丹佛斯变频器开环驱动永磁同步电机

引言
化纤行业纤维牵伸和玻璃制造行业成品传输都要求非常高的转速控制精度，一般采用永磁同步电机驱动，并用变频器作开环调速驱动，丹佛斯变频器由于性能稳定、可靠性高，在这两个行业有很久的应用历史。为了进一步提高设备运行的可靠性和改善永磁同步电机低速时的输出性能，我们就永磁同步电机的基本特性进行分析，提出了一些有益的办法。
一、永磁同步电机的结构特点：
　　普通的永磁同步电机机构如图一，定子为普通的硅钢片，导磁性能良好；转子表面覆盖永磁体，转子内部依然为导磁性能良好的铁。转子与定子之间的气隙约0.2毫米，与普通异步电机相仿。

　　图1，永磁同步电机的结构

　　现代主流永磁同步电机多采用稀土永磁材料做永磁体，由于稀土永磁材料具有非常大的内禀矫顽力，其磁化特性曲线接近矩形，在矫顽点以下，磁化率几乎与空气相同。因此在进行磁路分析时，稀土永磁体可以被视作气隙处理。所以永磁同步电机的内部等效气隙要比异步电机大得多。
　　从d轴电感Xd和q轴电感Xq的电参数的差异来分类，稀土永磁同步电机可以分为隐极同步电机和凸极同步电机两种。

　　隐极永磁同步电机的主要特点为永磁体贴于均匀转子上，通过修正永磁体的表面形状，确保气隙磁势为正弦波。磁路上d轴与q轴气隙是相同的，因此：Xd = Xq
　　凸极永磁同步电机的主要特点为电机实际气隙是均匀的，但d轴磁路气隙等于电机气隙加永磁体的厚度，而q轴磁路气隙等于电机气隙，因此通常有：Xd 《 Xq
二、 变频器开环驱动永磁同步电机的注意事项：
　　1. 电机纹波电流的影响
　　由于永磁同步电机的内部等效气隙要比异步电机大得多，因此永磁同步电机有比异步电机小得多的主电感和电气时间常数，这在控制上有电流响应快的好处，但是变频器通常是被设计为驱动大电感量的异步电机的，如被用于驱动永磁同步电机，变频器的输出电流纹波将比驱动异步电机时的电流纹波大得多。

　　在这种工况下，许多未经特别设计的变频器会发生故障或令使用寿命大大缩短。丹佛斯的FC302变频器是专门针对驱动永磁同步和异步伺服电机而设计的一款驱动器，变频器设计时已经对较高的载波纹波电流对变频器的硬件和控制软件的影响有所考虑；同时还令变频器输出PWM方波的电压突变率受到特殊限制。经过工厂内部的充分测试和大量用户现场长时间的实际应用考验，证明了FC302驱动器驱动永磁同步电机的长期可靠性。
　　2. 变频器的电机控制模式
　　变频器开环控制时一般有VVCplus控制、无转速反馈磁通矢量控制和V/F控制（标量控制）等几种控制模式，其中VVCplus控制和无转速反馈磁通矢量控制都是针对异步电机的控制模式，不能用在同步电机控制上，因此只能使用V/F控制。
　　丹佛斯FC302驱动器的V/F控制模式，允许用户自定义6点（频率，电压）点，应用上有较大灵活性，特别适用于永磁同步电机开环控制。