永磁同步电机的振动控制研究

付荣华 肖峰

摘 要：随着科学技术的发展，永磁同步电机出现，其具有经济效益好、无噪声、容易控制的优势，被广泛应用在各个领域，并且取得了显著成效。永磁同步电机在运行过程中会产生较大噪声，因此要进行控制，改善实际效果。本文先介绍永磁同步电机的基本情况，再分析永磁同步电机的机理，最后论述控制策略，不断提升运行水平。

关键词：永磁同步电机;振动控制;有效策略

中图分类号：TM341文献标识码：A文章编号：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

噪聲和振动会影响永磁同步电机的运行效果，进而导致其产生更多问题，所以进行控制是非常必要的。人们要加强对永磁同步电机噪声系统设计的研究，掌握工作原理，实现有效控制，取得良好效果。采用有效措施优化后，人们要开展振动测试，确保达到性能指标，发挥出更大作用，满足生产活动对电力的需求。

1 永磁同步电机概述

永磁同步电机的工作原理是能量之间转化，满足人们对电能的需求，而励磁电流是永磁同步电机运行的动力来源。一是直流发电机供电的励磁方式，从本质上来看，借助滑环生成直流电流，比较简单。二是交流励磁机供电的励磁方式，主要发挥交流励磁的作用，确保电流供应的连续性、稳定性，操作比较简单，具有较强的适用性。三是无励磁的励磁方式，在励磁电流的基础上进行整流才能获得电能，一旦出现问题，电流互感器就会产生励磁电流，解决了变压器输出不足的问题，保证系统正常运行。永磁同步电机是由永磁体产生同步旋转磁场的同步电机，永磁体是转子产生的来源，三相定子绕组会受到旋转磁场的影响，进而发生电枢反应，感应三相对称电流。永磁同步电机在发展中不断完善，功能更加强大，可以满足实际需求。随着科学技术的发展，永磁同步电机逐渐完善，有着广阔市场空间[1]。

2 永磁同步电机的特点

永磁同步电机可以将电机整体安装在轮轴上，形成整体直驱系统，一个轮轴就是一个驱动单元，不需要用齿轮箱。永磁同步电机具有功率高、效率高的特点;永磁同步电机产生热量比较少，电机冷却系统在运行时不会产生较大噪声;系统结构是全封闭的，构建出一个整体，出现故障的概率非常小，所以基本不用维护，减少了人员工作量;永磁同步电机可以承载较大的电流，稳定可靠;整个传动系统质量轻，簧下重量较轻，在单位质量内，功率较大;在没有齿轮箱的情况下，转向架系统设计是很灵活的，如柔式转向架、单轴转向架，可以有效提升列车性能。

自动调节励磁的核心是电压，通过调节电压来实现有效控制。为了进一步了解情况，人们要对电压下降展开有效分析，找到其中存在的原因。如果是无功负荷电流造成的，在励磁电流不变时，端电压和无功电流之间存在一种联系。为了确保供电的稳定性，发电机的端电压要保持不变，具体操作方法是随无功电流的变化，调节发电机的励磁电流。

3 永磁同步电机的应用范围

3.1 定速驱动

现代工业生产会用到大量机械，最常见的有风机、泵、压缩机、普通机床等，一般都采用三相或单相电动机来驱动。异步电动机成本比较低，具有结构简单、维修方便的特点，非常适合此类机械的驱动。异步电动机也存在弊端，运行过程中会出现浪费电能的情况。

3.2 调速驱动

很多机械运行期间，速度是需要人为调节的，包括包装机械、食品机械、印刷机械等。20世纪中后期，电子技术和控制技术实现了飞速发展，异步电动机的变频调速被应用到直流调速系统。和直流电动机相比，其具有制造工艺简单、效率高、维护保养方便等优点，所以应用范围不断扩大，发挥出有效作用。

3.3 精密控制驱动

伺服电机在工业自动化领域发挥着重要作用，在实际应用时，人们要结合具体情况来选择高精度的伺服控制系统。随着办公自动化设备的发展，配套关键部位微电机需求量变大，永磁同步电机的精度和性能要求也越来越高[2]。

4 永磁同步电机的机理

4.1 死亡区域引起的谐波

死亡时间是一个特殊时期，当谐波引入时，逆变器上的桥臂要和电机连接起来，器件运行所需时间会增加。当开关处于运行状态时，功率管会被损坏，为了解决问题，人们要有效运用功率管互补信号，引入电流。为了正确认识互补开关和电压的关系，人们要采用有效方法，对死亡区域进行分析，计算等效电压高度，深入了解调制周期和载波比。死区会产生很大的影响，最明显的就是基波电压幅值出现波动，将电波引入死区，可以实现有效补偿，让永磁同步电机的转矩脉动大大减少。人们可以通过分析电流互感器获得的两相电流幅值，了解转子的位置信息。同时，要认真查表，进一步明确电压矢量（会产生畸变电压幅值）和补偿量，最大程度减少死区电流产生的影响。人们要进行全面分析，深刻了解死亡区域引起的谐波，掌握永磁同步电机运行状况，更好地控制，提升运行效率[3]。

4.2 谐波抑制

对电流进行采样时，人们要意识到相电流的直流偏置量、三相电流传感器的重要性，有效掌握互感器采样幅值，保证数据信息的准确性、全面性，依据直流偏置来对电流波动进行有效分析，全面了解具体情况。永磁同步电机运行期间要进行坐标变换，其间受电流幅值误差的影响，转矩波动会变大，要做好减噪设计，同时做好电流环反馈检测工作，发挥偏差补偿消除法的作用，明确直流偏置，根据数字滤波器针来抑制谐波的干扰。永磁同步电机的硬件系统主要包括旋变通道单元、电源变换单元、过流保护单元、隔离驱动单元等。电流转换单元是控制系统的主体部分，人们要科学分析不同等级电压，明确电机轴的准确位置，标注相电流坐标信息，有效运用电流采样单元，避免堵转事故发生，提高电流反应速度[4]。

5 永磁同步电机振动噪声的控制策略

噪声一直是永磁同步电机运行中的重要问题，这和转矩脉动有很大的关系，需要进行有效控制。永磁同步电机在运行中会产生谐波。谐波是多方面原因造成的，為了实现振动噪声的控制，首先要明确原因，这是非常重要的前提条件。具体操作方法是用电子绕组将三相对称有效连接，之后会产生畸变的感应电流和相电流，要采取有效方法进行分析，掌握相关情况。整个分析过程必须由专业技术人员来完成，否则会出现较大误差。通过控制永磁同步电机振动噪声，提升运行效率，人们可以创建相对稳定的生产环境，减少不利因素的影响。同时，要加强对振动噪声控制策略的研究，结合实际情况，确保达到理想效果[5]。

永磁同步电机的控制系统正常运转时，如果定子电流中的谐波发生反应，就会产生更多谐波，一直处于不断增加之中。运行期间会产生噪声，当电机固有频率和电磁力波比较接近时，噪声会变大，在情况严重时，永磁同步电机就无法正常运行。想要降低电流中的谐波，人们必须降低电磁力波，二者密切联系。在变频供电的过程中，要引入振动噪声源，展开有效研究，对永磁同步电机的振动噪声进行分析：逆变器开关频率与电流谐波相互影响，噪声随之产生，将电流谐波引入逆变器中，电流会明显上升，在控制振动源的基础上，要掌握随机开关频率调制技术，主要是采用随机开关频率-死亡补偿的方式来引入一定的电流谐波，对谐波起到抑制作用，达到降噪效果。永磁同步电机要想进行降噪处理，先要弄清楚振动和噪声产生的原因，这是非常重要的。随着科学技术的发展，永磁同步电机将会更新换代，振动和噪声也会大大降低。

人们要将不同部件有机联系在一起，开展死区补偿前后情况分析，将所获得的数据信息进行比较，基波是50Hz，低频段是50～2 000Hz。人们要采用对比方法进行分析，就补偿前后情况来说，传统模式下，开关频率的电流谐波幅值降低，电流谐波减少，谐波畸变率会明显下降。对相关数据信息进行对比分析，在死区补偿前后，开关频率和二倍频率的变化并不是很大，降低高频率噪声的同时，振动噪声明显削弱。人们要有效发挥死区补偿策略的作用，依据混合随机开关频率来开展试验工作，针对混合随机开关频率和死亡区补偿策略做试验，展开低频率数据研究，指导输出的电流谐波幅值会下降，噪声自然也就变小，从总体来看，电流谐波的分布差异不是很大。在宽调速范围下开展试验测试，笔者发现，电流谐波降低后，永磁同步电机运行中产生的振动噪声减少，更加平稳，5 000Hz中低频段的电流谐波幅值在整个调速范围内得到降低。人们要不断优化死区补偿情况，通过电流信息对谐波进行分析，提高随机开关频率，激发低频电流死区效应。在相互作用的影响下，将逆变器引入电流谐波中，进行混合随机开关频率死区补偿策略创新，可以优化永磁同步电机降噪效果。

6 结语

永磁同步电机是一种新型的动力设备，被应用在生产活动中，可以提供强大的动力支持。受结构特点的影响，永磁同步电机运行中会产生振动噪声，严重影响使用效果。所以，要加强振动噪声控制策略的研究，了解振动噪声产生原因，并采取行之有效的措施，保证系统稳定、高效地运行。

参考文献：

[1]张小媛，董正刚，李祥志.永磁同步电机的振动控制研究[J].科技创新导报，2018（21）：92.

[2]王成刚，晏芙蓉，何凡，等.永磁同步电机的振动控制分析[J].机械，2017（11）：1-3.

[3]李晓华，雷轶，刘成健.基于dSPACE的永磁同步电机低振动噪声控制策略[J].电机与控制应用，2017（12）：47-53.

[4]刘兴中，魏旭来，张显亭.一种降低永磁同步电机振动噪声的控制系统设计[J].微电机，2017（4）：68-72.

[5]缑觐.永磁同步风电机组传动轴振动控制[J].中国新技术新产品，2019（22）：67-68.