将永磁同步电机当作普通的交流异步电机,只做简单的压频比控制。

同时,对永磁同步电机的感应电势波形要求较高,电机电流中含有不合理的磁场电流成分,无法体现出永磁同步电机高效节能的优势,还容易造成失速、过流等问题,因此现在已经不推荐使用了。

2. 永磁同步电机闭环磁通矢量控制方式

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见上图,这是伺服的控制方式,转矩响应快,转速精度高,低速性能良好。但是需要电机编码器反馈,在布线和使用上不及异步电机方便。

3. 永磁同步电机开环磁通矢量控制方式

这种控制方式的试转矩响应稍低一点,低速波动也比永磁同步电机闭环磁通矢量控制方式大一点,对变频器算法实现要求高,一般主流厂商只有高档型号变频器才有开环磁通矢量控制功能,会增加客户的采购成本。

4. VVC plus 永磁同步电机控制模式

丹佛斯变频器特有的VVC plus 永磁同步电机控制模式,采用转矩角控制,在驱动永磁同步电机时,电机电流与负载转矩成正比关系,与同步电机的理论模型一致

丹佛斯VVC plus 控制模式不需要电机编码器反馈,适应于动态响应要求较低的负载,如风机水泵调速、一般机械传动等,与原通用变频器的应用场合几乎相同。

而且支持隐极和凸极永磁同步电机,对电机感应电势波形要求不高,甚至于驱动感应电势波形几乎为方波的永磁同步电机(无刷直流电机)运行也非常平稳。

二、丹佛斯变频器驱动永磁同步电机案例

1. 永磁同步电机选择

市场上有许多永磁同步电机的供应商,比如LUST、Phase、Lafert、中源等。上海津信以LUST永磁同步电机为例(型号:LSC-110-1-30-560)

2. 丹佛斯变频器选择及参数设置

丹佛斯FC360系列变频器可以为各种工业应用提供精确、有效的电机控制,并全面支持各类交流永磁同步电机。

本案例中电机额定电流为1.6A,所以选择0.75kW的变频器已经很充分了。变频器使用VVC plus 控制模式,参数设置如下:

参数号参数名称设定值(代码)
1-00配置模式[0]开环转速
1-01电机控制原理[2]无传感器磁通矢量
1-10

电机结构

[1]隐极永磁同步电机
1-24电机电流1.6(A)
1-25电机额定转速3000(rpm)
1-30定子电阻Rs8.5
1-37d轴电感43.3(mH)
1-39电机极数4
1-40感应电势97(V)

同步电机等效电路参数(定子电阻、d轴电感)设置时需要注意以下事项:

  • 同步电机等效电路参数取决于电机类型,一般需要电机厂家提供。

    假如厂家提供的参数是相与相之间的值,必须除以2,FC360变频器需要的值是电机星型等效电路的单相值。

  • 如果找不到电机相关参数,可以使用FC360变频器的电机自整定功能自动测量。

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3. 电机运行监控:

变频器和电机参数设置完成后,开机启动,加速时的转速电流波型曲线,可以看出,电机加速及运行平稳,电流输出正常

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