永磁同步電機的振動控制研究

付榮華 肖峰

摘 要：隨著科學技術的發展，永磁同步電機出現，其具有經濟效益好、無噪聲、容易控制的優勢，被廣泛應用在各個領域，并且取得了顯著成效。永磁同步電機在運行過程中會產生較大噪聲，因此要進行控制，改善實際效果。本文先介紹永磁同步電機的基本情況，再分析永磁同步電機的機理，最后論述控制策略，不斷提升運行水平。

關鍵詞：永磁同步電機;振動控制;有效策略

中圖分類號：TM341文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）05-0060-03

Abstract： With the development of science and technology， the emergence of permanent magnet synchronous motors has the advantages of good economic benefits， no noise， and easy control， which has been widely used in various fields and has achieved significant results. Permanent magnet synchronous motors will generate a lot of noise during operation， so control is needed to improve the actual effect. This paper first introduced the basic situation? of permanent magnet synchronous motors， then analyzed the mechanism of permanent magnet synchronous motors， and finally discussed the control strategy to continuously improve the operation level.

Keywords： permanent magnet synchronous motor;vibration control;effective strategy

噪聲和振動會影響永磁同步電機的運行效果，進而導致其產生更多問題，所以進行控制是非常必要的。人們要加強對永磁同步電機噪聲系統設計的研究，掌握工作原理，實現有效控制，取得良好效果。采用有效措施優化后，人們要開展振動測試，確保達到性能指標，發揮出更大作用，滿足生產活動對電力的需求。

1 永磁同步電機概述

永磁同步電機的工作原理是能量之間轉化，滿足人們對電能的需求，而勵磁電流是永磁同步電機運行的動力來源。一是直流發電機供電的勵磁方式，從本質上來看，借助滑環生成直流電流，比較簡單。二是交流勵磁機供電的勵磁方式，主要發揮交流勵磁的作用，確保電流供應的連續性、穩定性，操作比較簡單，具有較強的適用性。三是無勵磁的勵磁方式，在勵磁電流的基礎上進行整流才能獲得電能，一旦出現問題，電流互感器就會產生勵磁電流，解決了變壓器輸出不足的問題，保證系統正常運行。永磁同步電機是由永磁體產生同步旋轉磁場的同步電機，永磁體是轉子產生的來源，三相定子繞組會受到旋轉磁場的影響，進而發生電樞反應，感應三相對稱電流。永磁同步電機在發展中不斷完善，功能更加強大，可以滿足實際需求。隨著科學技術的發展，永磁同步電機逐漸完善，有著廣闊市場空間[1]。

2 永磁同步電機的特點

永磁同步電機可以將電機整體安裝在輪軸上，形成整體直驅系統，一個輪軸就是一個驅動單元，不需要用齒輪箱。永磁同步電機具有功率高、效率高的特點;永磁同步電機產生熱量比較少，電機冷卻系統在運行時不會產生較大噪聲;系統結構是全封閉的，構建出一個整體，出現故障的概率非常小，所以基本不用維護，減少了人員工作量;永磁同步電機可以承載較大的電流，穩定可靠;整個傳動系統質量輕，簧下重量較輕，在單位質量內，功率較大;在沒有齒輪箱的情況下，轉向架系統設計是很靈活的，如柔式轉向架、單軸轉向架，可以有效提升列車性能。

自動調節勵磁的核心是電壓，通過調節電壓來實現有效控制。為了進一步了解情況，人們要對電壓下降展開有效分析，找到其中存在的原因。如果是無功負荷電流造成的，在勵磁電流不變時，端電壓和無功電流之間存在一種聯系。為了確保供電的穩定性，發電機的端電壓要保持不變，具體操作方法是隨無功電流的變化，調節發電機的勵磁電流。

3 永磁同步電機的應用范圍

3.1 定速驅動

現代工業生產會用到大量機械，最常見的有風機、泵、壓縮機、普通機床等，一般都采用三相或單相電動機來驅動。異步電動機成本比較低，具有結構簡單、維修方便的特點，非常適合此類機械的驅動。異步電動機也存在弊端，運行過程中會出現浪費電能的情況。

3.2 調速驅動

很多機械運行期間，速度是需要人為調節的，包括包裝機械、食品機械、印刷機械等。20世紀中后期，電子技術和控制技術實現了飛速發展，異步電動機的變頻調速被應用到直流調速系統。和直流電動機相比，其具有制造工藝簡單、效率高、維護保養方便等優點，所以應用范圍不斷擴大，發揮出有效作用。

3.3 精密控制驅動

伺服電機在工業自動化領域發揮著重要作用，在實際應用時，人們要結合具體情況來選擇高精度的伺服控制系統。隨著辦公自動化設備的發展，配套關鍵部位微電機需求量變大，永磁同步電機的精度和性能要求也越來越高[2]。

4 永磁同步電機的機理

4.1 死亡區域引起的諧波

死亡時間是一個特殊時期，當諧波引入時，逆變器上的橋臂要和電機連接起來，器件運行所需時間會增加。當開關處于運行狀態時，功率管會被損壞，為了解決問題，人們要有效運用功率管互補信號，引入電流。為了正確認識互補開關和電壓的關系，人們要采用有效方法，對死亡區域進行分析，計算等效電壓高度，深入了解調制周期和載波比。死區會產生很大的影響，最明顯的就是基波電壓幅值出現波動，將電波引入死區，可以實現有效補償，讓永磁同步電機的轉矩脈動大大減少。人們可以通過分析電流互感器獲得的兩相電流幅值，了解轉子的位置信息。同時，要認真查表，進一步明確電壓矢量（會產生畸變電壓幅值）和補償量，最大程度減少死區電流產生的影響。人們要進行全面分析，深刻了解死亡區域引起的諧波，掌握永磁同步電機運行狀況，更好地控制，提升運行效率[3]。

4.2 諧波抑制

對電流進行采樣時，人們要意識到相電流的直流偏置量、三相電流傳感器的重要性，有效掌握互感器采樣幅值，保證數據信息的準確性、全面性，依據直流偏置來對電流波動進行有效分析，全面了解具體情況。永磁同步電機運行期間要進行坐標變換，其間受電流幅值誤差的影響，轉矩波動會變大，要做好減噪設計，同時做好電流環反饋檢測工作，發揮偏差補償消除法的作用，明確直流偏置，根據數字濾波器針來抑制諧波的干擾。永磁同步電機的硬件系統主要包括旋變通道單元、電源變換單元、過流保護單元、隔離驅動單元等。電流轉換單元是控制系統的主體部分，人們要科學分析不同等級電壓，明確電機軸的準確位置，標注相電流坐標信息，有效運用電流采樣單元，避免堵轉事故發生，提高電流反應速度[4]。

5 永磁同步電機振動噪聲的控制策略

噪聲一直是永磁同步電機運行中的重要問題，這和轉矩脈動有很大的關系，需要進行有效控制。永磁同步電機在運行中會產生諧波。諧波是多方面原因造成的，為了實現振動噪聲的控制，首先要明確原因，這是非常重要的前提條件。具體操作方法是用電子繞組將三相對稱有效連接，之后會產生畸變的感應電流和相電流，要采取有效方法進行分析，掌握相關情況。整個分析過程必須由專業技術人員來完成，否則會出現較大誤差。通過控制永磁同步電機振動噪聲，提升運行效率，人們可以創建相對穩定的生產環境，減少不利因素的影響。同時，要加強對振動噪聲控制策略的研究，結合實際情況，確保達到理想效果[5]。

永磁同步電機的控制系統正常運轉時，如果定子電流中的諧波發生反應，就會產生更多諧波，一直處于不斷增加之中。運行期間會產生噪聲，當電機固有頻率和電磁力波比較接近時，噪聲會變大，在情況嚴重時，永磁同步電機就無法正常運行。想要降低電流中的諧波，人們必須降低電磁力波，二者密切聯系。在變頻供電的過程中，要引入振動噪聲源，展開有效研究，對永磁同步電機的振動噪聲進行分析：逆變器開關頻率與電流諧波相互影響，噪聲隨之產生，將電流諧波引入逆變器中，電流會明顯上升，在控制振動源的基礎上，要掌握隨機開關頻率調制技術，主要是采用隨機開關頻率-死亡補償的方式來引入一定的電流諧波，對諧波起到抑制作用，達到降噪效果。永磁同步電機要想進行降噪處理，先要弄清楚振動和噪聲產生的原因，這是非常重要的。隨著科學技術的發展，永磁同步電機將會更新換代，振動和噪聲也會大大降低。

人們要將不同部件有機聯系在一起，開展死區補償前后情況分析，將所獲得的數據信息進行比較，基波是50Hz，低頻段是50～2 000Hz。人們要采用對比方法進行分析，就補償前后情況來說，傳統模式下，開關頻率的電流諧波幅值降低，電流諧波減少，諧波畸變率會明顯下降。對相關數據信息進行對比分析，在死區補償前后，開關頻率和二倍頻率的變化并不是很大，降低高頻率噪聲的同時，振動噪聲明顯削弱。人們要有效發揮死區補償策略的作用，依據混合隨機開關頻率來開展試驗工作，針對混合隨機開關頻率和死亡區補償策略做試驗，展開低頻率數據研究，指導輸出的電流諧波幅值會下降，噪聲自然也就變小，從總體來看，電流諧波的分布差異不是很大。在寬調速范圍下開展試驗測試，筆者發現，電流諧波降低后，永磁同步電機運行中產生的振動噪聲減少，更加平穩，5 000Hz中低頻段的電流諧波幅值在整個調速范圍內得到降低。人們要不斷優化死區補償情況，通過電流信息對諧波進行分析，提高隨機開關頻率，激發低頻電流死區效應。在相互作用的影響下，將逆變器引入電流諧波中，進行混合隨機開關頻率死區補償策略創新，可以優化永磁同步電機降噪效果。

6 結語

永磁同步電機是一種新型的動力設備，被應用在生產活動中，可以提供強大的動力支持。受結構特點的影響，永磁同步電機運行中會產生振動噪聲，嚴重影響使用效果。所以，要加強振動噪聲控制策略的研究，了解振動噪聲產生原因，并采取行之有效的措施，保證系統穩定、高效地運行。

參考文獻：

[1]張小媛，董正剛，李祥志.永磁同步電機的振動控制研究[J].科技創新導報，2018（21）：92.

[2]王成剛，晏芙蓉，何凡，等.永磁同步電機的振動控制分析[J].機械，2017（11）：1-3.

[3]李曉華，雷軼，劉成健.基于dSPACE的永磁同步電機低振動噪聲控制策略[J].電機與控制應用，2017（12）：47-53.

[4]劉興中，魏旭來，張顯亭.一種降低永磁同步電機振動噪聲的控制系統設計[J].微電機，2017（4）：68-72.

[5]緱覲.永磁同步風電機組傳動軸振動控制[J].中國新技術新產品，2019（22）：67-68.