_变频空调驱动电机的弱磁控制

直流变频空调 180正弦波驱动技术2009年对变频空调在中国的发展而言，是具有特殊意义的一年。

在国家节能产品产业政策的引导下，《房间空调器能源效率限定值及能效等级》即将出台，如果空调能效限定值进一步提升，将会加速变频空调在国内的推广。

变频空调最显著的特点是节能、舒适性好，因此在日本和欧洲国家得到了大规模推广，在日本的普及率甚至超过99%。

相信在能源紧缺的中国，变频空调的大规模上市为时不远。

变频空调驱动演变历程1.AC变频驱动：这是变频空调早期产品，国内一些厂家已拥有成熟的技术，AC变频空调的市场在减小。

2.DC120°方波变频驱动：该方案技术相对成熟，已有部分国内厂家掌握。

市场上，亦有大批量成熟产品。

3.DC150°广角波变频驱动：推广该方案的企业以日系企业为主，国内还处于研究状态时，其即被新的180°正弦波驱动方案所替代。

4.DC180°正弦波驱动：该技术初期在日本较为成熟，进入国内已有5年左右的历史，主要是日系企业在推广。

与交流、DC120°方波变频驱动、DC150°广角波变频驱动等方案相比，其具有噪声低，振动性能好的特点，关键是符合压缩机及空调系统高能效化的发展要求，代表了变频空调技术的发展方向。

国内变频空调驱动技术研发状况国内变频空调驱动技术的研发起步晚于日本，但在近十多年得到迅猛发展，采用AC、DC变频驱动技术、甚至DC180°正弦波驱动技术的变频空调产品已大量出口和内销。

目前，国内一些专业厂家已经掌握变频空调驱动技术，并已向空调整机企业提供变频控制器产品的技术服务。

如上海新源变频电器股份有限公司已经成立十多年，一直致力于变频空调驱动控制技术的研究与应用，成功开发并大量推广AC、DC系列变频空调控制器，其技术水平与国外先进技术同步，拥有其自主研发的直流变频180°正弦波驱动技术的知识产权，成熟产品已在市场批量推广。

变频空调中永磁同步电机的高性能控制摘要：随着能源危机的不断加剧，节能减排成为当今社会发展的重要议题。

变频空调作为一种节能环保的设备，其性能和控制方法受到了广泛的关注。

永磁同步电机作为变频空调中的重要组成部分，其控制方法对于整个系统的性能具有重要影响。

本文将介绍变频空调中永磁同步电机的高性能控制方法，包括矢量控制、直接转矩控制、滑模变结构控制、模型参考自适应控制、神经网络控制、反步控制和非线性解耦控制等方法。

关键词：永磁同步电机；变频空调；控制方法；引言随着能源短缺和环境问题的日益突出，高效节能的空调成为市场需求的主流。

变频空调由于其显著的节能效果和高度适应性，被广泛用于各种场合。

在变频空调中，永磁同步电机作为一种先进的驱动方式，能够实现高精度、高效率的控制。

本文将探讨永磁同步电机在变频空调中的应用及高性能控制策略。

一、永磁同步电机概述永磁同步电机是一种基于永磁体励磁的同步电机，其转子结构通常采用永久磁铁进行励磁。

与异步电机相比，永磁同步电机具有更高的效率和功率密度，因此在许多高精度、高效率的电力驱动应用中被广泛采用。

二、永磁同步电机基本原理永磁同步电机的工作原理基于法拉第电磁感应定律。

当导体在磁场中切割磁力线时，导体中会产生电动势，从而产生电流。

在永磁同步电机中，导体（通常为铜线）嵌入在定子槽内，而永磁体作为转子置于定子内侧。

当转子旋转时，导体在磁场中切割磁力线，从而产生感应电动势。

感应电动势的大小与导体切割磁力线的速度和磁场的强度有关。

三、优势及缺点永磁同步电机的优势主要表现在以下几个方面：1. 高效率：由于其转子结构简单，无需外部励磁电源，因此运行效率高。

2. 高功率密度：由于其转矩和转速特性优良，因此具有较高的功率密度。

3. 精确控制：采用磁场定向控制等技术，能够实现精确的速度和转矩控制。

4. 适用范围广：适用于高、低速范围运行，且具有较强的过载能力。

然而，永磁同步电机也存在一些缺点：1. 依赖稀土资源：其转子通常采用稀土永磁材料，因此制造成本较高。

变频电机弱磁曲线
变频电机弱磁曲线是指变频电机在低负载或空载情况下的磁化特性曲线。

这个曲线通常用来描述电机在低电流和低磁通下的性能，即在电机未承受负载或仅受到轻负载时的磁场特性。

变频电机弱磁曲线的关键特点包括：
1.非线性特性：在弱磁区域，磁场特性通常是非线性的，这意味
着电机的磁化特性不遵循线性磁化规律。

2.磁滞：在弱磁区域，电机的磁滞效应明显，即在磁场的变化方
向上存在一定的延迟和迟滞，导致电机的响应不是瞬时的。

3.饱和：在弱磁区域，电机的铁芯通常尚未完全饱和，这意味着
增加电流并不会线性增加磁通，而是逐渐饱和，磁通增加的速
度会减小。

4.低效率：在弱磁区域，电机的效率通常较低，因为电机产生的
磁通相对较小，需要更多的电流来实现所需的输出。

变频电机弱磁曲线对于电机设计和性能评估非常重要，特别是在需要高精度控制和响应的应用中。

了解电机的弱磁特性有助于优化电机的控制算法，提高电机的效率和性能。

这些曲线通常由制造商提供，并可用于电机的设计和选型。

永磁同步电机的弱磁控制方法
永磁同步电机的弱磁控制方法主要是通过改变电机的定子电压来实现。

具体的方法包括：
1. 降低定子电压：降低定子电压可以减少磁场的强度，从而实现弱磁控制。

可以通过调节主控制器的输出电压或者使用变压器等方式降低定子电压。

2. 改变定子电流相位：可以通过改变定子电流的相位来改变磁场的强度。

通过控制主控制器的开关方式，可以改变电流的相位，从而达到弱磁控制的目的。

3. 调节磁场励磁：可以通过调节电机的励磁电流来改变磁场的强度。

通过控制主控制器的励磁电流，可以实现弱磁控制。

4. 使用矢量控制方法：矢量控制方法是一种智能控制方法，可以通过控制电流和磁场的方向来实现弱磁控制。

通过计算电机的电流和磁场的方向，然后调节主控制器的输出，可以实现弱磁控制。

总的来说，弱磁控制方法主要是通过调节定子电压、定子电流相位、励磁电流或使用矢量控制方法来实现。

这些方法可以有效地控制永磁同步电机的磁场强度，从而实现弱磁运行。

第12卷第2期2005年4月工程设计学报Journa l of Eng i neer i ng D esignV o l .12N o.2A p r .2005收稿日期:2004212213.作者简介:颜钢锋(1959-),男,浙江永康人,教授,从事智能控制、电力电子应用等研究,E 2m ail :ygf @lee .zju .edu .cn .弱磁控制在变频矢量控制系统中的应用颜钢锋,李　锋(浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027)摘　要:随着电力电子器件和数字信号处理器的发展,基于D SP 的变频矢量控制逐渐成为电机控制的趋势Λ在介绍弱磁控制原理的基础上,将弱磁控制融入控制策略中Λ试验结果表明,系统的调速范围宽,动态响应快,性能优良Λ关键词:弱磁控制;变频调速;矢量控制中图分类号:TM 921.51 文献标识码:A 文章编号:10062754X (2005)022*******Appl ica tion of f lux -weaken i ng con trol i n var i able frequency andadjustable speed vector con trol systemYAN Gang 2feng ,L I Feng(Co llege of E lectrical Engineering ,Zhejiang U niversity ,H angzhou 310027,Ch ina )Abstract :W ith the developm en t of so lid state pow er devices and D SP ,variab le frequency vecto r con tro l based on D SP has been the trend fo r electrom o to r con tro l.O n the basis of in troducing ,the p rinci p les of flux 2w eaken ing con tro l ,flux 2w eaken ing con tro l is em erged in to con tro l strategy .T he resu lt of experi m en ts indicates that such system ach ieves b roader range ofadju stab le sp eed ,faster dynam ic respon se and better p erfo r m ance .Key words :field w eaken ing con tro l ;frequency conversi on and variab le speed ;field o rien ted con tro l 三相永磁同步伺服电机的模型是一个多变量非线性强耦合系统,为了对其进行控制,必须对转矩的控制参数进行解耦Ζ转子磁场定向控制是一种常用的解耦控制方法[1]Ζ如图1,三相永磁同步电动机的转矩方程为T m =p (7d i d -7q i q )=p [7f i q -(L d -L q )i d i q ],(1)式(1)中,7d ,7q 为定子磁链在d ,q 轴上的分量;7f是转子磁钢在定子上的耦合磁链,它只有在d 轴上存在;p 是转子的磁极对数;L d ,L q 是永磁同步电动机d ,q 轴的主电感Ζ对于凸极式转子,L d =L q ,转矩方程变为T m =p 7f i q =p 7f i s sin Β.因为是永磁转子,7f 是一个不变的值,所以只要保持i s 和d 垂直,就可以像直流电动机控制那样,通过调整直流量i q 来控制转矩,从而实现控制参数的解耦Ζ矢量控制就是仿照直流电动机的控制方式,把d oq 同步旋转坐标系放在转子上,随转子同步旋转,把电流矢量分解为产生磁场的电流分量(励磁电流)和产生转矩的电流分量(转矩电流),分别加以控制Λ系统以T I 公司的电机控制专用芯片2407A 为核心,采用转速和磁通都闭环的矢量控制策略,电路简单方便Λ试验结果表明,系统的响应速度快,同时由于采用弱磁控制,使得系统实现了很宽的调速范围Λ图1　电机磁场矢量图F ig .1　M agnetic field vecto r of electromo to r1　弱磁控制电机超过基速以上运行时,因永磁转子的励磁磁链为常数,所以电动机的感应电动势随转速增加而增加,端电压也随之增加,但端电压要收逆变器最高电压U 的限制,通过削弱磁场的方法可以在保持端电压不变的情况下提高转速,这种方法称为弱磁控制Ζ如图2所示,电机变频调速的时候分为3个区域:(1)恒转矩区,也就是常说的基频以下调速;(2)恒功率区;(3)恒(功率×速度)区Ζ图2　机械特性F ig .2　M ach ine characteristic 在试验中系统对d 和q 轴的电压控制是通过P I 方式调节的,饱和装置用于限定i d 的上下限,如图3所示,V d r ,V qr 分别是定子在旋转坐标系中的参考电压分量,由V r =V 2d r +V 2qr 计算出的值与电机的反电动势进行比较,为了使得定子电流不超过其额定值i s m ax ,i d r 与i qr 应满足i q m ax =i 2s m ax -i 2qr ,平方根采用牛顿迭代法求得Ζ通过这样来确定的相电流,可以使相电压保持在名义电压值下工作,从而达到希望的转速,同时又使相电流不会超过其额定值,达到了在基速以上调速的目的Ζ2　系统的结构及其软硬件的实现[3]2.1　系统的结构该系统采用交2直2交电压型变频电路,分为主电源电路和控制电路两大块Λ主电源电路主要由整流电路、滤波电路及智能功率模块IPM 构成的逆变电路组成;控制电路以T I 的D SP 芯片TM S 320F 2407A 为核心,包括电流检测模块、转速检测模块、保护模块、通信模块和显示模块Λ其系统硬件结构框图如4所示Λ图3　弱磁控制算法F ig .3　A rithm etic of field w eakening contro l图4　系统硬件框图F ig .4　System hardw are fram e 系统的指令由上位机发出,两者之间采用串口通信,并实时显示电机的转速Λ整个控制系统框图见图5Λ・201・工　程　设　计　学　报第12卷图5　控制系统框图F ig .5　T he contro l system fram e2.2　系统的硬件电路2.2.1　逆变电路与转速测量[4]系统的逆变采用PWM 方式,用智能功率模块IPM 作为功率开关器件,选用三菱公司的IPM 模块,耐压1200V ,额定电流为10A 的IPM 模块:PM 10R SH 120Λ系统转速测量采用的是增量式光电编码器,该系统采用欧姆龙公司的旋转编码器,型号是E 6B 22C W Z 6C ,光电脉冲编码器的A ,B 输出通过高速光隔接到TM S 320F 2407A 的Q EP 1,Q EP 2上Λ2.2.2　电流检测电路电流检测模块就是把交流异步电机的三相定子电流转换成相应的二进制代码,以方便处理Λ因为本课题研究的是三相平衡系统i a +i b +i c =0,因此只要检测其中两路电流,就可以得到三相电流Λ系统中采用的L E M 模块型号为BL YT 52CN P 12C 4,测流范围为0～5A ,其工作电压为±15V Λ2.3　系统的软件设计[2,4]由于系统对电的反应时间比对转速的反应时间快很多,所以该系统设计中,对转速的采样计算是每28个PWM (pu lse w idth m odu lati on )周期计算一次,中断流程如图6所示Λ图6　中断控制流程图F ig .6　T he flow chart of the interrup t contro l・301・　第2期颜钢锋,等:弱磁控制在变频矢量控制系统中的应用3　试验结果该系统的试验对象是一台三相同步永磁电机,额定转速是3000r m in ,额定功率是680W ,额定转矩是2.2N ・m Λ电机在20H z 和70H z 两种频率下定子的相电流波形如图7和图8所示Λ然后设定频率为40H z 时,对从空载突变到负载时的转速和相电流进行观察,测量的波形如图9所示Λ图7　20Hz 时定子的相电流波形F ig .7　Phase w ave of stato r at 20Hz图8　70Hz 时定子的相电流波F ig .8　Phase current w ave of stato r at 70H z由图9可以看到,当系统的转矩突然发生变化图9　系统突变时转速和相电流变化图F ig .9　T he ro tate speed and phase current movem entw ave时,系统转速、相电流响应快速,稳态误差近乎3%,系统的动静态性能较好Λ从以上的分析和试验结果可见,将弱磁控制融入变频矢量调速系统中后,系统的变频性能得到改善,在空载和负载情况下,系统的调速范围宽,响应速度快,性能良好Λ参考文献:[1]王晓明.电动机的D SP 控制2T I 公司D SP 应用[M ].北京:北京航空航天大学出版社,2004.WAN G X iao 2m ing .Contro ling E lectromo to r w ith D SP —the A pp licati on of D SP of T EXA S Instrum ents [M ].Beijing :BeijingU niversityofA eronautics&A stronautics P ress ,2004.[2]陈国金.交流电动机矢量控制的D SP 实现[J ].机电工程,2004,21(6):27-30.CH EN Guo 2jin .R ealizati on of A C mo to r vecto r contro l basedonD SP [J ].M echanical&E lectricalEngineering ,2004,21(6):27-30.[3]赵文祥.基于D SP 的全数字矢量控制SV P WM 变频调速系统[J ].电机与控制学报,2004,8(2):175-178.ZHAOW en 2xiang .T hedigitalvecto r 2contro lledSV P WM variable frequency speed -adjustable system based on D SP [J ].E lectric M ach ines and Contro l ,2004,8(2):175-178.[4]刁红泉.基于单片机的改进型五相混合式步进电机驱动器设计[J ].工程设计学报,2004,11(1):19-22.D I AO Hong 2quan .D esign of five 2phase hybrid stepp ing mo to r refo r m ative driver based on M CU [J ].Journal of Engineering D esign ,2004,11(1):19-22.・401・工　程　设　计　学　报第12卷。

变频器的磁场调节技术随着工业自动化水平的不断提高，变频器作为一种重要的电力控制装置，被广泛应用于各个领域。

在变频器的工作过程中，磁场调节技术起到至关重要的作用。

本文将介绍变频器的磁场调节技术及其应用。

一、磁场调节技术的概念和原理磁场调节技术是指通过改变电机的磁场强度和方向来实现对电机运行状态的控制。

变频器通过控制电机的输入电流，通过调节驱动器输出电压的频率和幅值，使电机的磁场发生变化，从而实现对电机的速度、转矩和位置等参数的调节。

二、磁场调节技术的分类磁场调节技术可以分为磁场强度调节和磁场方向调节两种类型。

1. 磁场强度调节磁场强度调节是指通过改变电流大小来调节电机产生的磁场强度。

变频器通过控制电机输入电流的大小，可以实现对电机的转矩和速度的调节。

磁场强度调节常用于对电机的启动和停止过程进行控制，可以实现平稳起动和减速停止，提高电机的运行效率。

2. 磁场方向调节磁场方向调节是指通过改变电流方向来调节电机产生的磁场方向。

变频器通过控制电机输入电流的方向，可以改变电机的转矩方向和运动方向。

磁场方向调节常用于对电机的正转、反转和换向控制，可以实现电机的正反转和正反转频率的调节。

三、磁场调节技术的应用磁场调节技术广泛应用于各个领域的电机控制中，特别是在工业自动化生产线中的应用最为常见。

1. 工业生产线中的应用在工业生产线中，变频器通过磁场调节技术可以实现对电机的转速和转矩的调节，从而实现生产线的自动化控制。

通过精确的磁场调节，可以提高生产线的生产效率和产品质量，降低能耗和物料损耗。

2. 交通运输领域中的应用在交通运输领域中，磁场调节技术被广泛应用于电动汽车和电动列车等交通工具的驱动系统中。

通过精确的磁场调节技术，可以实现对电动交通工具的速度和转矩的调节，提高交通工具的运行效率和能源利用率，减少对环境的污染。

3. 家电领域中的应用在家电领域中，磁场调节技术被广泛应用于洗衣机、冰箱、空调等家用电器的驱动系统中。

关于电机在弱磁状态下的调速问题什么叫弱磁呢?什么情况下应该考虑这个问题呢?答：当电机需要超过额定转速运行时，需要用到弱磁，弱磁出现在直流控制中的较多,直流电机在满磁下在额定速度下可以输出最大转矩,要想得到更高的速度就得减小励磁,但是是以减小转矩为代价的.一般直流调速器用到的多.弱磁的概念来自于直流传动控制，在其速度计算公式中速度与磁场的强度成反比。

一般电机的控制在其达到额定转速之前是按照恒转矩方式进行控制的，电机速度与电枢电压成正比，而达到了额定转速后则按照恒功率方式进行控制，电枢电压恒定，电机速度与磁场强度成反比。

交流电机的矢量控制是根据直流电机的模型进行控制的，因以沿用了直流电机的概念。

变频器输出电压不会超过进线电压.现在一般电机额定电压是380额定频率是50,电源电压一般也是380,当频率超过50.但输出电压不能超过380,导致磁通变小,自然回导致力矩下降.若电机额定频率是100HZ额定电压380,那在100HZ以上才是弱磁区.转矩闭环是相对于电流闭环而言的（不讨论转速闭环，因这和转速闭环不冲突）。

对恒磁通情况，转矩是正比于电流的。

但对于变磁通方式，转矩并不只正比于电流，还与磁通（并不是励磁电流）成反比。

在电流闭环情况下，当电机弱磁时，功率不变，但转矩降低，降低的原因是电流受控制系统限制不再增加，而磁通却减小了。

在转矩闭环情况下，当电机弱磁时，为保证转矩不降低，输出电流要相应的增加以弥补磁通减小的损失。

此时电机会处于过载状态，输出功率也就相应的增大了。

电机输出高于额定功率的功率不是什么稀奇的事，只要电机能承受，闭环系统的优越性就可以发挥的淋漓尽致！关于电机在弱磁状态下的调速问题在电机应用上必须保证在额定转速以下呢?如果要超过了额定转速应该调整有关弱磁方面的哪些参数呢?在传动专业，调速范围和弱磁升速尽管是专业术语，但也是热点专业知识，就是说，大量应用的专业知识。

如果一个电机，讨论它的调速范围和驱动能力的话，不会不涉及弱磁调速、恒转矩特性、恒功率特性等概念，因为一个电机的外特性，就把这个电机的特性包括了。

弱磁控制原理弱磁控制原理一、概述弱磁控制是指在某些电动机的起动和运行过程中，将电机的励磁电流降低到一定程度，使得电机的输出功率略有降低，但可以大幅度地节省能源。

这种技术被广泛应用于各种类型的电机中，如交流异步电机、直流电机、永磁同步电机等。

本文将详细介绍弱磁控制的原理及其应用。

二、弱磁控制原理1. 弱磁控制的基本思想弱磁控制是通过调节电动机的励磁电流来实现降低输出功率和节能的目的。

在正常运行时，励磁电流通常较高，但在某些情况下，如负载较轻或要求较低的速度精度时，可以适当地降低励磁电流。

这样做可以减少铜损耗和铁损耗，从而达到节能减排、延长设备寿命等效果。

2. 弱磁控制对输出特性的影响在弱磁状态下，由于励磁电流的降低，电机的输出功率也会相应地降低。

但是，由于铜损耗和铁损耗的减少，电机的效率却有所提高。

因此，在一定范围内，弱磁控制可以实现节能的同时不影响电机的正常工作。

3. 弱磁控制对电机运行稳定性的影响在弱磁状态下，由于励磁电流较低，电机转子上的永磁体或感应器件所产生的磁场将会对励磁线圈产生一定程度上的干扰。

这种干扰可能会影响到电机运行的稳定性和精度。

因此，在使用弱磁控制时需要根据具体情况进行合理调整。

4. 弱磁控制对系统响应速度的影响在弱磁状态下，由于输出功率较低，电机响应速度也会相应地减慢。

这可能会影响到某些需要快速响应的场合。

因此，在使用弱磁控制时需要根据具体情况进行合理调整。

三、弱磁控制技术在不同类型电机中的应用1. 交流异步电机中的应用在交流异步电机中，弱磁控制可以通过调节励磁电流来实现降低输出功率和节能的目的。

这种技术被广泛应用于风机、水泵等负载较轻的场合。

此外，在一些需要精确控制转速的场合，如纺织机械、卷绕机等，也可以使用弱磁控制技术。

2. 直流电机中的应用在直流电机中，弱磁控制可以通过调节励磁电流来实现降低输出功率和节能的目的。

这种技术被广泛应用于风机、水泵等负载较轻的场合。

此外，在一些需要快速响应和高精度控制的场合，如半导体设备、医疗设备等，也可以使用弱磁控制技术。

高压变频器控制弱磁风电机技术研究近年来，风力发电作为一种清洁能源，备受关注。

为了提高风力发电的效率和稳定性，越来越多的研究者开始关注磁场调节技术，其中弱磁风电机技术备受重视。

而高压变频器控制是弱磁风电机技术中的重要方向之一。

一、弱磁风电机的概念与特点弱磁风电机是弱磁的永磁同步风力发电机，是一种磁场调节技术的应用。

与传统风力发电机相比，弱磁风电机具有以下几个特点：1. 电磁转矩与电流呈正比关系，适应风能变化的特点，提高了发电效率和稳定性。

2. 磁场的可调节性，可以根据风速随时调节转矩和速度控制，使发电机运行在最佳状态。

3. 由于磁场弱，减小了磁损耗和转子铁损耗，从而提高了机组的效率和寿命。

二、高压变频器控制的原理和优点高压变频器控制是一种先进的无级变频技术，可以实现精密的控制，具有以下优点：1. 模块化设计，易于安装和维护。

2. 高效率、低噪音，可以实现快速响应，大幅度提高整机的控制精度和响应速度。

3. 可以实现自适应变频，根据风速变化、负载变化等自动调节。

4. 具有多种保护功能，如过流保护、过压保护、欠压保护、过温保护等，具有高度的安全性和可靠性。

三、高压变频器控制弱磁风电机的技术研究高压变频器控制技术在弱磁风电机中的应用，需要克服一些技术难点。

1. 磁场实时调节技术。

由于弱磁风电机需要实时调节磁场，而高压变频器控制技术通常采用PWM调制控制方法，需要实现高精度的磁场控制。

2. 变频器与电机匹配技术。

按照电机的特性来选择变频器可以提高变频器控制效率，但是需要克服变频器与电机匹配不良引起的控制精度不佳等问题。

3. 电子元器件可靠性问题。

在高温环境下电子元器件的可靠性是一个重要的问题，需要采用高可靠性、耐高温的元器件。

四、结论高压变频器控制技术是弱磁风电机技术中的重要方向之一，可以提高整机效率和稳定性，但是需要克服技术上的一些难点和问题。

未来，高压变频器控制技术与弱磁风电机技术的不断升级将为风力发电行业带来更加清洁、高效、可靠的风力发电解决方案。