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利用变频器对真空挤奶系统进行闭环控制,可节约能源 利用变频器对真空挤奶系统进行闭环控制,可节约能源

我们在前面的一篇文章中讨论过,变频器是用来控制异步电动机的。它们简单、廉价、可靠,是世界范围内工业的主力军。然而,最近的技术进步激励了许多其他类型的电机的发展,这些电机也可以由变频器控制。这些电机往往更适合于特定的应用,或因为他们更有效而被越来越多地选择。但别忘了感应电动机的效率也在提高。一台高效的电机意味着电机的耗热更少,或者电机尺寸更小,但最重要的,是耗能的减少。


永磁电机(PMM)已经存在了一段时间。从基本结构上来说,感应电动机的转子,从原来的由绕组嵌入钢片组成,被一系列永磁体代替,如图1所示。

图1 永磁电机横截面(简化)


对定子绕组施加变频电源,旋转磁场将与转子中的磁铁相互作用,产生转矩。现在转子中没有电流,所以没有转子损耗,这使得永磁同步电机效率更高,甚至体积更小。


然而,控制它们并不像控制感应电动机那样简单。永磁同步电机的固有阻尼较小,因此产生转矩脉动的趋势更大。为了控制这一点,变频器需要在矢量控制中运行。我们将在后面的文章中详细介绍这一点,但可以说,使用矢量控制“动态”地控制转矩和磁通量会使永磁同步电机运行更加平稳。


在启动时检测转子中磁铁的位置也很有用,以实现平稳启动和良好运行。变频器中的软件可以做到这一点,但会导致启动稍微延迟。


在永磁电机中,组成转子磁铁的稀土元素的价格和可用性一直受到关注。事实上,这并不是说它们稀有,而是因为它们的来源有限,主要是在中国。新的能源正在开发,其他磁性材料也在考虑之中,但是永磁同步电动机总是比传统的感应电动机更昂贵。然而,它们效率的提高和(在某些情况下)更小的尺寸意味着许多用户采用了它们。永磁电机现在是许多电机制造商的标准产品。


同步磁阻电动机(SRM)更进一步。转子现在只由精细制造的钢片组成,如图2所示。

图2 同步磁阻电机截面(简化)


定子绕组产生的磁场磁化转子的相应部分,就像磁铁磁化钢钉一样。同样,相互作用的磁场产生扭矩,从而旋转电机。与永磁同步电机一样,同步磁阻电机也需要精细的控制以减少转矩脉动,因此矢量控制是首选。和永磁同步电动机一样,几乎没有转子损耗,因此电动机的效率比相应的感应电动机高,而且电动机的高成本可以凭借减少能源使用和快速的回报时间来弥补。


顺便说一下,不要把同步磁阻电机和开关磁阻电机混淆??卮抛璧缁枰晕⒉煌牡缌Φ缱优渲?,也需要转子位置反馈。他们噪音更大而且转矩脉动更严重;不过,电机本身可以是非常便宜和强大的。


无刷直流电动机可以指许多不同类型的电动机(包括永磁同步电动机),原来直流电动机的换向器被诸如变频器之类的电子开关所取代。无刷直流电机(BLDCM)本质上与永磁同步电机相同,但从名字上通常指“由内而外”构造的电机。也就是说,定子在电机内部,是固定的。而包含磁铁的转子在外面。


图3 无刷直流电机截面(简化)


这种布置对于小型冷却风扇等应用特别方便。同样,无刷直流电机必须由某种形式的变频器驱动。在小型风扇应用中,驱动系统将内置在定子组件中,并且可以使用传感器来检测转子的位置。这些类型的无刷直流电机由简单的方波逆变器驱动,由传感器反馈控制。这些电机是由交流供电,所以无刷直流是有点用词不当。但是,当传感器在转子转动时通过逆变器打开和关闭每个定子绕组时,它们有点像一个带有电子开关的直流电机,替代原来的换向器和电刷。因此他们的另一个名字,电子换向直流电机。外部带有定子的大型无刷直流电动机的驱动方式与永磁同步电动机相同;它们可以在没有传感器的情况下运行,前提是变频器可以通过矢量控制检测转子的位置和速度。变频器可以产生更像方波的波形,以优化电机性能。