专 辑 驱 动 装 置 与 电 源 技 术

富 士 时 报 Vol.C1 No.1 2009
电 力 电 子 设 备 的 技 术 要 素
专
辑
利 用 多 层 印 刷 电 路 板 布 线 结 构 , 实 现 绝 缘 变 压 器 的 绕
组 的 超 薄 化 。 在 此 基 础 上 通 过 修 改 布 线 的 形 状 、 布 局 减 少
绕 组 的 电 阻 和 漏 感 , 从 而 抑 制 产 生 的 损 耗 。
利 用 电 路 板 布 线 , 实 现 半 导 体 开 关 单 元 等 发 热 部 件 的
散 热 功 能 。 为 保 证 散 热 效 果 , 富 士 电 机 通 过 调 整 配 线 形
式 , 大 大 提 高 了 水 平 方 向 ( 平 面 方 向 ) 与 垂 直 方 向 ( 层 的 方
向 ) 的 热 传 导 率 。
为 实 现 装 置 主 电 路 的 电 流 开 关 部 位 与 控 制 部 位 之 间 极
近 距 离 混 合 布 局 , 通 过 布 线 形 式 设 置 了 屏 蔽 单 元 , 并 在 基
板 各 层 之 间 打 出 空 洞 以 实 现 1 点 接 线 结 构 , 防 止 受 主 电
路 的 噪 音 干 扰 而 发 生 误 动 作 。
变 压 器 的 二 次 绕 组 侧 的 整 流 电 路 中 使 用 了 新 的 缓 冲 电
路 ( 电 压 抑 制 电 路 ), 从 而 确 保 器 件 能 采 用 低 损 耗 、 低 耐
压 的 半 导 体 器 件 。
现 在 , 富 士 电 机 正 在 推 出 输 出 功 率 的 系 列 产 品 , 并 进 一
步 将 上 述 技 术 推 广 到 其 他 机 型 。
控 制 技 术
为 提 高 带 电 动 机 驱 动 装 置 的 性 能 , 富 士 电 机 正 在 进 行 矢
量 控 制 、 状 态 观 测 理 论 等 应 用 技 术 的 研 发 。 本 文 将 介 绍 提 高
电 动 机 驱 动 装 置 性 能 的 技 术 — 永 磁 式 同 步 电 动 机 ( 永 磁 电
机 ) 的 无 磁 极 位 置 传 感 器 控 制 技 术 , 以 及 用 于 提 高 驱 动 装 置
性 能 的 起 重 机 防 振 动 控 制 技 术 。
4.1 电 动 机 驱 动 高 性 能 化 技 术
在 铁 路 车 辆 、 送 风 机 、 泵 类 等 产 品 领 域 , 比 异 步 感 应 电
机 更 小 、 效 率 更 高 的 永 磁 同 步 电 机 正 在 普 及 化 。 客 户 要 求 电
机 本 体 具 有 与 异 步 感 应 电 机 一 样 的 无 位 置 传 感 器 、 高 精 度 扭
矩 控 制 功 能 , 因 此 富 士 电 机 开 发 了 一 种 新 的 矢 量 控 制 技 术 ,
这 种 技 术 不 需 磁 极 位 置 传 感 器 就 能 实 现 控 制 功 能 。 本 文 将 介
绍 富 士 电 机 在 研 发 这 一 技 术 时 遇 到 的 课 题 — 提 高 低 速 条 件
下 的 控 制 性 能
⑷
。
若 要 在 低 速 条 件 下 实 现 电 机 稳 定 运 行 , 有 一 种 方 法 是 利
用 电 感 与 磁 极 位 置 的 相 关 函 数 的 特 性 。 这 种 方 法 是 在 通 过 外
加 高 频 电 压 信 号 的 情 况 下 检 测 出 电 压 与 电 流 的 信 息 以 及 电 感
的 变 化 , 从 而 推 断 出 磁 极 的 位 置 。 这 一 方 法 的 优 点 是 能 在 低
速 条 件 下 测 定 磁 极 位 置 , 并 实 现 良 好 的 测 定 精 度 。 但 它 也 有
缺 点 , 那 就 是 在 通 过 外 加 高 频 信 号 时 发 生 电 磁 噪 音 以 及 不 能
适 用 于 凸 极 性 较 小 的 电 机 。
富 士 电 机 正 在 研 发 一 种 能 在 低 速 条 件 下 , 通 过 高 精 度 测
定 技 术 推 测 出 磁 极 位 置 的 、 不 受 电 磁 噪 音 及 电 机 结 构 限 制 的
磁 通 量 观 测 器 技 术 。 磁 通 量 观 测 器 是 通 过 电 动 机 电 压 方 程 式
演 算 出 磁 通 量 来 推 定 磁 极 位 置 与 旋 转 速 度 的 一 种 方 法 。 如 图
5 所 示 , 它 由 磁 极 位 置 、 速 度 推 测 部 构 成 , 通 过 调 节 器 的 调
节 作 用 使 磁 极 位 置 的 误 差 降 至 零 , 使 磁 极 位 置 的 推 测 值 与 实
际 值 相 一 致 。 图 6 所 示 为 其 低 速 (2% 的 速 度 ) 情 况 下 的 扭
矩 特 性 。 当 扭 矩 在 -150% 至 +150% 范 围 内 时 , 能 保 证
较 好 的 特 性 精 度 。
4.2 驱 动 装 置 的 高 性 能 化 技 术
为 确 保 搬 运 机 械 、 机 床 等 机 械 类 为 负 载 的 驱 动 装 置 的 工
作 效 率 与 安 全 性 , 厂 家 必 须 对 它 的 机 械 振 动 加 以 控 制 。 本 文
将 为 您 介 绍 起 重 机 的 防 振 动 控 制 技 术 。
一 般 来 说 , 起 重 机 的 防 振 动 控 制 都 是 通 过 摄 像 头 检 测 振
动 角 度 来 实 现 的 。 但 由 于 摄 像 头 必 须 经 过 图 像 处 理 的 过 程 ,
所 以 它 无 法 保 持 振 动 角 度 检 测 与 电 机 的 控 制 演 算 拥 有 相 同 的
频 度 。 此 外 , 利 用 摄 像 头 检 测 所 发 生 的 延 迟 , 会 影 响 检 测 性
能 的 提 高 。
富 士 电 机 应 用 双 速 率 观 测 器 控 制 技 术 , 正 致 力 于 精 度 高 、
延 迟 时 间 短 的 振 动 角 推 测 技 术 的 开 发 。 如 图 7 控 制 系 统 构 成
图 所 示 , 振 动 角 观 测 器 包 括 两 个 部 分 : 与 电 机 控 制 同 步 进 行
推 测 演 算 的 高 频 度 观 测 器 ; 以 及 与 图 像 处 理 同 步 进 行 演 算 处
理 的 低 频 度 观 测 器 。 低 频 度 观 测 器 的 作 用 是 根 据 振 动 角 度
检 测 值 ( 包 括 图 像 处 理 演 算 延 时 ) 与 起 重 机 运 动 方 程 式 演 算
出 来 的 振 动 角 度 推 测 值 的 差 , 来 计 算 出 观 测 器 的 模 型 修 正 量 。
而 高 频 度 观 测 器 的 作 用 则 是 根 据 上 述 修 正 量 , 使 用 适 当 的 数
值 对 内 部 模 型 进 行 修 正 , 以 提 高 振 动 角 度 的 测 定 精 度 , 实 现
对 振 动 角 度 的 控 制 。 图 8 表 示 为 将 绳 索 长 度 减 少 15% 后 的
起 重 机 运 动 方 程 式 , 即 在 观 测 器 内 部 模 型 存 在 误 差 的 情 况 下 ,
试 验 装 置 得 出 的 振 动 角 度 控 制 评 估 结 果 。 在 这 种 情 况 下 , 只
要 低 频 度 观 测 器 能 有 效 修 正 模 型 , 就 能 有 效 地 控 制 振 动 角 度 。
图 6 扭 矩 特 性 (2% 速 度 )
图 5 无 磁 极 位 置 传 感 器 矢 量 控 制 结 构
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