非晶软磁材料及在工业级无人机电机上使用时的心得汇总

第一部分  非晶态软磁合金材料

1、非晶体软磁合金的概念

非晶态软磁合金是一种无长程有序、无晶粒合金，又称金属玻璃，或称非晶金属。

2、非晶态软磁合金的结构

非晶态合金是指原子不是长程有规则排列的物质。一般晶态金属的原子密集规则排列切具有周期性，这种结构特征叫作原子排列的长程有序。和晶态金属相比，非晶态合金结构没有长程有序、间隙较多、但是均质、各项同性。其原子结构和各种特性表明,非晶无序并不是“混乱”，而是破坏了长城有序系统的周期性和平移对称性，形成一种有缺陷的，不完整的有序即最近邻或局域短程有序。这种短程序只是由于原子间的相互关联作用，是其在小于几个原子间距的小区间内仍然保持着位形和组分的某些有序特征，故具有短程序。

2.1 非晶态结构的主要特征

2.1.1 结构短程有序

非晶态软磁合金固体的密度，一般与同成份的晶体差不多，约低2—3％。这就是说，原子间的平均距离，在液态、晶态或非晶态中都是差不多的。如果两原子间的相互作用主要是原子间距的函数，则形成凝聚态时的总结合能可近似地看成是原子对结合能的叠加。这就很易觉察到，各种情况下原子的电子运动情况一般也不至于引起太大的突变。这样，非晶态软磁合金固体中各原子与其最近邻原子之间的关系就与晶态的类似了，即存在一定的有序结构，这也就是上面所提到的短程有序。

非晶态固体的短程序一般可分为两大类：化学短程序和几何短程序。

2.1.2 结构长程无序

晶体结构的根本特点是它的周期性，即通过点阵平移操柞，可以与其自身重合。在非晶态中，这种周期性消失了，非晶态的这种结构特征，我们称为长程无序性。在非晶态软磁合金固体中，原子的主要运动是在其平衡位置附近的热振动。它的结构无序性是在非晶态形成过程中保留下来的。

2.1.3 结构的亚稳性

非晶态软磁合金固体的最重要特征是其亚稳性。从热力学来讲，熔点以下的晶态，总是自由能最低的状态。因此，非晶态软磁合金总是有向自由能最低的晶体转化的趋势。

2.2 非晶软磁合金的结构模型

非晶态结构的描述和实验测定至今还存在很大的局限性。通常采用的径向分布函数是一种统计平均的近似，失去了不少结构信息，因此晶体结构研究中采用的结构模型法在非晶态结构的研究上显得更为重要。结构模型可以给出原子在空间分布的三维图象，但其正确性必须根据实验测定的一些物理量进行判定，例如密度、原子填充因数等。径向分布函数是检验结构模型的最重要的实验判据。

建造非晶态固体结构模型的主要根据是：

a）满足原子(分子)间相互作用的势函数的要求；

b）结构中不能出现原子周期性规则排列的区域；

c）相应的结构应使体系的自由能最小；

d）结构模型应具有相容性。

当根据模型的结构计算出的物理量与实验测量结构达到最好的拟合时，该结构模型就是被研究物质的一种可能结构。

目前公认的非晶态金属和合金的结构模型中，较好的是硬球无规密堆模型(DR—PHS)。这种模型最初把原子视为一定直径不可压缩的钢球，无规密堆即硬球尽可能紧密堆积，结构中不包含可以容纳一个球的间隙。同时，球的排列是无规的，当任何两个球之间的间距大于直径的五倍时，他们位置之间的相关性很弱，不出现规则周期性排列的有序区。

表1 部分DRPHS模型的模拟计算结果与实验测定的RDF的比较结果

把原子作为不可压缩的钢球是一种零级近似，与实际材料中原子间相互作用势的差别较大。很多研究对DRPHS模型进行了改进，采用不同作用势，“软化”原子间相互作用的排斥势部分，使之更接近于实际情况。

3、非晶态软磁合金的基本性能及其产生机理

作为软磁材料，希望它有高的饱和磁感应强度和磁导率，低的矫顽力。这些软磁性能又和材料的磁晶各向异性，磁致伸缩系数有关。磁晶各向异性系数和磁致伸缩系数越小，组织结构越均匀，材料的软磁性能就越好。非晶态磁性合金没有长程有序，因此非晶磁性材料的磁晶各向异性为零，而且非晶磁性材料组织结构均匀，不存在阻碍畴壁运动的晶界或析出物，这样，非晶结构决定了其具有良好的软磁性能。但非晶态磁性材料的磁致伸缩一般不为零，因为磁致伸缩起源于短程相互作用。所以，非晶磁性材料的软磁特性主要取决于磁致伸缩系数λs的大小。当λs≈0时，则可得到高磁导率，低矫顽力的非晶软磁材料。除此之外，非晶态合金的电阻率较高，因此涡流损耗低，频率特性好，可应用在较高的频率范围。非晶态的结构均匀，各向同性特点也决定了非晶材料具有高强度，一定的韧性，并具有很强的抗腐蚀性等。

4、非晶体软磁合金的特点

非晶态软磁合金的磁导率和电阻率高，矫顽力小，对应力不敏感，不存在由晶体结构引起的磁晶各向异性，具有耐蚀和高强度等特点。此外，其居里点比晶态软磁材料低得多，电能损耗大为降低，是一种正在开发利用的新型软磁材料。

4.1 优良的磁性

与传统的金属磁性材料相比，由于非晶合金原子排列无序，没有晶体的各向异性，而且电阻率高，因此具有高的导磁率、低的损耗，是优良的软磁材料，代替硅钢、坡莫合金和铁氧体等作为变压器铁心、互感器、传感器等，可以大大提高变压器效率、缩小体积、减轻重量、降低能耗。非晶合金的磁性能实际上是迄今为止非晶合金最主要的应用领域。

4.2 高强韧性

明显高于传统的钢铁材料，可以作复合增强材料，如钓鱼杆等。国外已经把块状非晶合金应用于高尔夫球击球拍头和微型齿轮。非晶合金丝材可能用在结构零件中，起强化作用。另外，非晶合金具有优良的耐磨性，再加上它们的磁性，可以制造各种磁头。

4.3 感生磁各向异性常数

非晶合金虽然不存在磁晶各向异性，但它并不是磁各向同性的。它在制备和以后的热处理过程中可以感生出磁各向异性。利用由磁场退火感生的磁各向异性来控制合金的磁性已在实际上应用。由磁场退火感生的磁各向异性大小和合金中磁性元素含量的关系蓦本符合原子对方向有序理论，但存在一定偏离。

4.4 化学特性

由于非晶态金属的结构均匀，没有与晶态相关联的缺陷，像晶粒边界、位错和堆垛层错。另外，制备非晶态合金的熔融状态快淬可以防止在淬火过程中的固态扩散。于是，它们也没有像第二相、沉淀和偏析等缺陷。因此，在与表面有关的特性(像腐蚀和催化)方面，非晶态合金被认为是理想的化学均匀合金。例如，在中性盐和酸性溶液中，低铬的铁基金属玻璃(如Fe27Cr8P13C7)的耐腐蚀性优于不锈钢，这是一般晶态软磁合金所难以达到的。另一方面，非晶态合金至少含有两个组分，往往含有形成非晶态结构所必需的大量的类金属。这样复杂的成分也显著影响它们的化学特性。

4.5 电阻高

由于原子排列的长程无序，声子对传导电子散射的贡献很小，使其电阻率很高(比晶态约高1个数量级)，因而可以大大降低合金的涡流损耗。作为软磁合金的非晶合金其电阻率约为120～190×10-8之间，远高于晶态软磁合金。温度系数小(M0系、Ti系、Nb系金属在低温下都显示超导性质)，在0K时具有很高的剩余电阻。

传统的薄钢板，从炼钢、浇铸、钢锭开坯、初轧、退火、热轧、退火、酸洗、精轧、剪切到薄板成品，需要若干工艺环节、数十道工序。由于环节多，工艺繁杂，传统的钢铁企业都是耗能大户和污染大户，有“水老虎”和“电老虎”之称。而非晶合金的制造是在炼钢之后直接喷带，只需一步就制造出了薄带成品，工艺大大简化，节约了大量宝贵的能源，同时无污染物排放，对环境保护非常有利。正是由于非晶合金制造过程节能，同时它的磁性能优良，降低变压器使用过程中的损耗，因此被称为绿色材料和二十一世纪的材料。

表2 非晶软磁合金材料与其它常用软磁材料性能的比较

5、非晶态软磁合金的种类

5.1 铁基非晶合金

铁基非晶合金：主要元素是铁、硅、硼、碳、磷等。它们的特点是磁性强（饱和磁感应强度可达1.4--1.7T）、磁导率、激磁电流和铁损等软磁性能优于硅钢片，价格便宜，最适合替代硅钢片，特别是铁损低（为取向硅钢片的1/3~1/5），代替硅钢做配电变压器可降低铁损60－70％。铁基非晶合金的带材厚度为0.03毫米左右，广泛应用于中低频变压器的铁心（一般在10千赫兹以下），例如配电变压器、中频变压器、大功率电感、电抗器等。

5.2 铁镍基非晶合金

　　铁镍基非晶合金：主要由铁、镍、硅、硼、磷等组成，它们的磁性比较弱（饱和磁感应强度大约为1T以下），价格较贵，但磁导率比较高，可以代替硅钢片或者坡莫合金，用作高要求的中低频变压器铁心，例如漏电开关互感器。

5.3 钴基非晶合金

　　钴基非晶合金：由钴和硅、硼等组成，有时为了获得某些特殊的性能还添加其它元素，由于含钴，它们价格很贵，磁性较弱（饱和磁感应强度一般在1T以下），但磁导率极高，一般用在要求严格的军工电源中的变压器、电感等，替代坡莫合金和铁氧体。

6、非晶软磁合金材料的应用

6.1 电机转换领域

a.配电变压器铁心。铁基非晶合金铁心具有高饱和磁感应强度、低矫顽力、低损耗（相当于硅钢片的1/3～1/5）、低激磁电流、良好的温度稳定性，使非晶合金变压器运行过程中的空载损失远低于硅钢变压器。这种情况尤其适用于空载时间长、用电效率低的农村电网。

非晶合金铁心配电变压

b.开关电源变压器及电感铁心。开关电源是自20世纪70年代发展起来的新型电源技术，它采用20千赫兹以上的工作频率，大大缩小了变压器的体积、减轻了重量、提高了效率。在开关电源中使用非晶微晶合金作为铁心的元器件有：主变压器、控制变压器、共模电感、噪声滤波器、滤波电感、储能电感、电抗器、磁放大器、尖峰抑制器、饱和电感、脉冲压缩器、开关管保护电感等。

开关电源变压器

非晶电感铁芯

6.2 电子防窃系统

 

声磁防盗标签

早期利用钴基非晶窄带的谐波式防盗标签在图书馆中获得了大量应用。最近利用铁镍基非晶带材的声磁式防盗标签克服了谐波式防盗标签误报警率高、检测区窄等缺点，应用市场已经扩展到超级市场。

6.3 电子信息领域

随着计算机、网络和通讯技术的迅速发展，对小尺寸、轻重量、高可靠性和低噪音的开关电源和网络接口设备的需求日益增长、要求越来越高。因此，在开关电源和接口设备中增加了大量高频磁性器件。非晶、纳米晶合金在此大有用武之地。

磁放大器

共模扼流圈

脉冲变压器

6.4 民用产品

变频技术有利于节约电能、并减小体积和重量，正在大量普及。但如果变频器中缺少必要的抑制干扰环节，会有大量高次谐波注入电网，使电网总功率因素下降。减少电网污染最有效的办法之一是在变频器中加入功率因数校正（PFC）环节，其中关键部件是高频损耗低、饱和磁感大的电感铁心。铁基非晶合金在此类应用中有明显优势，将在变频家电绿色化方面发挥重要作用。目前在变频空调中使用非晶PFC电感已经成为一个热点。

非晶PFC电感

 

第二部分  非晶软磁体无人机电机

 总述：据大杨介绍，非晶材料在电机方面的应用已经成熟，因为成本原因，也只限于高端市场需求，比如无人机工业或航空等领域。

 

一、新材料非晶高效电机 

目前国际上采用非晶合金定子铁芯开发研制的非晶电机，运行效率均可达到95％的水平，所蕴含的节能潜力将非常可观。现我国成为继“日立金属”之后，世界上第二个拥有非晶带材工业化生产能力的国家，为我国在电力和电子行业大规模应用非晶材料，开发高效节能产品，以及延伸 非晶高端制造产业链奠定了发展基础。 

2010年北京市科技工作会议部署推动“非晶科技产业园”成为全球第二个万吨级非晶带材生产基地。加快节能环保新型材料的产业化开发。开展基于纳米技术的绿色制版产业化攻关，建成年产150万升纳米复合转 印材料、600万平方米亲水版材产业化生产线。建设年产2万吨非晶铁芯、3万台非晶变压器的生产线以及年产500台非晶电机的中试生产线。” 

2010年3月24日，北京市“万吨级非晶带材关键技术开发及产业化”重大项目，在公司涿州非晶带材生产基地圆满完成验收。100毫米以上宽带非晶带材，使用方向肯定是大、中型电动机的铁芯的升级换代。 

2008年6月申请了一种高频电动机用非晶合金定子铁芯，它包括有内设绕线槽的环形铁芯体，其所述的铁芯体由叠置的非晶合金片组成，在绕线槽 及铁芯体的表面设置有环氧树脂包覆层。本实用新型的技术方案还包括：所述的绕线槽由一段大于半圆的圆弧与两条对称的直线分别相切连接围成。本 用新型充分利用铁基非晶合金软磁材料高电阻率、高导磁、低损耗的电磁特性，采用非晶合金带材经叠片后进行热处理，再经切割、环氧树脂封装工艺成型非晶合金定子铁芯，用于生产高频电动机，大大提升了电动机的使用性能，具有高频高速、高效节能、体积小、重量轻的特点。

二、三相异步电机的工作原理： 

将定子三相绕组通入三相电流后产生的旋转磁场用一对旋转的磁极来表示， 它以同步转速n0顺时针方向旋转。于是，转子绕组切割磁感线而产生感应电动势。由于转子绕组是闭合的，在交变的感应电动势作用下，其中就有交变的感应电流流动。各导体中感应电流的有功分量和感应电动势同向，两者的方向一致。导体中电流的有功分量和旋转磁场相互作用而产生电磁力F，这些电磁力将对转子产生电磁转矩，推动转子沿着旋转磁场的旋转方向转动。  

三、非晶合金材料 

矫顽力很小（Hc<102A/m）的铁磁材料叫软磁材料。因为矫顽力小，所以软磁材料就容易磁化，也容易退磁，磁滞损耗小，适宜用于交变的磁场中。 

非晶合金材料就是一种软磁材料。非晶态合金即金属玻璃，固态时具有短程有序、长程无序的特征，是一种亚稳态结构，其原子在三维空间呈拓扑无序排列，并在一定温度范围保持这种状态相对稳定。金属玻璃作为一种新型材料，不仅具有极高的强度、韧性、耐磨性和耐腐蚀性，而且表现出优良的软磁性和超导性。 

铁基非晶合金由80% Fe及20%Si,B类金属元素所构成，它具有高饱和磁感应强度（1.56T）。与硅钢相比，在磁导率、激磁电流和铁损等各方面都优于硅钢片，特别是铁损低（为取向硅钢片的1/3－1/5）。 

 铁基非晶在非晶合金中突出优点的应用： 

最高的饱和磁感应强度--缩小器件体积       低矫顽力--提高器件效率 

低铁损--减小器件温升 

      可变的磁导率--通过不同的铁芯热处理工艺来满足不同的应用要求 

良好的稳定性--可在130 oC 长时间工作  

三、非晶电机 

近年来，能源危机已迫在眉睫，而世界能源消费每年却以巨速增长。电机是世界上最主要的能耗设备，而采用传统材料及工艺制作的电机，成本高，能耗大，而且传统硅钢电机在频率高于基频的情况下铁损急剧增加，铁芯温度迅速升高，导致电机不能正常工作，所以迫切需要高效节能新型电机的问世。 

鉴于以上非晶材料的优点，用铁基非晶代替硅钢做电机的定子和转子。将要做的小电机型号为AO2 7124。  

四、研究电机电磁场问题的基本方法 

离散化—单元分析—整体分析 

电机运行时，电机内的整个空间区域里存在着电磁场。电机电磁场在不同媒质的分布、变化以及与电流的交链情况决定了电机的运行性能及运行状态。因此，对电机电磁场的精确计算与分析是合理设计电机和进行优化设计的重要依据。

 

电机电磁场的计算归根结底是某些偏微分方程的求解，求解偏微分方程的各种数学方法都可应用于求解电机电磁场问题，常用的方法有解析法、图解法、模拟法、数值计算法等几种。这些方法在不同的场合有其自身的特点，在计算电机电磁场的过程中，可以选择最优的方法。 

一、解析法 

解析法是设法找到一个连续函数，将它和它的各阶偏导数代入求解的偏微分方程后得到恒等式；并且在初始状态以及在区域边界上的边界条件下求解。解析法的优点是解的公式为显式，各物理量之间的关系比较清楚，适合定性分析，但是只能在一定条件下应用，对于某些实际电机内部复杂的电磁场问题常常无能为力。（解析法又包括：镜象法、保角变换法、分离变量法等） 

二、图解法 

电机中的稳定磁场问题可以用图解法近似求解。图解法是根据稳定磁场的特性画出磁场的等位线和磁力线，从这些曲线分布的密集或稀疏的程度得到磁场的强弱。 

图解法比较形象、直观，也便于掌握，但要经过多次修改才能得出较满意的图形，且精度较差。对于有电流的区域或非线性媒质，图解法非常繁复，因此它适用线性无电流区域的二维稳定磁场或忽略涡流效应的磁场，不适用于求解交流电机的磁场。 

三、模拟法 

模拟法是根据微分方程的相同及几何尺寸的相似，用某一装置来模拟所求解的实际问题，通过测试这一装置上的量来获得实际问题的解答。模拟法能解决稳态磁场问题和交变电磁场问题，对于边界条件复杂的电机电磁场，用解析方法求解比较困难或图解法精度不够的时候，模拟法便得到了发展和应用，成为电机电磁场计算方法中一种有效的方法。（模拟法包括数学模拟和物理模拟两种） 

四、数值计算法 

数值计算法是将电磁场连续域内的问题变换成离散系统的问题来求解。目前，在解决电机电磁场问题中最常用数值计算法是有限差分法和有限元法，它们都是将所求的电磁场区域划分成很多的网格，通过数学上的处理，建立网格上各点与直接相邻各点间的场量的代数方程组，通过计算机解出这组庞大的代数方程组，从而得到问题的解。 

有限元法是目前工程技术领域中实用性最强，应用最为广泛的数值模拟方法。对于不同物理性质和数学模型的问题，有限元求解法的基本步骤是相同的，只是具体公式推导和运算求解不同。有限元分析可分成前处理、处理和后处理三个阶段：前处理是建立有限元模型，完成单元网格划分；后处理则是采集处理分析结果，使用户能简便提取信息，了解计算结果。 

应用有限元法求解的过程大致为 

1．作一定的假设，简化求解的物理模型； 

2．根据基本方程及二类边界条件，求解相应的泛函； 

3．对求解区域剖分单元，并确定相应的差值函数，将连续场域进行离散化， 形成系数矩阵； 

4．对多元函数的泛函求极值，构成线性代数方程组； 

5．将一类及周期性边界条件代入，修改系数矩阵及自由项； 6．用追赶法求解线性方程组，得出节点上的函数值； 

6．用追赶法求解线性方程组，得出节点上的函数值；

7．求其它的物理量。

 近些年，有限元方法得到了很大的发展和应用，有限元数值计算技术己经比较成熟，目前已有许多现成的应用软件，基于有限元原理的ANSYS、ANSOFT等商业软件给计算电机电磁场带来了方便，它可以考虑电机结构的几何形状和铁磁材料的饱和特性，可以很好地计算仿真电机内部电磁场的分布情况，准确地计算各个不同转子位置和不同绕组电流时绕组磁链和电感。    ANSOFT Maxwell 软件简介  ANSOFT公司推出的大型电磁场有限元分析软件Maxwell 2D/3D用于电磁 场数值分析和计算机仿真模拟，是 ANSOFT 机电系统设计解决方案的重要组成部分，可以为产品的设计和优化提供最可靠的依据，非常适合于电磁装置的有限元分析。  Maxwell 2D是一个功能强大、结果精确、易于使用的二维电磁场有限元分 析软件。它包括电场、静磁场、涡流场、瞬态场和温度场分析模块，可以用来分析电机、传感器、变压器、永磁设备、激励器等电磁装置的静态、稳态、瞬态、正常工况和故障工况的特性。Maxwell 3D用来进行三维电磁场有限元分析，包括了Maxwell 2D所有的模块并新增了3D应力场分析模块。   五、分析  研究内容：  本课题依照传统电机Y132S-4结构和制造工艺，采用新型非晶合金材料制作该类电机的定子和转子。通过理论分析、仿真分析，完成非晶合金电机的相关性能分析，主要分为以下几个方面：  （1）铁基非晶合金材料的BH曲线的获得和分析  铁基非晶合金材料的BH曲线是做仿真分析时一个至关重要的指标，所以BH曲线的获取以及分析是一个难题，如果没有准确的BH曲线，就无法保证非晶电机性能分析的准确性。  （2）采用有限元分析软件对非晶合金电机进行有限元分析   利用Ansoft软件对非晶合金电机的空载起动和额定运行时的场量分布（磁力线分布、磁场强度分布、磁通密度分布、转子导条电流分布、定转子铁心损耗分布等）、磁电流、力矩、损耗、效率、电磁转矩、功率因数、高频高速特性、调速特性等电气和机械特性进行分析，与传统硅钢电机对比，理论上研究非晶电机代替硅钢电机的优越性，为非晶电机的研制提供理论依据。 （3）对非晶合金电机的控制策略进行研究  借鉴硅钢电机的传统控制方法，采用MATLAB中的SIMULINK工具箱对非晶电机的控制策略进行仿真，与传统硅钢电机对比。综合考虑非晶材料磁滞回线窄、矫顽力小等典型特性，研究非晶电机的控制策略，分析非晶合金电机的响应时间、转矩脉动以及在高频下输出转矩等。   利用Ansoft软件对非晶合金电机进行瞬态场有限元建模与求解，分析电机空载起动和额定运行时的特性，并且分析电机起动时的磁场分布、磁通密度、磁电流、力矩、损耗等。  1、首先用ANSOFT/RMXPRT对电机进行电磁设计。 电磁设计是根据设计技术要求确定电机的电磁负荷，与电磁性能有关的有效部分的尺寸和绕组数据，选定材料，并核算电磁性能和有关参数。  通过这一模块，可以得到三相感应电机的最大转矩点数据、堵转转矩、材料消耗情况、空载运行数据、额定电参数、额定磁参数、额定参数、额定性能等数据，输入电流、效率、输出功率、功率因数、输出转矩和速度的关系曲线。  2、根据有限元原理，利用ANSOFT分别对电机的定子铁芯、定子绕组、转子铁芯、转子绕组、气隙等建立几何模型，然后进行瞬态场求解，得到不同运行条件（空载运行和负载运行）下的磁动势、磁通密度、磁场强度等场量的分布。  （1）求解结果数据  包括求解本例的起始与终止时间、自适应求解每步的三角单元数、占用内存， 模型各个部件的剖分单元数目，剖分单元最大边长、最小边长、平均边长以及剖分单元最大面积、最小面积、平均面积等信息。      （2）磁力矩与时间的关系，绕组电流与时间的关系。  （3）可以查看某一时刻的场图，包括矢量磁位A、磁场强度H、磁感应强度B、电密J、能量energy和一些其他的场量。

红色磁力线为正向极值而蓝色磁力线为负向极值，可以看出负载后电机定子槽内漏磁增加。

给出的是 0.2s 时的磁感应强度 B 的分布图，不难看出电机在轭部磁密较高，颜色较深。Mag_B 项的意义是显示模型磁密的模。  从以上两图可以看出电机的磁力线分布均匀，饱和区域非常小，说明新电机的设计是合理的。  （4）还可以查看指定路径上（边界）的场量。     六、非晶电机的特点  非晶合金材料电机与传统材料电机相比具有卓越的性能和优势，非晶电机的使用将比传统电机更为高效。  （1）高效节能。新型非晶合金电机，效率高，在额定输出功率下比传统电机效率提高10多个百分点    (2)损耗低。非晶电机的损耗远低于传统电机的损耗，因此它可以在高频情况下正常工作。  (3)重量轻，成本也不高。与传统电机体积相同的非晶电机重量轻、耗材少，而且成本花费只略高于目前普通电机，但总能耗却降低了。  (4) 安全性能高，由于非晶电机的铁损降低，使得电机发热量大为减小，因而非晶电机适合工作在潮湿且易爆场所而没有爆炸的危险。

 

改进的直接转矩控制在异步电动机中的应用

直接转矩控制（DTC）的优点：可获得快速准确的转矩动态响应，不需要坐标系转换器、也不需要脉宽调节器和位置编码器，因而控制方案和内在控制结构都较为简单，其基本结构包含一个直接转矩控制器，一个转矩和磁链的计算器以 及一个电压型逆变器。  DTC的缺点：不断变化的开关频率和不精确的定子磁链估计可能降低DTC的控制性能。  本文的创新点：为了保持恒定的开关频率，设计了一个简单的转矩控制器代替传统的三态磁滞比较器，并给出了相应的转矩控制器设计方案和改进的定子磁链估算方法，一个稳态工作的简单补偿器用于补偿电压模型中定子磁链估计的数值和相位误差。  恒定开关频率控制器的设计：  原理：根据N.R.N.Idris的结论，转矩斜率的计算表达式如下 新的转矩控制器由两个三角波形发生器、两个比较器和一个比例积分控制器组成。两个三角波载波信号相位上相差180度，在上部和下部的载波信号中，直流补偿的绝对值被调整为三角波峰一峰值的一半。上部的直流补偿为正，下部为负。

在固定的参考坐标系g中，先由被估定子磁链得出实际定子磁链的表达式 然后在工作频率点对定子磁链的d、q轴分量进行补偿。  本文提出的改进方案，其核心在于：当系统处于稳态时，仅在工作频率点对被估定子磁链进行数值和相位补偿，因而提高了DTC的稳态特性。

仿真结果和结论：降低了稳态下定子磁链估计的数值误差和相位误差，使得异步电机转矩脉动最小化。该补偿方案合理有效，在保持直接转矩控制传动结构简单的同时,更提高了传动系统的性能。  （DSP采用32位浮点式TMS320C31）

 

16位单片机系统在电机控制中的应用  电力系统及其自动化学报（2006年2月）    优点：Intel 87C196MC是专门为电机高速控制所设计的一款16位微控制器，将这款新型微控制器运用到电机控制当中，使系统提高了性能，节约了成本，达到了很好的控制效果。  问题关键：程序设计主要是解决利用87C196MC的片内波形发生器WFG产生符合要求的PWM波的问题。首先，在电机控制时希望保持每极磁通量φm为额定值保持不变，这样既充分利用了铁心，又不会对电机造成伤害。而要保持φm不变，采用恒定V/F比值控制是常用方法。  解决方案：先建立一张0—180度的正弦函数表，这张函数表从0°开始，每隔0.12°安排一个数据。一个数据两个字节，最大值sin90°对应4 096，最小值sin0°对应0。从0°到179.88°总共1 500项数据，占用了3 000字节。  然后建立一张电压-频率数据表，在程序中称为VAFM表。这张表从0 ~ 300 Hz每隔0.2 Hz取一个相应的电压值,每个值占2个字节，共1 501个值。  建立起必需的两张数据表后，就能推导出三相PWM波形占空比瞬态值=相中性点占空比±(调制深度系数α×相电压值)/216  相关参数的计算： （1）载波周期Tc= (4×WG_RELOAD)/fXTAL （2）SPWM波脉冲宽度计算  占空比= (WG_COMP/WG_RELOAD)×100% （3）相中性点O值=1/2×WG_RELOAD  结论：87C196MC除了完成产生SPWM进行变频控制外，还完成了状态检测、转速显示和电机正反转控制。在整个调频范围内，运行稳定可靠，具有良好的性能。  基于全维观测器的无速度传感器异步电机控制  交流技术与电力牵引（2008年5月）    本文创新点：对采用矢量控制的交流调速系统，本文提出了基于模型参考自适应（MRAS）的电机参数辨识方法，将全阶观测器作为可调模型，并通过李雅普诺夫稳定性理论来构建自适应律，将参考模型和可调模型的输出比较后，利用其误差通过自适应律来调节可调模型的参数，最终达到逼近真实参数的目的。

MRAS在观测转子磁链的同时也辨识了转子速度参数  结论：模型参考自适应系统能够很好地完成对电机参数的估算，估算精度基本上能满足矢量控制系统的要求，具有良好的鲁棒性和动静态性能。