正弦波永磁同步电机静态电流概述

时间：2024-08-31

黄明

（烟台宝钢钢管有限责任公司，山东烟台 265503）

1 引言

正弦波永磁同步电机具有定子三相分布绕组和永磁转子，工业应用中一般称之为交流伺服电机，本文简称伺服电机。所谓静态电流就是指已经加载使能的伺服电机，在没有启动命令情况下，流经电机定子绕组的电流。

伺服电机静态电流重要性不言而喻，然而教材中仅有对伺服电机定子和转子电流模型的描述，没有伺服电机静态电流的详细描述和计算方法，也就无法计算出静态电流的正常范围。

2 理论分析

如图1所示为控制原理图。伺服电机转子上安装有高精度编码器，能精确检测出磁极位置和转子相对于定子的精确位置，用以控制伺服驱动器电流的频率和相位，从而使定子和转子磁动势保持确定的相位关系，进而产生恒定的转矩图［1］。

伺服电机在 dq 坐标系中磁链方程为［1，4］：

为了达到负载扭矩仅与定子电流幅值大小相关的控制目的，需要精确检测转子d轴与定子绕组A轴之间的夹角，同时确保伺服驱动器三相定子的合成电流矢量位于q轴上（领先于d轴90°），如图2所示，且，并有

图1 控制原理图

图2 恒转矩调速

令 id＝0、is＝iq，Lsd＝0，联立方程式（1）～（5），可得永磁同步电动机在dq坐标系转矩方程为：

式中：ψr为永磁转子磁通量，np为定子极对数，is为dq坐标系中定子电流，σ为电机功角。

根据“扭矩＝转矩×力臂”可知

实际工业生产中，对伺服电机电流影响最大的为转子承受力，为了分析方便，这里忽略力臂影响，则由公式（9）可以得出：

通过查看伺服电机说明书，一般可以查到正常状态下伺服电机相关参数：静态扭矩（M0）、静态电流（I0）、最大扭矩（Mmax）、峰值电流（Ipeak），故由公式（10）可知伺服电机空载时，静态电流为：

则最大静态电流占峰值电流的百分比为：

η0为静止扭矩减小系数。

因此很容易得静态电流百分比范围为：

由式（6）可知，永磁同步电机转子磁通量恒定，随着负载的增加，电流is直线上升，导致电机总磁通量上升，严重时，电机实际实时扭矩或实时电流超过M0和 I0，造成 ψs≥ψr，这时由可以推断出φ大于90°，这样永磁同步电机进入弱磁状态，同时-ψr方向还产生一个电流，该电流将造成永磁磁通量的下降，严重时甚至造成永磁体永磁去磁。进入弱磁状态的伺服电机很快将进入停止状态，并引发伺服驱动报警，报警代码一般为300608故障。