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內容簡(jiǎn)介：由于電子技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，永磁同步電動(dòng)機的控制技術(shù)亦已成熟并日趨完善。以往同步電動(dòng)機的概念和應用范圍已被當今的觀(guān)念大大擴展。可以毫不夸張地說(shuō)，永磁同步電動(dòng)機已在從小到大，從一般控制驅動(dòng)到高精度的伺服驅動(dòng)，從人們日常生活到各種高精尖的科技領(lǐng)域作為最主要的驅動(dòng)電機出現，而且前景會(huì )越來(lái)越明顯。

　　一、同步電動(dòng)機的發(fā)展和應用
　　過(guò)去的電力拖動(dòng)中，很少采用同步電動(dòng)機，其主要原因是同步電動(dòng)機不能在電網(wǎng)電壓下自行起動(dòng)，靜止的轉子磁極在旋轉磁場(chǎng)的作用下，平均轉矩為零。電機很難啟動(dòng)。自70年代以來(lái)，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展極大地推動(dòng)了同步電動(dòng)機的發(fā)展和應用，主要的原因有：
　　1、高性能永磁材料的發(fā)展。
　　80年代初釹鐵硼稀土永磁材料的出現，它具有高的剩磁感應強度，高的矯頑力，高的磁能積，這些特點(diǎn)特別適合在電機中使用。它們不足是溫度系數大，居里點(diǎn)低，容易氧化生銹而需涂復處理。經(jīng)過(guò)這幾年的不斷改進(jìn)提高，這些缺點(diǎn)大多已經(jīng)克服，現釹鐵硼永磁材料最高的工作溫度已可達180℃
　　2、電力電子技術(shù)的發(fā)展大大促進(jìn)了永磁同步電動(dòng)機的開(kāi)發(fā)應用。
　　70年代出現了通用變頻器的系列產(chǎn)品，可將工頻電源轉變?yōu)轭l率連續可調的變頻電源，這就為交流電機的變頻調速創(chuàng )造了條件。這些變頻器在頻率設定后都有軟起動(dòng)功能，頻率會(huì )以一定速率從零上升設定的頻率，而且此上升速率可以在很大的范圍任意調整，這對同步電動(dòng)機而言就是解決了起動(dòng)問(wèn)題
　　3、規模集成電路和計算機技術(shù)的發(fā)展完全改觀(guān)了現代永磁同步電動(dòng)機的控制，集成電路和計算技術(shù)的發(fā)展對永磁同步電動(dòng)機控制技術(shù)起到了重要的推動(dòng)作用。
　　二、稀土永磁同步電動(dòng)機的基本結構
　　稀土永磁同步電動(dòng)機的定子為三相對稱(chēng)繞組，與三相異步電動(dòng)機結構相同。轉子上粘有釹鐵硼（NdFeB）磁鋼。驅動(dòng)器為交-直-交電壓型逆變器，通過(guò)正弦波脈寬調制（SPWM）輸出頻率、電壓可變的三相正弦波電壓。
　　同步電動(dòng)機的基本控制原理
　　三相正弦波電壓在定子三相繞組中產(chǎn)生對稱(chēng)三相正弦波電流，并在氣隙中產(chǎn)生旋轉磁場(chǎng)。旋轉磁場(chǎng)的角速度ω1=2πf/p,其中p為電動(dòng)機對數。這個(gè)旋轉磁場(chǎng)與已充磁的磁極作用，帶動(dòng)轉子與旋轉磁場(chǎng)同步旋轉并力圖使定、轉子磁場(chǎng)軸線(xiàn)對齊。當外加負載轉矩以后，轉子磁場(chǎng)軸線(xiàn)將落后定子磁場(chǎng)軸線(xiàn)一個(gè)θ功率角，負載愈大，θ也愈大，直到一個(gè)極限角度θm，電動(dòng)機失步為止。由此可見(jiàn)：同步電動(dòng)機在運行中，要么轉速與頻率嚴格成比例旋轉，否則就失步停轉。所以，它的轉速與旋轉磁場(chǎng)同步。它的靜態(tài)誤差為零；在負載擾動(dòng)下，只是功率角θ變化，而不引起轉速變化，它的響應時(shí)間是實(shí)時(shí)的。這是其它調速系統做不到的。
　　交流同步電動(dòng)機它的轉速與電源頻率完全成正比。
　　Ns=60f／p (r／min) 式中 f-電源頻率； p-極對數； Ns-同步轉速。
　　而交流異步電動(dòng)機，它與同步電動(dòng)機的區別在于：轉速與電源頻率不成正比，其轉速始終比同步電動(dòng)機還要低，其轉差率S為： N=(1-s)Ns (r／min) S=(Ns-N)／Ns·100％
　　稀土永磁同步電動(dòng)機輿專(zhuān)用永磁同步電動(dòng)機驅動(dòng)器（變頻器）配套構成機電一體化產(chǎn)品。電動(dòng)機的轉速n輿設定頻率f按n= 關(guān)系不變。負載轉矩的變化只會(huì )起功率角的實(shí)時(shí)變化，卻不會(huì )引起轉速變化，靜、動(dòng)態(tài)指針理想。由于不需要從電網(wǎng)吸收無(wú)功電流，轉子上既無(wú)銅耗又無(wú)鐵耗，所以它在很寬的負載范圍內能保持接近于1的功率因子，其效率比同容量的異步電動(dòng)機提高8%左右，力能指針（ η×cosφ ）提高18%左右。稀土永磁同步電動(dòng)機的功率密度比同容量異步電動(dòng)機提高15%左右。稀土永磁同步電動(dòng)機的基頻一般設定位50、100、150Hz,這樣可以降低成本，使其性能價(jià)格比遠高于普通異步電動(dòng)機加變頻器
　　同步電動(dòng)機具有以下主要性能：
　　(1)調速精度高、調速度誤差在1／30000，提高了應用行業(yè)產(chǎn)品的制造工藝水平；避免了
　　(2)調速范圍寬，20HZ-100HZ。
　　(3)控制簡(jiǎn)便、可*性高，電機采用開(kāi)環(huán)控制，使得整個(gè)變頻控制系統可*性提高、價(jià)格降低；
　　(4)高效率、功率因數高達0．95以上；
　　(5該系列電機與變頻控制、計算機聯(lián)網(wǎng)組成全自動(dòng)調速控制系統，性能優(yōu)于傳統的其它類(lèi)調速電機；
　　(6)電機的恒轉矩輸出和轉速不隨負載波動(dòng)的特性。通過(guò)變頻器有效控制，可使其輸出轉速保持恒定。
　　三、永磁同步電動(dòng)機在紡織行業(yè)中的應用
　　紡織行業(yè)中的驅動(dòng)電機常用的有交流異步電動(dòng)機、有刷直流電動(dòng)機和永磁同步電動(dòng)機（包括無(wú)刷直流電動(dòng)機）三大類(lèi)，它們的綜合特性比較見(jiàn)表。
　　三大類(lèi)電動(dòng)機的綜合特性比較表
　　機械特性過(guò)載能力可控性平穩性噪聲電磁干擾維修性壽命體積效率成本
　　交流異步電動(dòng)機軟小難較差較大小易長(cháng) 大低低
　　有刷直流電動(dòng)機軟大易較好大嚴重難短較小高較高
　　永磁同步電動(dòng)機（包括無(wú)刷直流電機）硬大易好小小易長(cháng) 小高較高
　　按照不同的機械的要求，電機驅動(dòng)又分為定速驅動(dòng)、調速驅動(dòng)
　　1、定速驅動(dòng)
　　紡織行業(yè)中有大量的生產(chǎn)機械要求連續地以大致不變的速度單方向運行　　對這類(lèi)機械以往大多采用三相或單相異步電動(dòng)機來(lái)驅動(dòng)。異步電動(dòng)機成本較低，結構簡(jiǎn)單牢*，維修方便，很適合該類(lèi)機械的驅動(dòng)。但是，異步電動(dòng)機效率、功率因數低、損耗大，而該類(lèi)電機使用面廣量大，故有大量的電能在使用中被浪費了。
　　2、調速驅動(dòng)
　　紡織行業(yè)中有相當多的工作機械，其運行速度需要任意設定和調節，但速度控制精度要求并不非常高。這類(lèi)驅動(dòng)系統在紡織行業(yè)中通常采用齒輪傳動(dòng)，通過(guò)齒輪變換工藝的設備如：FA506 FA507環(huán)錠細紗機，FA1603氣流紡，KV505牽伸加捻機等。但這些設備的機械結構比較復雜，故障率較高，維修難度大。
　　由于采用齒輪傳動(dòng)機械結構比較復雜，故障率較高，維修難度大，也就使同步電機在紡織行業(yè)的應用顯得很有意義。利用同步電機的調速精度高、調速范圍寬、控制簡(jiǎn)便、效率高的特點(diǎn)，將原有的齒輪傳動(dòng)系統簡(jiǎn)化為同步電機傳動(dòng)，可使原有的傳動(dòng)系統十分簡(jiǎn)潔，更改工藝無(wú)需變換齒輪，只需修改控制器的參數就可以，由于采用同步電機傳動(dòng)，取消了齒輪箱，有齒輪箱產(chǎn)生的如漏油、齒輪磨損、等一系列問(wèn)題也就迎刃而結。具體做法就是將同步電機通過(guò)法蘭或底座安裝在傳動(dòng)軸附近通過(guò)同步齒形帶傳動(dòng)。這種傳動(dòng)方式在環(huán)錠細紗機羅拉的傳動(dòng)，主軸電機的傳動(dòng)以及在氣流紡的應用效果都很不錯。下面我就以同步電機在轉杯氣流紡紗機中的應用為例子對同步電機在紡織行業(yè)的具體應用作一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。
　　傳統的氣流紡紗機車(chē)頭傳動(dòng)系統采用一臺車(chē)頭電機通過(guò)皮帶帶動(dòng)齒輪箱傳動(dòng)機器兩側的引紗卷繞和喂棉羅拉，現在市場(chǎng)銷(xiāo)售不錯的大卷裝氣流紡紗機為了更改工藝方便，也只是將引紗和喂棉的傳動(dòng)分別用兩臺電機傳動(dòng)，但仍保留齒輪箱。因此一直有一個(gè)問(wèn)題無(wú)法解決，就是齒輪箱漏油，齒輪磨損，可*性差，維修不方便等問(wèn)題。有許多工程師也想出了利用四臺變頻電機分別傳動(dòng)兩側的引紗和喂棉羅拉省去了齒輪箱。解決了齒輪箱漏油，齒輪磨損，可*性差，維修不方便等問(wèn)題，但又帶來(lái)了新問(wèn)題，由于異步電機存在轉差，就是異步電機的轉速是隨著(zhù)負載的變化而變化，變化幅度在紡機上經(jīng)實(shí)測達3％。這就造成了大紗和小紗時(shí)的紗線(xiàn)支數不同，而且兩臺相同的電機也存在轉速差異。使左右側的紗線(xiàn)支數差異較大，影響了產(chǎn)品的質(zhì)量。
　　氣流紡紗機對電氣傳動(dòng)的要求可以概括為："三高"和"一少"。：
　　高同步性(一臺紡紗機不同紡位的電機轉速要求橫向轉速一致，縱向比例同步)；
　　高精確性(轉速穩定，精確度)；
　　高可*性(至少保證一年安全連續運行8000h)。
　　少維修或免維修。
　　由于同步電動(dòng)機轉速精度僅決定于供電頻率精度，與負荷變化無(wú)關(guān)。為了保證纖維的纖度均勻，采用了高精度的變頻調速器和永磁式同步電動(dòng)機，無(wú)需采用閉環(huán)控制，就可以保證電機轉速精度達到0.1％~0.01％水平。因此很好的解決了氣流紡紗機對電氣傳動(dòng)的要求高的難題。
　　控制回路圖
　　永磁同步電動(dòng)機與變頻器的配合中，關(guān)鍵是個(gè)壓頻比的問(wèn)題。通用變頻器根據不同的電機特性可以設置不同的壓頻比。在實(shí)踐中發(fā)現，當電機不在自己的運行曲線(xiàn)下，電機將發(fā)生下列現象(1)不能啟動(dòng)；(2)電流增大；(3)噪音；(4)振動(dòng)；(5)溫升過(guò)高等問(wèn)題,一定要認真設置。
　　我門(mén)在一家紡織企業(yè)經(jīng)過(guò)實(shí)際測試在引紗變頻頻率為40.1HZ時(shí)，采用異步電機傳動(dòng)和采用同步電機傳動(dòng)進(jìn)行了對比，結果見(jiàn)下表。
　　電機類(lèi)型左側引紗空載右側引紗空載左側引紗帶負載右側引紗帶負載
　　同步電機 802 802 802 802
　　異步電機 781 752 743 711
　　從表中可以得出結論永磁同步電機的轉速性能大大優(yōu)于異步電機
　　四、永磁同步電動(dòng)機的應用前景
　　由于電子技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，永磁同步電動(dòng)機的控制技術(shù)亦已成熟并日趨完善。以往同步電動(dòng)機的概念和應用范圍已被當今的觀(guān)念大大擴展。可以毫不夸張地說(shuō)，永磁同步電動(dòng)機已在從小到大，從一般控制驅動(dòng)到高精度的伺服驅動(dòng)，從人們日常生活到各種高精尖的科技領(lǐng)域作為最主要的驅動(dòng)電機出現，而且前景會(huì )越來(lái)越明顯。

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