永磁同步電機(jī)的振動控制研究

付榮華 肖峰

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，永磁同步電機(jī)出現(xiàn)，其具有經(jīng)濟(jì)效益好、無噪聲、容易控制的優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用在各個領(lǐng)域，并且取得了顯著成效。永磁同步電機(jī)在運(yùn)行過程中會產(chǎn)生較大噪聲，因此要進(jìn)行控制，改善實(shí)際效果。本文先介紹永磁同步電機(jī)的基本情況，再分析永磁同步電機(jī)的機(jī)理，最后論述控制策略，不斷提升運(yùn)行水平。

關(guān)鍵詞：永磁同步電機(jī);振動控制;有效策略

中圖分類號：TM341文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2020）05-0060-03

Abstract： With the development of science and technology， the emergence of permanent magnet synchronous motors has the advantages of good economic benefits， no noise， and easy control， which has been widely used in various fields and has achieved significant results. Permanent magnet synchronous motors will generate a lot of noise during operation， so control is needed to improve the actual effect. This paper first introduced the basic situation? of permanent magnet synchronous motors， then analyzed the mechanism of permanent magnet synchronous motors， and finally discussed the control strategy to continuously improve the operation level.

Keywords： permanent magnet synchronous motor;vibration control;effective strategy

噪聲和振動會影響永磁同步電機(jī)的運(yùn)行效果，進(jìn)而導(dǎo)致其產(chǎn)生更多問題，所以進(jìn)行控制是非常必要的。人們要加強(qiáng)對永磁同步電機(jī)噪聲系統(tǒng)設(shè)計的研究，掌握工作原理，實(shí)現(xiàn)有效控制，取得良好效果。采用有效措施優(yōu)化后，人們要開展振動測試，確保達(dá)到性能指標(biāo)，發(fā)揮出更大作用，滿足生產(chǎn)活動對電力的需求。

1 永磁同步電機(jī)概述

永磁同步電機(jī)的工作原理是能量之間轉(zhuǎn)化，滿足人們對電能的需求，而勵磁電流是永磁同步電機(jī)運(yùn)行的動力來源。一是直流發(fā)電機(jī)供電的勵磁方式，從本質(zhì)上來看，借助滑環(huán)生成直流電流，比較簡單。二是交流勵磁機(jī)供電的勵磁方式，主要發(fā)揮交流勵磁的作用，確保電流供應(yīng)的連續(xù)性、穩(wěn)定性，操作比較簡單，具有較強(qiáng)的適用性。三是無勵磁的勵磁方式，在勵磁電流的基礎(chǔ)上進(jìn)行整流才能獲得電能，一旦出現(xiàn)問題，電流互感器就會產(chǎn)生勵磁電流，解決了變壓器輸出不足的問題，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。永磁同步電機(jī)是由永磁體產(chǎn)生同步旋轉(zhuǎn)磁場的同步電機(jī)，永磁體是轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的來源，三相定子繞組會受到旋轉(zhuǎn)磁場的影響，進(jìn)而發(fā)生電樞反應(yīng)，感應(yīng)三相對稱電流。永磁同步電機(jī)在發(fā)展中不斷完善，功能更加強(qiáng)大，可以滿足實(shí)際需求。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，永磁同步電機(jī)逐漸完善，有著廣闊市場空間[1]。

2 永磁同步電機(jī)的特點(diǎn)

永磁同步電機(jī)可以將電機(jī)整體安裝在輪軸上，形成整體直驅(qū)系統(tǒng)，一個輪軸就是一個驅(qū)動單元，不需要用齒輪箱。永磁同步電機(jī)具有功率高、效率高的特點(diǎn);永磁同步電機(jī)產(chǎn)生熱量比較少，電機(jī)冷卻系統(tǒng)在運(yùn)行時不會產(chǎn)生較大噪聲;系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是全封閉的，構(gòu)建出一個整體，出現(xiàn)故障的概率非常小，所以基本不用維護(hù)，減少了人員工作量;永磁同步電機(jī)可以承載較大的電流，穩(wěn)定可靠;整個傳動系統(tǒng)質(zhì)量輕，簧下重量較輕，在單位質(zhì)量內(nèi)，功率較大;在沒有齒輪箱的情況下，轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)設(shè)計是很靈活的，如柔式轉(zhuǎn)向架、單軸轉(zhuǎn)向架，可以有效提升列車性能。

自動調(diào)節(jié)勵磁的核心是電壓，通過調(diào)節(jié)電壓來實(shí)現(xiàn)有效控制。為了進(jìn)一步了解情況，人們要對電壓下降展開有效分析，找到其中存在的原因。如果是無功負(fù)荷電流造成的，在勵磁電流不變時，端電壓和無功電流之間存在一種聯(lián)系。為了確保供電的穩(wěn)定性，發(fā)電機(jī)的端電壓要保持不變，具體操作方法是隨無功電流的變化，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵磁電流。

3 永磁同步電機(jī)的應(yīng)用范圍

3.1 定速驅(qū)動

現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)會用到大量機(jī)械，最常見的有風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)、普通機(jī)床等，一般都采用三相或單相電動機(jī)來驅(qū)動。異步電動機(jī)成本比較低，具有結(jié)構(gòu)簡單、維修方便的特點(diǎn)，非常適合此類機(jī)械的驅(qū)動。異步電動機(jī)也存在弊端，運(yùn)行過程中會出現(xiàn)浪費(fèi)電能的情況。

3.2 調(diào)速驅(qū)動

很多機(jī)械運(yùn)行期間，速度是需要人為調(diào)節(jié)的，包括包裝機(jī)械、食品機(jī)械、印刷機(jī)械等。20世紀(jì)中后期，電子技術(shù)和控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了飛速發(fā)展，異步電動機(jī)的變頻調(diào)速被應(yīng)用到直流調(diào)速系統(tǒng)。和直流電動機(jī)相比，其具有制造工藝簡單、效率高、維護(hù)保養(yǎng)方便等優(yōu)點(diǎn)，所以應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，發(fā)揮出有效作用。

3.3 精密控制驅(qū)動

伺服電機(jī)在工業(yè)自動化領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，在實(shí)際應(yīng)用時，人們要結(jié)合具體情況來選擇高精度的伺服控制系統(tǒng)。隨著辦公自動化設(shè)備的發(fā)展，配套關(guān)鍵部位微電機(jī)需求量變大，永磁同步電機(jī)的精度和性能要求也越來越高[2]。

4 永磁同步電機(jī)的機(jī)理

4.1 死亡區(qū)域引起的諧波

死亡時間是一個特殊時期，當(dāng)諧波引入時，逆變器上的橋臂要和電機(jī)連接起來，器件運(yùn)行所需時間會增加。當(dāng)開關(guān)處于運(yùn)行狀態(tài)時，功率管會被損壞，為了解決問題，人們要有效運(yùn)用功率管互補(bǔ)信號，引入電流。為了正確認(rèn)識互補(bǔ)開關(guān)和電壓的關(guān)系，人們要采用有效方法，對死亡區(qū)域進(jìn)行分析，計算等效電壓高度，深入了解調(diào)制周期和載波比。死區(qū)會產(chǎn)生很大的影響，最明顯的就是基波電壓幅值出現(xiàn)波動，將電波引入死區(qū)，可以實(shí)現(xiàn)有效補(bǔ)償，讓永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動大大減少。人們可以通過分析電流互感器獲得的兩相電流幅值，了解轉(zhuǎn)子的位置信息。同時，要認(rèn)真查表，進(jìn)一步明確電壓矢量（會產(chǎn)生畸變電壓幅值）和補(bǔ)償量，最大程度減少死區(qū)電流產(chǎn)生的影響。人們要進(jìn)行全面分析，深刻了解死亡區(qū)域引起的諧波，掌握永磁同步電機(jī)運(yùn)行狀況，更好地控制，提升運(yùn)行效率[3]。

4.2 諧波抑制

對電流進(jìn)行采樣時，人們要意識到相電流的直流偏置量、三相電流傳感器的重要性，有效掌握互感器采樣幅值，保證數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性、全面性，依據(jù)直流偏置來對電流波動進(jìn)行有效分析，全面了解具體情況。永磁同步電機(jī)運(yùn)行期間要進(jìn)行坐標(biāo)變換，其間受電流幅值誤差的影響，轉(zhuǎn)矩波動會變大，要做好減噪設(shè)計，同時做好電流環(huán)反饋檢測工作，發(fā)揮偏差補(bǔ)償消除法的作用，明確直流偏置，根據(jù)數(shù)字濾波器針來抑制諧波的干擾。永磁同步電機(jī)的硬件系統(tǒng)主要包括旋變通道單元、電源變換單元、過流保護(hù)單元、隔離驅(qū)動單元等。電流轉(zhuǎn)換單元是控制系統(tǒng)的主體部分，人們要科學(xué)分析不同等級電壓，明確電機(jī)軸的準(zhǔn)確位置，標(biāo)注相電流坐標(biāo)信息，有效運(yùn)用電流采樣單元，避免堵轉(zhuǎn)事故發(fā)生，提高電流反應(yīng)速度[4]。

5 永磁同步電機(jī)振動噪聲的控制策略

噪聲一直是永磁同步電機(jī)運(yùn)行中的重要問題，這和轉(zhuǎn)矩脈動有很大的關(guān)系，需要進(jìn)行有效控制。永磁同步電機(jī)在運(yùn)行中會產(chǎn)生諧波。諧波是多方面原因造成的，為了實(shí)現(xiàn)振動噪聲的控制，首先要明確原因，這是非常重要的前提條件。具體操作方法是用電子繞組將三相對稱有效連接，之后會產(chǎn)生畸變的感應(yīng)電流和相電流，要采取有效方法進(jìn)行分析，掌握相關(guān)情況。整個分析過程必須由專業(yè)技術(shù)人員來完成，否則會出現(xiàn)較大誤差。通過控制永磁同步電機(jī)振動噪聲，提升運(yùn)行效率，人們可以創(chuàng)建相對穩(wěn)定的生產(chǎn)環(huán)境，減少不利因素的影響。同時，要加強(qiáng)對振動噪聲控制策略的研究，結(jié)合實(shí)際情況，確保達(dá)到理想效果[5]。

永磁同步電機(jī)的控制系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，如果定子電流中的諧波發(fā)生反應(yīng)，就會產(chǎn)生更多諧波，一直處于不斷增加之中。運(yùn)行期間會產(chǎn)生噪聲，當(dāng)電機(jī)固有頻率和電磁力波比較接近時，噪聲會變大，在情況嚴(yán)重時，永磁同步電機(jī)就無法正常運(yùn)行。想要降低電流中的諧波，人們必須降低電磁力波，二者密切聯(lián)系。在變頻供電的過程中，要引入振動噪聲源，展開有效研究，對永磁同步電機(jī)的振動噪聲進(jìn)行分析：逆變器開關(guān)頻率與電流諧波相互影響，噪聲隨之產(chǎn)生，將電流諧波引入逆變器中，電流會明顯上升，在控制振動源的基礎(chǔ)上，要掌握隨機(jī)開關(guān)頻率調(diào)制技術(shù)，主要是采用隨機(jī)開關(guān)頻率-死亡補(bǔ)償?shù)姆绞絹硪胍欢ǖ碾娏髦C波，對諧波起到抑制作用，達(dá)到降噪效果。永磁同步電機(jī)要想進(jìn)行降噪處理，先要弄清楚振動和噪聲產(chǎn)生的原因，這是非常重要的。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，永磁同步電機(jī)將會更新?lián)Q代，振動和噪聲也會大大降低。

人們要將不同部件有機(jī)聯(lián)系在一起，開展死區(qū)補(bǔ)償前后情況分析，將所獲得的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行比較，基波是50Hz，低頻段是50～2 000Hz。人們要采用對比方法進(jìn)行分析，就補(bǔ)償前后情況來說，傳統(tǒng)模式下，開關(guān)頻率的電流諧波幅值降低，電流諧波減少，諧波畸變率會明顯下降。對相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行對比分析，在死區(qū)補(bǔ)償前后，開關(guān)頻率和二倍頻率的變化并不是很大，降低高頻率噪聲的同時，振動噪聲明顯削弱。人們要有效發(fā)揮死區(qū)補(bǔ)償策略的作用，依據(jù)混合隨機(jī)開關(guān)頻率來開展試驗(yàn)工作，針對混合隨機(jī)開關(guān)頻率和死亡區(qū)補(bǔ)償策略做試驗(yàn)，展開低頻率數(shù)據(jù)研究，指導(dǎo)輸出的電流諧波幅值會下降，噪聲自然也就變小，從總體來看，電流諧波的分布差異不是很大。在寬調(diào)速范圍下開展試驗(yàn)測試，筆者發(fā)現(xiàn)，電流諧波降低后，永磁同步電機(jī)運(yùn)行中產(chǎn)生的振動噪聲減少，更加平穩(wěn)，5 000Hz中低頻段的電流諧波幅值在整個調(diào)速范圍內(nèi)得到降低。人們要不斷優(yōu)化死區(qū)補(bǔ)償情況，通過電流信息對諧波進(jìn)行分析，提高隨機(jī)開關(guān)頻率，激發(fā)低頻電流死區(qū)效應(yīng)。在相互作用的影響下，將逆變器引入電流諧波中，進(jìn)行混合隨機(jī)開關(guān)頻率死區(qū)補(bǔ)償策略創(chuàng)新，可以優(yōu)化永磁同步電機(jī)降噪效果。

6 結(jié)語

永磁同步電機(jī)是一種新型的動力設(shè)備，被應(yīng)用在生產(chǎn)活動中，可以提供強(qiáng)大的動力支持。受結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的影響，永磁同步電機(jī)運(yùn)行中會產(chǎn)生振動噪聲，嚴(yán)重影響使用效果。所以，要加強(qiáng)振動噪聲控制策略的研究，了解振動噪聲產(chǎn)生原因，并采取行之有效的措施，保證系統(tǒng)穩(wěn)定、高效地運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]張小媛，董正剛，李祥志.永磁同步電機(jī)的振動控制研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2018（21）：92.

[2]王成剛，晏芙蓉，何凡，等.永磁同步電機(jī)的振動控制分析[J].機(jī)械，2017（11）：1-3.

[3]李曉華，雷軼，劉成健.基于dSPACE的永磁同步電機(jī)低振動噪聲控制策略[J].電機(jī)與控制應(yīng)用，2017（12）：47-53.

[4]劉興中，魏旭來，張顯亭.一種降低永磁同步電機(jī)振動噪聲的控制系統(tǒng)設(shè)計[J].微電機(jī)，2017（4）：68-72.

[5]緱覲.永磁同步風(fēng)電機(jī)組傳動軸振動控制[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2019（22）：67-68.