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丹佛斯变频器驱动永磁同步电机的控制方式和应用案例详解

时间:2019-03-29    编辑:津信变频    点击:

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。

 

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

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.    VVCplus 永磁同步电机控制模式

丹佛斯变频器特有的VVCplus 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VVCplus 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。而且支撑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。以LUST永磁同步电机为例(型号:LSC-110-1-30-560),其具体参数如下:

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,并全面支撑各类永磁同步电机。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VVCplus 控制模式,参数设置如下:

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。

3.    电机运行监控:

变频器和电机参数设置完成后,开机启动,下图是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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