介绍设置，调整PM电机与VFD
永磁(PM)电机需要一个变频驱动器(VFD)才能有效运行。见电机对照表，感应电机与PM转矩曲线，VFD编程和调优建议。
学习目标
- 考虑感应电机和永磁电机。
- 检查变频调速电机应用的选择，编程，调优。
- 学习如何在VFD设置和自动调优后验证PM电机运行。
感应电机(IM)和永磁电机(PM)的设计不同，包括它们对变频驱动器(vfd)的使用。IM电机被设计成能够使用跨线功率以恒定速度运行。永磁电机不是设计用于跨线运行的。PM电机需要VFD提供正确的输出，以有效地操作PM电机。
感应电机和永磁电机
重要的是要了解IM和PM电机之间的设计差异，以便用VFD适当地控制每个电机，并为应用选择最合适的电机和驱动器。见图，表1和图2显示扭矩曲线的IM与PM电机。
图1、表1:了解感应电机(IM)和永磁电机(PM)的设计差异有助于电机和变频驱动器的选择、应用和使用。礼貌:日本安川电气
- IM是一种异步电动机，其中需要滑动来产生扭矩。电机转速是指令频率和转差频率之间的差值。电机转矩随转差频率(绿色)而变化。
- PM电机是同步电机，其中电机速度等于VFD命令的频率，扭矩只能在同步速度下产生(蓝色部分)。
IM和PM电机的大小不同。永磁电机设计比IM电机更紧凑和高效，因为转子包含磁铁。因为一个PM电机已经创建了一个磁场，一个瞬间和恒定的扭矩是可用的。IM转子是缠绕的，需要定子磁场的感应来产生转子磁场。
PM电机更复杂，需要编程的VFD来操作它们。
图2:感应电机(异步电机)需要滑动来产生扭矩。电机转速是指令频率和转差频率之间的差值。电机转矩随转差频率(绿色)而变化。永磁(PM)电机是一种同步电机，其中电机速度等于VFD命令的频率。扭矩只能在同步速度下产生(蓝色部分)。礼貌:日本安川电气
电机数据，电动势
永磁电机的一个关键部件是知道反电动势(电动势)。一个PM电机将自然产生的电压旋转电机很像发电机。反电动势电压的单位是每1000转每分钟(V/krpm)。在设置和调整VFD时，该值通常在电机铭牌上可用(图3)。
图3:永磁(PM)电机可以通过旋转产生电压，就像发电机一样。在设置和调整永磁电机的变频驱动时，重要的是要知道永磁电机产生的电压值，即反电动势(EMF)。反电动势电压的单位为每1000转(V/kRPM)，通常在电机铭牌上可用。礼貌:日本安川电气
其他关键部件是永磁电机的定子电阻和Ld和Lq电感值(显示电感路径)。Ld和Lq电感是两个矢量控制坐标，通常相隔90度。流过Ld的电流决定了磁场的控制。流过Lq的电流决定了扭矩的产生(图4)。
图4:永磁(PM)的关键部件是电机的定子电阻和Ld和Lq电感值(显示电感路径)。Ld和Lq电感是两个矢量控制坐标，通常相隔90度。流过Ld(右)的电流决定了磁场的控制。电流通过Lq(底部)决定扭矩的产生。礼貌:日本安川电气
PM电机VFD设置，调谐的例子
以下是VFD设置和调优在鼓风机应用程序中运行PM电机的示例。在设置和调优驱动器之前，需要10条信息，如表2所示。
表2:在设置和调优驱动器之前，需要如下所示的10条信息。礼貌:日本安川电气
这些是电机型号，电机额定功率(hp)，电机额定电压(Vac)，电机额定频率(Hz)，电机额定安培(A)，电机极数，电机定子电阻(Ω)， Ld电感(mH)， Lq电感(mH)和反电动势(V/krpm)。如果电机铭牌上没有此数据，请与电机制造商联系。
变频器选择，编程，调谐永磁电机应用
所选变频器必须能够为所选电机提供适当的电流和电压。
正如我们可以从电机铭牌上看到的，电压可以是230伏或460伏，电流也分别列出。对于这个例子，使用230vac电流6.7 A。从图表中选择的VFD模型是合适的。
在编程VFD时，首先要选择控制方法。这将为需要输入铭牌和表格中的值的参数设置驱动器(表2)。图6(第一个VFD屏幕)显示了所选开环矢量模式下的PM电机。该应用是鼓风机，不需要反馈，如编码器的电机速度反馈到VFD。因此，它是开环模式。
图5:对于所示示例，安川变频驱动器(VFD)用于运行永磁(PM)电机。在这种情况下，电机连接到鼓风机应用程序。从图表中选择的VFD模型适用于230 Vac电流为6.7安培的电机。礼貌:日本安川电气
图6(下一个屏幕)进入调优部分，输入从电机收集的剩余数据。
图6:第一个VFD屏幕显示所选开环矢量模式下的PM电机。该应用程序是一个鼓风机，不需要反馈，所以它是开环模式。在接下来的屏幕中，进入调优部分，输入从电机收集的其余数据。礼貌:日本安川电气
有不同的自动调优方法。调谐过程允许VFD计算和优化值，以更紧密地匹配电机特性。数据表上的信息是已知的，所以与其说是调整，不如说是输入电机信息。
在某些情况下，某些信息可能不容易获得。如果是这样，可以通过VFD至少知道一个最小值来计算。在静止方法的情况下，驱动器可以计算Ld, Lq和R(电阻)或R。但在任何一种情况下都需要反电动势。这些固定的自动调谐不旋转电机。这些是首选的情况下，电机已经连接到应用程序，可能不容易拆卸。旋转自动调优方法要求电机自由旋转或与应用程序解耦。
如果不知道反电动势，则必须进行旋转自动调优。这将使电机旋转。在旋转自动调谐，任何负载必须从电机轴断开，以确保计算仅针对电机。额外的负载会使计算产生偏差。
VFD还需要在每次启动时对准转子的位置。这也是在初始自动调优期间完成的。VFD可以向电机定子注入电流或高频，以找到转子的磁极。当使用闭环系统时，编码器反馈装置被用作参考点。
在这个例子中(图7)，使用拉入法，直流电流注入定子。这就对最近的磁极产生了吸引力。
图7:VFD还需要在每次启动时对齐转子的位置。这也是在初始自动调优期间完成的。使用拉入方法，变频器向定子注入直流电流。这就对最近的磁极产生了吸引力。礼貌:日本安川电气
VFD设置和自动调优后，验证PM电机运行
在设置完成和成功的自动调优后，单独测试电机并附加到应用程序的性能和方向。
如果电机方向不正确，电机引线可能接错。为了解决这个问题，请关闭电源并更换三个电机引线中的任意两个(图8)。
图8:如果电机方向不正确，电机引线可能误接线。如果是这样，电源和交换任何两个三个电机引线。礼貌:日本安川电气
也可能是电机的两极在相反的方向上比向前更接近磁铁。这很正常。如果连续振荡发生，或最终电机步进故障出现在驱动器上，额外的Ld和Lq参数可能需要调整更精细的调谐。如果不允许反向应用，则使用高频方法可能会更好。
PM电机比IM更复杂，可能需要更多的时间来设置和调优。这样做也可能需要联系变频器制造商，以获得进一步的帮助和更合适的参数设置。
罗伯特Bonczar他是安川美国公司的产品培训工程师。由内容经理马克·霍斯克编辑，控制工程、《媒体,mhoske@cfemedia.com．
关键词:变频驱动器，vfd, PM电机
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