关键词：永磁电机　驱动　控制　集成开发

　　一 永磁电机驱动系统

　　永磁电机的应用主要包括两类，一类用于异步起动的同步电动机，另一类用于运动控制系统和传动。前者主要为了节能的目的，因为永磁同步电动机的效率、功率因素都高于异步电机，其电源是50Hz的三相交流电，但同步电动机不能在高频直接起动，转子上需放置起动绕组。后者则需要调速，需要专用的电源变换装置，俗称变频器或驱动器。小于5kW的永磁电机驱动系统大部分用于伺服控制，即控制系统的转矩、速度、位置、加速度，甚至加速度的变化率，改善应用系统的动态过程。在日本，这类小功率的应用系统被称为机械电子系统，欧美则称为运动控制系统。功率较大的系统即功率从5kW到30kW，一般称为传动系统，因为这类系统主要用来控制系统的速度，位置及加减速不是重要指标。在我国笼统地将运动控制系统和数十千瓦的传动系统称为驱动系统。

　　用于上述第二类的永磁电机常常称为永磁无刷电机，根据电流或电势波形可分为无刷直流和无刷交流两种。用逆变器和位置传感器代替直流电机的电刷和换向器，并将电枢绕组放到定子上，磁极移到转子上就得到直流无刷电机，转子发热显著改善，传

感器采用霍尔(Hall)元件或光电器件，转子每转60°电角度产生一个位置信号，任一瞬间只有两相绕组导通，即120°通电方式，绕组电流为方波或梯形波，控制软件简单。无刷交流电机也叫永磁同步电机，绕组电流为正弦波，多采用磁场定向控制，又称矢量控制，传感器为相对或绝对编码器，分辨率从每转几百到几千个脉冲。因此，无刷直流电机多用于调速场合，永磁同步电机多用于速度及位置控制等伺服系统。

　　在30kW以下的调速系统中，永磁电机调速系统和异步电机调速系统相比有以下优点：

　　(1)节能：由于异步电机的绕组电流包含励磁电流分量，同样功率的电机，永磁电机的效率高于异步电机；

　　(2)可控性：方波控制的直流无刷电机比电压频率比恒定的开环控制的异步电机速度响应快CONTROL ENGINEERING China版权所有，永磁同步电机的磁场定向控制比异步电机的磁场定向控制简洁，控制性能较少受电机参数变化的影响；

　　(3)省材料：永磁电机的功率密度高于异步电机，同样的输出功率，机座号显著减小，节省的硅钢片和漆包线等材料，弥补了永磁电机中永磁材料的成本。

　　近年，随着我国产业结构的调整和升级CONTROL ENGINEERING China版权所有，需要大量电机驱动系统，不论是原来使用异步电机以恒定转速运转的场合，还是已用异步电机调速系统的场合，改用永磁电机驱动系统都有其独特的优势。用于工业缝纫机的550W伺服系统，以及油田螺杆泵1000Nm驱动系统是这类系统的两个典型应用。但工业缝纫机厂和螺杆泵厂只掌握应用工艺，没有能力开发驱动系统。通用的异步电机的制造和设计在国内的电机厂都能完成www.cechina.cn，而且已经标准化、系列化，永磁电机的设计和制造还处于起步阶段，况且电机厂不具备驱动和控制部分的开发和生产能力。通用变频器不适合特定的永磁电机和应用工艺，变频器生产商不愿意为这部分刚开始研发的用户投入精力。这种局面对异步电机调速系统却好得多，驱动和电机在市场上都能采购到，用户只需开发控制器，在某些场合，控制器就是通用PLC，再写入相应工艺软件。

　　因此，为加速永磁电机驱动系统的研发和产业化进程，必须采取集成开发的策略。集成开发不等于系统集成，后者是将成熟的各部分通过适当的硬件或软件连接成系统，完成某一特定的工艺。当各部分还不成熟时，就要根据系统目标，综合考量，重点研发，这是集成开发的特点。

　　在日本和欧美等国，领先的功率电子技术和微控制器技术促进了电机驱动系统的发展，厂家有能力对这3部分进行综合的研究和开发。我国对永磁电机驱动系统的开发和应用还处于起步阶段。如何借鉴国外经验，发挥研发机构、制造厂家、用户各自的优势，加强三者的联系，攻克技术瓶颈，尽快推广这一技术的应用，值得各方面思考和探索。

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　　本文在分析我国研发和推广永磁电机驱动系统面临的现状后www.cechina.cn，从永磁电机、驱动、控制集成开发的观点，介绍应用于工业缝纫机和油田螺杆泵驱动的永磁电机驱动系统，最后就我国开发永磁电机驱动系统，提出一些关键技术进行探讨。

　　二 工业缝纫机永磁同步伺服系统

　　我国是服装生产大国，也是缝纫机生产大国，全世界的工业缝纫机绝大部分在我国制造，平缝机是工业缝纫机的主要机种，年产量在300万台以上。到目前为止，85%以上的平缝机的动力仍是利用电磁滑差离合器调速的异步电机，主要存在以下不足：

　　(1)调速系统效率低；

　　(2)适应不了新的缝纫功能，如自动剪线、前后回缝、拨线、针位控制等。要克服以上不足，必须去掉电磁滑差离合器，由电机直接带动负载。新的永磁同步伺服系统必须具备速度和位置控制的功能控制工程网版权所有，具体指标和功能如下：

　　(3)运行范围宽，从200～6000r/min；