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新型自控變頻同步電機前景廣闊

    進入21世紀以來，隨著其新興應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬和節(jié)能環(huán)保的新要求，同步電機正在發(fā)展成為新型機電一體化交流調(diào)速系統(tǒng)，具有潛在的競爭力，在航空航天、高精度機床、超高速電機運行等諸多領(lǐng)域具有獨特的優(yōu)勢。

    隨著全數(shù)字化矢量控制變頻調(diào)速技術(shù)的商品化，同步電動機交流電力拖動系統(tǒng)的技術(shù)性能，達到并超過了直流電動機電力拖動系統(tǒng)。交流變頻同步電動機集直流電動機和交流電動機優(yōu)點于一身，既具有直流電動機優(yōu)良的調(diào)速性能，大的過載能力；又具有交流電動機體積小、重量輕、效率高，結(jié)構(gòu)簡單，免維護，運行安全可靠等優(yōu)點，很有發(fā)展前途。

    交流同步電動機已成為交流可調(diào)轉(zhuǎn)動中的一顆新星，特別是永磁同步電動機，電機獲得無刷結(jié)構(gòu)，功率因數(shù)高，效率也高，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速嚴格與電源頻率保持同步。

    自控變頻同步電機是伴隨電力電子技術(shù)、微電機技術(shù)、自動控制理論的進步發(fā)展起來的“電子控制電動機”成功范例，兼具有傳統(tǒng)交直流傳動特點，采用自控式調(diào)頻工作方式，從根本上解決了阻礙同步電機廣泛應(yīng)用的振蕩、失步的問題，同時具有運行效率高、可靠性好、調(diào)速范圍寬、動態(tài)響應(yīng)好、適用于高速、惡劣環(huán)境等優(yōu)點，已成為電氣傳動發(fā)展的標志之一。可以預(yù)見，新型自控式變頻同步電機仍將不斷出現(xiàn)。

    自控變頻同步電機在原理上和直流電機極為相似，用電力電子變流器取代了直流電機的機械換向器，如采用交—直—交變壓變頻器時叫做“直流無換向器電機”或稱“無刷直流電動機”。傳統(tǒng)的自控變頻同步機調(diào)速系統(tǒng)有轉(zhuǎn)子位置傳感器，現(xiàn)正開發(fā)無轉(zhuǎn)子位置傳感器的系統(tǒng)。同步電機的他控變頻方式也可采用矢量控制，其按轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制比異步電機簡單。

    當今信息技術(shù)高度發(fā)展，各種計算機外設(shè)和辦公自動化設(shè)備也隨之高度發(fā)展，與其配套的關(guān)鍵部件微電機需求量大，精度和性能要求也越來越高。對這類微電機的要求是小型化、薄形化、高速、長壽命、高可靠、低噪聲和低振動，精度要求更是特別高。同時，其在工業(yè)自動化領(lǐng)域的運行控制中扮演了十分重要的角色，應(yīng)用場合的不同對伺服電動機的控制性能要求也不盡相同。

    據(jù)了解，近10年來，隨著電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展，電氣傳動技術(shù)面臨著一場歷史革命，即交流調(diào)速取代直流調(diào)速和計算機數(shù)字控制技術(shù)取代模擬控制技術(shù)已成為發(fā)展趨勢。電機交流變頻調(diào)速技術(shù)是當今節(jié)電、改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動技術(shù)進步的一種主要手段。這為電機提供了巨大的市場和發(fā)展空間。

    進入21世紀以來，隨著其新興應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬和節(jié)能環(huán)保的新要求，今后自控變頻同步電機的研究焦點和發(fā)展方向是什么呢？經(jīng)過研究，筆者認為，相對于發(fā)展較為成熟的無換向器電動機，同步電機正在發(fā)展成為新型機電一體化交流調(diào)速系統(tǒng)，具有潛在的競爭力，在航空航天、高精度機床、超高速電機運行等諸多領(lǐng)域具有獨特的優(yōu)勢。

    筆者認為，包括電動機本體、功率變換器、控制器位置檢測器在內(nèi)的整體非線性仿真建模及系統(tǒng)設(shè)計；引用先進控制策略來提高同步電機的動態(tài)性能和功能指標；無位置傳感器自控變頻電機轉(zhuǎn)子位置間接檢測以及瞬時轉(zhuǎn)矩脈動、振蕩、噪聲分析與控制將是未來研究的熱點和難點。