永磁同步電機伺服調(diào)速系統(tǒng)的現(xiàn)狀與未來方向
2018年11月30日,由山東省淄博市經(jīng)濟和信息化委員會、淄博市博山區(qū)人民政府主辦,博山區(qū)企業(yè)家協(xié)會、高工產(chǎn)研機器人研究所(GGII)、高工機器人承辦的“2018(中國博山)高端裝備與智能制造峰會”在博山區(qū)原山艱苦創(chuàng)業(yè)教育基地隆重舉辦。
在主題演講環(huán)節(jié),來自清華大學(xué)的李永東教授就“永磁同步電機控制系統(tǒng)研究與進展”展開演講。李永東是中國電力電子學(xué)會副理事長、IEEE IAS Beijing Chapter Chairman、清華大學(xué)電機系教授博士生導(dǎo)師。其主要研究方向為大容量電力電子變換器、交流電機、新能源發(fā)電等。
針對國內(nèi)外永磁同步電機伺服調(diào)速系統(tǒng)的現(xiàn)狀,李永東教授著重介紹了高性能永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)及其無速度傳感器運行。相比于其他電機,永磁同步電機具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、損耗小、效率高;和直流電機相比,它沒有直流電機的換向器和電刷;
和異步電動機相比,它不需要無功勵磁電流,因而效率高,功率因數(shù)高,力矩慣量比大,定子電流和定子電阻損耗減小,且轉(zhuǎn)子參數(shù)可測、控制性能好。其廣泛應(yīng)用在數(shù)控機床,機器人,電動汽車、縫紉機等行業(yè)。
對于永磁電機而言重要的是永磁材料,永磁材料的發(fā)展是從天然磁鐵礦石→鋁鎳鈷永磁→鐵氧體永磁→鈷基稀土永磁→釹鐵硼稀土,永磁材料由于大量采用稀土元素,所以其成本一直居高不下。而中國的稀土材料儲量產(chǎn)能都是世界,所以其價格會稍有降低。
磁電機依據(jù)產(chǎn)生的反電動勢波形可分為兩種:方波永磁同步電動機(無刷直流電機 BLDCM )與正弦波永磁同步電動機(永磁同步電機 PMSM );依據(jù)永磁體在轉(zhuǎn)子上的位置不同又可分為:表面式永磁同步電動機與內(nèi)埋式永磁同步電動機。
而所有的永磁電機都離不開交流伺服系統(tǒng),而交流伺服系統(tǒng)目前的發(fā)展現(xiàn)狀又分為三種,分別是交流伺服系統(tǒng)正逐漸取代傳統(tǒng)的直流伺服系統(tǒng);在中小功率伺服領(lǐng)域主要應(yīng)用永磁同步伺服電動機;交流伺服系統(tǒng)正向著高性能、智能化、柔性化、數(shù)字化方向發(fā)展。
在未來,永磁電機產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展方向為:永磁同步電動機的發(fā)展為新型永磁材料減小體積,提高性價比;改進電機設(shè)計,減小齒槽力矩和電磁轉(zhuǎn)矩波動,使其接近線性模型;
交流伺服驅(qū)動器的發(fā)展為多學(xué)科技術(shù)交叉的結(jié)晶,包含電力電子技術(shù)、微計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動控制技術(shù);位置檢測單元的發(fā)展為光電編碼器結(jié)構(gòu)簡單、數(shù)據(jù)處理復(fù)雜、高速串行通信、獨立單元。