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感应电机与永磁电机有何区别?变频器又该怎样选择、编程和调谐?
发布时间:2022-11-21        浏览次数:187        返回列表
 感应电机(IM)和永磁电机(PM)的设计不同,包括是否使用变频器(VFD)。感应电机的设计,能够使用跨线电源以恒定转速运行。永磁电机的设计不适用于跨线运行,永磁电机需要变频器提供正确的输出,以实现有效地运行。

 

 感应电机vs. 永磁电机

 

重要的是要了解感应电机和永磁电机之间的设计差异,以便使用变频器来适当地控制每个电机,并为应用选择***合适的电机和变频器。图1 展示了感应与永磁电机的扭矩曲线。

 

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图 1 :了解感应电机和永磁电机的设计差异,有助于电机和变频器的选择和应用。

 

 

感应电机是一种异步电动机,需要转差才能产生扭矩。电机转速是指令频率和转差频率之间的差值。电机扭矩随转差率而变化。

 

永磁电机是一种同步电机,其电机转速等于变频器指令的频率,并且只能在同步转速下产生扭矩。

 

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感应和永磁电机规格不同。由于转子包含磁铁,因此永磁电机设计比感应电机更紧凑、更**。因为永磁电机已经产生了磁场,所以可以获得瞬时和恒定的扭矩。感应转子是绕制的,需要定子磁场的感应来产生转子磁场。一般来说,永磁电机更复杂,需要编程的变频器来运行。

 

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图 2 :感应电机(异步电动机)需要转差才能产生扭矩。电机转速是指令频率和转差频率之间的差值。电机扭矩随转差频率变化(绿色)。永磁电机是一种同步电机,其中电机转速等于变频器指令的频率。扭矩只能在同步转速下产生(蓝色)。

 

永磁电机的关键信息

 

对于永磁电机,很重要的一件事是了解反电动势(B a c k E M F)。永磁电机会像发电机一样,通过旋转电机自然产生电压。反电动势电压的单位为V / k r p m。设置和调谐变频器时,此值通常可在电机铭牌上找到。

 

其它关键部件是永磁电机的定子电阻以及L d 和L q电感值(显示电感路径)。L d 和L q 电感,为通常相隔90 度的两个矢量控制坐标。流经L d 的电流决定了磁场的控制。流经Lq 的电流决定了扭矩的产生(图3)。

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图 3 :永磁体的关键部件是电机的定子电阻以及 Ld 和 Lq电感值(显示电感路径)。Ld 和 Lq 电感为通常相隔 90 度的两个矢量控制坐标。流经 Ld(右)的电流决定磁场的控制。通过 Lq(底部)的电流决定扭矩的产生。

 

电阻以及L d 和L q 电感值(显示电感路径)。L d 和L q 电感为通常相隔90 度的两个矢量控制坐标。流经L d(右)的电流决定磁场的控制。通过L q(底部)的电流决定扭矩的产生。

 

 永磁电机变频器设置和调谐示例 

 

下面是一个变频器设置和调谐示例,用于在鼓风机应用中运行永磁电机。在设置和调谐驱动器之前,需要了解以下10 条信息(如表2 所示)。

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这些信息包括电机型号、电机额定功率(h p)、电机额定电压(V a c)、电机额定频率(H z)、电机额定安培数(A)、电机极数、电机定子电阻(Ω), Ld 电感(mH)、Lq 电感(mH)和反电动势(V/krpm)。如果电机铭牌上没有此数据,请联系电机制造商。

 

 用于永磁电机应用的变频器选择和编程 

 

所选变频器必须能够为其电机提供适当的电流和电压。正如我们从电机铭牌上看到的,电压可能为230V a c 或460 V a c,并且还列出了每个电机的电流。对于本例,使用230 Vac,电流为6.7 A。

 

为变频器编程时,首先选择控制方法。输入铭牌和表格中的数值,就可以为驱动器配置参数(表2)。图4(***个变频器屏幕)显示了所选开环矢量模式下的永磁电机。该应用是一个鼓风机,不需要反馈,例如电机转速反馈至变频器的编码器。因此,这是开环模式。在接下来的屏幕中,进入调谐部分以输入从电机收集的剩余数据。

 

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图4 :***个变频器屏幕,显示所选开环矢量模式下的永磁电机。该应用是一个鼓风机,不需要反馈,因此是开环模式。在接下来的屏幕中,转至调谐部分,输入从电机收集的其余数据。

 

可以采用不同的自动调谐方法。调谐过程允许变频器通过计算和优化参数,以更紧密地匹配电机特性。数据表上的信息是已知的,因此与其说是调谐,不如说是输入电机信息。

 

在某些情况下, 有些信息可能不容易获得。如果是这样,变频器可以利用***小信息来计算。对于静态方法,变频器只能计算L d、L q 和R(电阻)或只有R。但无论哪种情况,都需要反电动势。这些静态自动调谐不会旋转电机。如果电机已经连接到应用上,并且可能不容易拆卸,则***这种方法。

 

旋转自动调谐方法,要求电机自由旋转或与应用断开连接。如果反电动势未知,则必须进行旋转自动调谐。这将旋转电机。在旋转自动调谐中,必须将任何负载从电机轴上断开,以确保计算仅针对电机。额外的荷载将使计算产生偏差。

 

在每次启动时,变频器还需要对齐转子的位置。这也是在初始自动调谐期间完成的。变频器可以向电机定子注入电流或高频,以找到转子的磁极。当使用闭环系统时,编码器反馈装置作为参考点。

 

在本例中使用吸合方法,将直流电流注入定子。这会对***近的极点产生吸引力(图5)。

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图5 :在每次启动时,变频器还需要对齐转子位置。这也是在初始自动调谐期间完成的。变频器使用吸合方法将直流电流注入定子。这会对***近的极点产生吸引力。

 

 验证永磁电机的运行 

 

如果电机方向不正确,可能是电机导线接错。要解决此问题,请切断电源并更换三根电机导线中的任意两根(图6)。

 

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图 6 :如果电机方向不正确,可能是电机导线 接错。要解决此问题,请切断电源并更换三 根电机导线中的任意两根。

 

这也可能是因为电机的磁极在相反方向上比正向更靠近磁铁,这是正常的。如果发生连续振荡,或变频器上出现***终电机失步故障,可能需要额外调谐L d 和L q 参数,以进行更精细的调谐。如果应用不允许反向,使用高频方法可能更好。

 

永磁电机比感应电机更复杂,可能需要更多的时间进行设置和调谐。这样做可能还需要联系变频器制造商,以获得进一步的帮助和更合适的参数设置。

 




 

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