基于永磁同步電機的單轉(zhuǎn)子變頻壓縮機控制技術(shù)探討

梅立雪

(景德鎮(zhèn)學(xué)院，江西 景德鎮(zhèn) 333000)

1 變頻壓縮機的驅(qū)動控制系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

在變頻壓縮機的眾多零件中，最為主要的是驅(qū)動控制系統(tǒng)，主要作用在于通過一定的操作，對壓縮機的行為進行控制，確保可以準確、無誤地完成工作。驅(qū)動控制系統(tǒng)主要由多個部分組成，分別為對變頻進行控制的儀器、變頻壓縮儀器以及制冷系統(tǒng)等。壓縮機想要實現(xiàn)變頻以及調(diào)整速度的功能，主要是需要相應(yīng)部分配合。系統(tǒng)可以通過多種方式，使氣體的體積發(fā)生一定的變化，氣體的膨脹或收縮會產(chǎn)生不同的脈動轉(zhuǎn)矩負載，隨即帶動壓縮機對速度進行調(diào)整。除此以外，系統(tǒng)還具有硬件平臺，主要包括電路模塊等；在控制電路模塊中也包含其他的電路。

1.2 數(shù)字模型

永磁電機需要一定的模型構(gòu)建，在模型構(gòu)建過程中，方程中的每個字母表達了不同的變量，有一些變量會隨著工作過程中的不同情況進行改變，也有一些變量是固定不動的。例如，在方程的表達式中，B代表年制摩擦系數(shù)，p代表微分算子等。

1.3 矢量控制

對矢量進行控制主要可以分為3類，其中，被使用次數(shù)最多的為轉(zhuǎn)子磁場，在不同的場合中數(shù)值具有不同的要求，當值為零，表達式與之前的標準表達式具有一定的區(qū)別，永磁電機表達出來的狀態(tài)相當于直流電機，但也存在一定的漏洞，漏洞出現(xiàn)的原因在于沒有考慮到磁阻轉(zhuǎn)矩。磁阻轉(zhuǎn)矩的作用是不可以忽視的，否則會導(dǎo)致電磁轉(zhuǎn)矩的數(shù)值沒有達到合適的范圍內(nèi)，導(dǎo)致電機在工作過程中只能按照額定的轉(zhuǎn)速進行，會帶來一定的麻煩，但也存在優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在操作手法較為簡單，可以人為地對速度進行調(diào)整，利于在工程應(yīng)用中發(fā)揮良好的效能[1]。

2 永磁同步電機變頻壓縮機控制技術(shù)

2.1 對低頻轉(zhuǎn)矩脈動的抑制效果

在對永磁電機系統(tǒng)進行分析的過程中，首先，要提升系統(tǒng)的抗干擾能力，可采取構(gòu)建負載轉(zhuǎn)矩觀測器的方式來實現(xiàn)。其次，低頻轉(zhuǎn)矩脈動對抗干擾性能提升有一定的作用，需要在合理的范圍內(nèi)對其進行控制。負載轉(zhuǎn)矩情況及動態(tài)可以使用觀測儀器進行實時觀測。除此之外，對轉(zhuǎn)矩電流也有積極的影響，轉(zhuǎn)矩發(fā)生瞬間變化會對控制產(chǎn)生的效能造成一定的影響，因此，可以在一定程度上減少負面效應(yīng)，使系統(tǒng)可以更快地對控制做出反應(yīng)。對轉(zhuǎn)速波動的情況進行抑制時，也可使用其他的方法，例如諧振控制器，在對頻率進行響應(yīng)的過程中更加對稱，或者當頻率無限大時，相位主要展現(xiàn)在零的位置[2]。

2.2 無傳感器控制技術(shù)

2.2.1 主要原理

無傳感器控制技術(shù)主要是在其他效應(yīng)的基礎(chǔ)上演變而來的，基本原理主要可分為兩種類型：(1)高頻脈動注入的方法；(2)高頻旋轉(zhuǎn)電壓式注入方法。這兩種原理都具有各自的優(yōu)缺點，都能表達出不同的效能。其中，高頻旋轉(zhuǎn)電壓式注入方法的基本原理主要在于，向電機中加入一個激勵信號，信號的主要特點在于電壓值較為穩(wěn)定，不會受到其他影響而發(fā)生變化。除此之外，也可以對其他方面進行檢測，包括在工作過程中高頻電流發(fā)生了怎樣的變化等。再經(jīng)過其他較為固定的環(huán)節(jié)來確定轉(zhuǎn)子的主要位置，并將獲得的信息傳達給相應(yīng)的系統(tǒng)。

2.2.2 控制技術(shù)的具體應(yīng)用

根據(jù)原理可以知曉，使用相應(yīng)的技術(shù)對永磁電機的各種性能進行檢測的過程中，電流信號會從無到有，同時，也會發(fā)生相應(yīng)的改變。在獲得的電流信號中，均可以顯示轉(zhuǎn)子所在位置擁有的信息。想要了解轉(zhuǎn)子的具體位置，最有效的方式是對與其相關(guān)的信號進行采集，采集后，對信號展現(xiàn)的信息進行篩選和分析。在信號提取的過程中，可能會受到多種不良因素的干擾，導(dǎo)致采集過程存在一定的復(fù)雜性，為此，應(yīng)該采取相應(yīng)的措施對干擾因素進行抑制或?qū)⑵淇刂圃诤侠矸秶鷥?nèi)，以利于加強采集的效果與提高采集速度[3]。

2.3 電機弱磁控制技術(shù)

在對電機技術(shù)進行控制的過程中，可以采用多種方法，其中，最為常見的對弱磁進行控制的技術(shù)為變電流相位角，其主要原理在于：首先，需要在矢量控制系統(tǒng)的前提下，了解電壓閉環(huán)對于此項控制技術(shù)的重要作用，將其放置到對弱磁進行控制的環(huán)節(jié)，不斷地根據(jù)標準對電壓的差異大小進行適當調(diào)整。其次，需要定子電壓有一個數(shù)值，并在一定程度的調(diào)整后，產(chǎn)生可以對弱磁進行控制的合理角度。

在應(yīng)用電機弱磁控制技術(shù)時，首先，需要確定角度值的大??；其次，要較為準確地掌握此角大小的范圍，如果角度不夠適合，可以通過對電壓的調(diào)節(jié)進行改善，從而對角度進行適當調(diào)整。調(diào)整時，需要參照其他參數(shù)，并基本上做到與電機中參數(shù)的運行狀態(tài)較為貼合。也可以使用仿真分析的方法，加強對角度的明確，起到一定的輔助作用。

3 永磁變頻空壓機的優(yōu)點和缺點

與較為傳統(tǒng)的電機相比，永磁變頻空壓機的主要優(yōu)點在于對機器的控制更加準確。兩種機器的基本原理存在差異。在市場上，絕大部分的空壓機主要為變量負載原理，但是永磁類型的空壓機主要是根據(jù)用戶的不同需求不斷進行改善，通過氣體體積的變化來對速度進行調(diào)整，可以在很大程度上減少損耗。

這種較為新型的空壓機在使用過程中也需要選擇合適的工況，并不是在任何環(huán)境下，其節(jié)能效果都是可以保證的；有小部分的工作場合更加傾向于使用傳統(tǒng)空壓機，因為使用永磁變頻空壓機可能會消耗更多的能源，因此，對于空壓機的選擇需要因地制宜，以免造成不必要的損壞。永磁變頻空壓機的優(yōu)勢具體體現(xiàn)在以下方面。

3.1 運行過程中更加可靠

永磁變頻空壓機運行的特點主要在于啟動過程較為平緩，運行更加穩(wěn)定。在空壓機運行過程中，可能出現(xiàn)電流峰值，會對儀器造成損害，變頻機起到了良好的作用。變頻機的變頻作用主要發(fā)生在啟動的整個過程中，在啟動過程中，若出現(xiàn)較為高的電壓，變頻機可以逐漸將其轉(zhuǎn)化為規(guī)定好的標準電壓。

儀器中，氣體體積若發(fā)生變化，主要是通過相應(yīng)儀器對壓力的變化進行識別。所產(chǎn)生的氣體體積主要與用戶的需求相關(guān)，一般要保證壓力處在穩(wěn)定不變的狀態(tài)。永磁變頻空壓機有利于減少能量的消耗，在一定程度上避免了機器在啟動過程中產(chǎn)生的沖擊力。

3.2 恒壓省電

對于運行的機器來說，將其工作壓力控制在較為穩(wěn)定的狀態(tài)，可以在很大程度上節(jié)省電量的消耗。與傳統(tǒng)的空壓機相比，變頻空壓機存在的優(yōu)勢在于，運行過程中，兩者在機器對壓力的控制能力上存在不同。普通的空壓機可以將壓力控制在規(guī)定壓力范圍內(nèi)的上下0.7 bar，與其相比，變頻空壓機波動范圍為普通空壓機的1/7，可以節(jié)省更多的能耗。

在卸載運行時，節(jié)省能耗方面表現(xiàn)得更加突出。變頻空壓機對于供氣帶來的品質(zhì)提升也是不可忽視的，可以使得空壓機設(shè)備的運行狀態(tài)更加穩(wěn)定，且不容易被損害，有利于機器的后期維護和修理。

3.3 交流電源的電壓適應(yīng)性強

在交流電源的電壓適應(yīng)性方面，永磁變頻空壓機的優(yōu)勢主要表現(xiàn)在，即使交流電源不夠高，也可以保證在輸出過程中有足夠的力矩，使電動機依然在正常的電壓下工作。不僅可以對較低的電壓進行控制，當電壓較高時，也可對壓力進行適當?shù)恼{(diào)節(jié)，保證電壓在輸出過程中較為合適。

3.4 噪音小

大多數(shù)的變頻系統(tǒng)在工作過程中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速都比額定的轉(zhuǎn)速更低，以保證減少機器間的相互摩擦，避免產(chǎn)生較大的磨損，有利于保證機器的工作效率，減少后期維護的花費，延長使用壽命。變頻驅(qū)動系統(tǒng)不僅可以應(yīng)用在電機中，還可以應(yīng)用到風機的控制系統(tǒng)中，有利于減少噪音。

4 結(jié)語

目前，在我國使用最多的為變頻控制技術(shù)，與普通的技術(shù)相比有更多的優(yōu)勢，包括良好的節(jié)能效果、一定程度的噪聲抑制以及快速對溫度進行調(diào)節(jié)等，已經(jīng)成為在人們生活中較為常用的技術(shù)手段。在后續(xù)的研究過程中，應(yīng)針對控制技術(shù)，不斷地對相應(yīng)指標進行優(yōu)化，使此項控制技術(shù)有更好的發(fā)展空間。