本文圖片來源 ：Yaskawa

作者 |?Robert Bonczar

“ 永磁電機(jī)需要變頻器才能更有效地運(yùn)行。本文詳細(xì)介紹了感應(yīng)電機(jī)與永磁電機(jī)的區(qū)別，以及變頻器設(shè)置和調(diào)諧建議。 ”

感應(yīng)電機(jī)（IM）和永磁電機(jī)（PM）的設(shè)計(jì)不同，包括是否使用變頻器（VFD）。感應(yīng)電機(jī)的設(shè)計(jì)，能夠使用跨線電源以恒定轉(zhuǎn)速運(yùn)行。永磁電機(jī)的設(shè)計(jì)不適用于跨線運(yùn)行，永磁電機(jī)需要變頻器提供正確的輸出，以實(shí)現(xiàn)有效地運(yùn)行。

?感應(yīng)電機(jī)vs. 永磁電機(jī)

重要的是要了解感應(yīng)電機(jī)和永磁電機(jī)之間的設(shè)計(jì)差異，以便使用變頻器來適當(dāng)?shù)乜刂泼總€電機(jī)，并為應(yīng)用選擇最合適的電機(jī)和變頻器。圖1 展示了感應(yīng)與永磁電機(jī)的扭矩曲線。

▎圖 1 ：了解感應(yīng)電機(jī)和永磁電機(jī)的設(shè)計(jì)差異，有助于電機(jī)和變頻器的選擇和應(yīng)用。

感應(yīng)電機(jī)是一種異步電動機(jī)，需要轉(zhuǎn)差才能產(chǎn)生扭矩。電機(jī)轉(zhuǎn)速是指令頻率和轉(zhuǎn)差頻率之間的差值。電機(jī)扭矩隨轉(zhuǎn)差率而變化。

永磁電機(jī)是一種同步電機(jī)，其電機(jī)轉(zhuǎn)速等于變頻器指令的頻率，并且只能在同步轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生扭矩。

感應(yīng)和永磁電機(jī)規(guī)格不同。由于轉(zhuǎn)子包含磁鐵，因此永磁電機(jī)設(shè)計(jì)比感應(yīng)電機(jī)更緊湊、更高效。因?yàn)橛来烹姍C(jī)已經(jīng)產(chǎn)生了磁場，所以可以獲得瞬時和恒定的扭矩。感應(yīng)轉(zhuǎn)子是繞制的，需要定子磁場的感應(yīng)來產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁場。一般來說，永磁電機(jī)更復(fù)雜，需要編程的變頻器來運(yùn)行。

▎圖 2 ：感應(yīng)電機(jī)（異步電動機(jī)）需要轉(zhuǎn)差才能產(chǎn)生扭矩。電機(jī)轉(zhuǎn)速是指令頻率和轉(zhuǎn)差頻率之間的差值。電機(jī)扭矩隨轉(zhuǎn)差頻率變化（綠色）。永磁電機(jī)是一種同步電機(jī)，其中電機(jī)轉(zhuǎn)速等于變頻器指令的頻率。扭矩只能在同步轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生（藍(lán)色）。

永磁電機(jī)的關(guān)鍵信息

對于永磁電機(jī)，很重要的一件事是了解反電動勢（B a c k E M F）。永磁電機(jī)會像發(fā)電機(jī)一樣，通過旋轉(zhuǎn)電機(jī)自然產(chǎn)生電壓。反電動勢電壓的單位為V / k r p m。設(shè)置和調(diào)諧變頻器時，此值通常可在電機(jī)銘牌上找到。

其它關(guān)鍵部件是永磁電機(jī)的定子電阻以及L d 和L q電感值（顯示電感路徑）。L d 和L q 電感，為通常相隔90 度的兩個矢量控制坐標(biāo)。流經(jīng)L d 的電流決定了磁場的控制。流經(jīng)Lq 的電流決定了扭矩的產(chǎn)生（圖3）。

▎圖 3 ：永磁體的關(guān)鍵部件是電機(jī)的定子電阻以及 Ld 和 Lq電感值（顯示電感路徑）。Ld 和 Lq 電感為通常相隔 90 度的兩個矢量控制坐標(biāo)。流經(jīng) Ld（右）的電流決定磁場的控制。通過 Lq（底部）的電流決定扭矩的產(chǎn)生。

電阻以及L d 和L q 電感值（顯示電感路徑）。L d 和L q 電感為通常相隔90 度的兩個矢量控制坐標(biāo)。流經(jīng)L d（右）的電流決定磁場的控制。通過L q（底部）的電流決定扭矩的產(chǎn)生。

?永磁電機(jī)變頻器設(shè)置和調(diào)諧示例?

下面是一個變頻器設(shè)置和調(diào)諧示例，用于在鼓風(fēng)機(jī)應(yīng)用中運(yùn)行永磁電機(jī)。在設(shè)置和調(diào)諧驅(qū)動器之前，需要了解以下10 條信息（如表2 所示）。

這些信息包括電機(jī)型號、電機(jī)額定功率（h p）、電機(jī)額定電壓（V a c）、電機(jī)額定頻率（H z）、電機(jī)額定安培數(shù)（A）、電機(jī)極數(shù)、電機(jī)定子電阻(Ω), Ld 電感（mH）、Lq 電感（mH）和反電動勢（V/krpm）。如果電機(jī)銘牌上沒有此數(shù)據(jù)，請聯(lián)系電機(jī)制造商。

?用于永磁電機(jī)應(yīng)用的變頻器選擇和編程?

所選變頻器必須能夠?yàn)槠潆姍C(jī)提供適當(dāng)?shù)碾娏骱碗妷骸Ｕ缥覀儚碾姍C(jī)銘牌上看到的，電壓可能為230V a c 或460 V a c，并且還列出了每個電機(jī)的電流。對于本例，使用230 Vac，電流為6.7 A。

為變頻器編程時，首先選擇控制方法。輸入銘牌和表格中的數(shù)值，就可以為驅(qū)動器配置參數(shù)（表2）。圖4（第一個變頻器屏幕）顯示了所選開環(huán)矢量模式下的永磁電機(jī)。該應(yīng)用是一個鼓風(fēng)機(jī)，不需要反饋，例如電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋至變頻器的編碼器。因此，這是開環(huán)模式。在接下來的屏幕中，進(jìn)入調(diào)諧部分以輸入從電機(jī)收集的剩余數(shù)據(jù)。

▎圖4 ：第一個變頻器屏幕，顯示所選開環(huán)矢量模式下的永磁電機(jī)。該應(yīng)用是一個鼓風(fēng)機(jī)，不需要反饋，因此是開環(huán)模式。在接下來的屏幕中，轉(zhuǎn)至調(diào)諧部分，輸入從電機(jī)收集的其余數(shù)據(jù)。

可以采用不同的自動調(diào)諧方法。調(diào)諧過程允許變頻器通過計(jì)算和優(yōu)化參數(shù)，以更緊密地匹配電機(jī)特性。數(shù)據(jù)表上的信息是已知的，因此與其說是調(diào)諧，不如說是輸入電機(jī)信息。

在某些情況下， 有些信息可能不容易獲得。如果是這樣，變頻器可以利用最小信息來計(jì)算。對于靜態(tài)方法，變頻器只能計(jì)算L d、L q 和R（電阻）或只有R。但無論哪種情況，都需要反電動勢。這些靜態(tài)自動調(diào)諧不會旋轉(zhuǎn)電機(jī)。如果電機(jī)已經(jīng)連接到應(yīng)用上，并且可能不容易拆卸，則首選這種方法。

旋轉(zhuǎn)自動調(diào)諧方法，要求電機(jī)自由旋轉(zhuǎn)或與應(yīng)用斷開連接。如果反電動勢未知，則必須進(jìn)行旋轉(zhuǎn)自動調(diào)諧。這將旋轉(zhuǎn)電機(jī)。在旋轉(zhuǎn)自動調(diào)諧中，必須將任何負(fù)載從電機(jī)軸上斷開，以確保計(jì)算僅針對電機(jī)。額外的荷載將使計(jì)算產(chǎn)生偏差。

在每次啟動時，變頻器還需要對齊轉(zhuǎn)子的位置。這也是在初始自動調(diào)諧期間完成的。變頻器可以向電機(jī)定子注入電流或高頻，以找到轉(zhuǎn)子的磁極。當(dāng)使用閉環(huán)系統(tǒng)時，編碼器反饋裝置作為參考點(diǎn)。

在本例中使用吸合方法，將直流電流注入定子。這會對最近的極點(diǎn)產(chǎn)生吸引力（圖5）。

▎圖5 ：在每次啟動時，變頻器還需要對齊轉(zhuǎn)子位置。這也是在初始自動調(diào)諧期間完成的。變頻器使用吸合方法將直流電流注入定子。這會對最近的極點(diǎn)產(chǎn)生吸引力。

?驗(yàn)證永磁電機(jī)的運(yùn)行?

如果電機(jī)方向不正確，可能是電機(jī)導(dǎo)線接錯。要解決此問題，請切斷電源并更換三根電機(jī)導(dǎo)線中的任意兩根（圖6）。

▎圖 6 ：如果電機(jī)方向不正確，可能是電機(jī)導(dǎo)線 接錯。要解決此問題，請切斷電源并更換三 根電機(jī)導(dǎo)線中的任意兩根。

這也可能是因?yàn)殡姍C(jī)的磁極在相反方向上比正向更靠近磁鐵，這是正常的。如果發(fā)生連續(xù)振蕩，或變頻器上出現(xiàn)最終電機(jī)失步故障，可能需要額外調(diào)諧L d 和L q 參數(shù)，以進(jìn)行更精細(xì)的調(diào)諧。如果應(yīng)用不允許反向，使用高頻方法可能更好。

永磁電機(jī)比感應(yīng)電機(jī)更復(fù)雜，可能需要更多的時間進(jìn)行設(shè)置和調(diào)諧。這樣做可能還需要聯(lián)系變頻器制造商，以獲得進(jìn)一步的幫助和更合適的參數(shù)設(shè)置。

關(guān)鍵概念：?

■ 了解永磁電機(jī)應(yīng)用的變頻器選擇、編程和調(diào)諧。

■ 學(xué)習(xí)如何在變頻器設(shè)置和自動調(diào)諧后驗(yàn)證永磁電機(jī)的運(yùn)行。

思考一下：?

了解如何設(shè)置和調(diào)諧變頻器以使永磁電機(jī)更有效地運(yùn)行？

審核編輯：湯梓紅