新型自控變頻同步電機(jī)前景廣闊

進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著其新興應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬和節(jié)能環(huán)保的新要求，同步電機(jī)正在發(fā)展成為新型機(jī)電一體化交流調(diào)速系統(tǒng)，具有潛在的競爭力，在航空航天、高精度機(jī)床、超高速電機(jī)運(yùn)行等諸多領(lǐng)域具有獨(dú)特的優(yōu)勢。

隨著全數(shù)字化矢量控制變頻調(diào)速技術(shù)的商品化，同步電動(dòng)機(jī)交流電力拖動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)性能，達(dá)到并超過了直流電動(dòng)機(jī)電力拖動(dòng)系統(tǒng)。交流變頻同步電動(dòng)機(jī)集直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)優(yōu)點(diǎn)于一身，既具有直流電動(dòng)機(jī)優(yōu)良的調(diào)速性能，大的過載能力；又具有交流電動(dòng)機(jī)體積小、重量輕、效率高，結(jié)構(gòu)簡單，免維護(hù)，運(yùn)行安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，很有發(fā)展前途。

交流同步電動(dòng)機(jī)已成為交流可調(diào)轉(zhuǎn)動(dòng)中的一顆新星，特別是永磁同步電動(dòng)機(jī)，電機(jī)獲得無刷結(jié)構(gòu)，功率因數(shù)高，效率也高，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速嚴(yán)格與電源頻率保持同步。

自控變頻同步電機(jī)是伴隨電力電子技術(shù)、微電機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制理論的進(jìn)步發(fā)展起來的“電子控制電動(dòng)機(jī)”成功范例，兼具有傳統(tǒng)交直流傳動(dòng)特點(diǎn)，采用自控式調(diào)頻工作方式，從根本上解決了阻礙同步電機(jī)廣泛應(yīng)用的振蕩、失步的問題，同時(shí)具有運(yùn)行效率高、可靠性好、調(diào)速范圍寬、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、適用于高速、惡劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，已成為電氣傳動(dòng)發(fā)展的標(biāo)志之一?？梢灶A(yù)見，新型自控式變頻同步電機(jī)仍將不斷出現(xiàn)。

自控變頻同步電機(jī)在原理上和直流電機(jī)極為相似，用電力電子變流器取代了直流電機(jī)的機(jī)械換向器，如采用交—直—交變壓變頻器時(shí)叫做“直流無換向器電機(jī)”或稱“無刷直流電動(dòng)機(jī)”。傳統(tǒng)的自控變頻同步機(jī)調(diào)速系統(tǒng)有轉(zhuǎn)子位置傳感器，現(xiàn)正開發(fā)無轉(zhuǎn)子位置傳感器的系統(tǒng)。同步電機(jī)的他控變頻方式也可采用矢量控制，其按轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制比異步電機(jī)簡單。

當(dāng)今信息技術(shù)高度發(fā)展，各種計(jì)算機(jī)外設(shè)和辦公自動(dòng)化設(shè)備也隨之高度發(fā)展，與其配套的關(guān)鍵部件微電機(jī)需求量大，精度和性能要求也越來越高。對(duì)這類微電機(jī)的要求是小型化、薄形化、高速、長壽命、高可靠、低噪聲和低振動(dòng)，精度要求更是特別高。同時(shí)，其在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的運(yùn)行控制中扮演了十分重要的角色，應(yīng)用場合的不同對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)的控制性能要求也不盡相同。

據(jù)了解，近10年來，隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，電氣傳動(dòng)技術(shù)面臨著一場歷史革命，即交流調(diào)速取代直流調(diào)速和計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)取代模擬控制技術(shù)已成為發(fā)展趨勢。電機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)是當(dāng)今節(jié)電、改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的一種主要手段。這為電機(jī)提供了巨大的市場和發(fā)展空間。

進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著其新興應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬和節(jié)能環(huán)保的新要求，今后自控變頻同步電機(jī)的研究焦點(diǎn)和發(fā)展方向是什么呢？經(jīng)過研究，筆者認(rèn)為，相對(duì)于發(fā)展較為成熟的無換向器電動(dòng)機(jī)，同步電機(jī)正在發(fā)展成為新型機(jī)電一體化交流調(diào)速系統(tǒng)，具有潛在的競爭力，在航空航天、高精度機(jī)床、超高速電機(jī)運(yùn)行等諸多領(lǐng)域具有獨(dú)特的優(yōu)勢。

筆者認(rèn)為，包括電動(dòng)機(jī)本體、功率變換器、控制器位置檢測器在內(nèi)的整體非線性仿真建模及系統(tǒng)設(shè)計(jì)；引用先進(jìn)控制策略來提高同步電機(jī)的動(dòng)態(tài)性能和功能指標(biāo)；無位置傳感器自控變頻電機(jī)轉(zhuǎn)子位置間接檢測以及瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、振蕩、噪聲分析與控制將是未來研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

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