永磁同步电机效率提升装置和方法

梁杰+郝境津

摘 要：该文描述了一种永磁同步电机的效率提升装置及方法，该装置包括转速控制器、微处理器、测量元件、半导体开关、逆变器、电机和负载。微处理器根据测量元件输入的电流信号和转速控制器输入的转速信号，计算出在效率最优情况下的相位角和运行电压，并向逆变器输出相位角和运行电压，以供逆变器驱动电机工作，无需电机详细参数，即可实现电机达到最佳效率。

关键词：转速控制器 微处理器 永磁同步电机 逆变器

中图分类号：TM35 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）07（a）-0114-02

电机内部转矩的大小取决于磁通量和转子电流之间的相位角。如果三相电子定子磁通量和定子电流是平行向量，则电机获得的力矩为0，如果两者的方向处于合适的夹角，则能产生最大力矩。传统技术通过控制程序获得合适的相位角，需要一个带反馈的闭环控制系统，以表明磁极位置。这种闭环控制系统通常需要在电机中安装3个传感器来执行，如编码器、光学增量器或电感式传感器。另外，也有使用无传感器控制方式来实现，其主要通过测量电机的感应电动势来达到控制目的。

1 存在问题及解决方案

1.1 存在问题

使用无传感器控制方式需要事先知道电机的额定电压、功率、额定电流、额定频率、电机极对数等众多参数，测量时会根据电流是否达到最低来判断是否达到最佳效率。这意味着对于不同相位或相位角来说，只有更高的电流绝对值才能达到同样的最佳状态，由于该测量电流可以是相电流、电机总电流、电阻器的电流或者半导体开关的电流中任意一个，这样会导致某个部分效率最佳，某些部分的效率降低。且在无传感器控制方式下，电机参数可能因环境（温度或湿度）的变化而变化，导致磁场估计错误和指定控制目标值的错误。

1.2 解决方案

文章提出一种永磁同步电机的效率提升装置及方法，利用微处理器，根据测量元件输入的电流信号和转速控制器输入的转速信号，计算出在效率最优情况下的相位角和运行电压，并向逆变器输出相位角和运行电压，以供逆变器驱动电机工作。该方法无需电机详细参数，即可实现电机达到最佳效率，避免因环境因素造成控制错误。

如图1所示，装置结构包括：磁场定向组件42、第一求和单元72、第一积分器74、第一传感器76、电机转换开关78、第二求和单元80、信号开关82、第二积分器84、倍增器86、第二传感器88、决策单元90、差分元件92和第三积分器94、微处理器95。

效率提升具体步骤如图2所示：微处理器通过逆变器控制电机在稳定负载和预设电压下运行，同时对电机电流进行取样并记录，然后逐步降低电压，如果电流没有随着电压的降低而降低，则让电机保持在该电流和电压下运行。如果有，则降低电压重复测量、取样和对比，直到电流不再降低，让电机保持在该电流和电压下运行，并记录该电流和电压作为最佳效率点参数。

该装置可作为球磨机、液压系统、电厂空冷岛、煤矿皮带机等负载的驱动。

2 实施效果

实现节电率15%～30%（见图3）。

3 结语

文章提出一种电机效率提升装置和方法，该装置包含微处理器，可根据测量元件输入的电流信号和转速控制器输入的转速信号，计算出在效率最优情况下的相位角和运行电压。相比于现有技术的无传感器控制方式需要电机某些特定参数才能达到控制目的，该文方案无需电机详细參数，可自行感应并获得最佳效率点参数，避免因环境因素造成控制错误，实现电机系统效率的提升15%～30%。

参考文献

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[2] 张德宏.永磁同步电机直接转矩控制理论基础与仿真研究[J].中国新技术新产品，2010（15）：11.

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