/index.php/article/2021/04/22
发帖内容
本文讨论的内容有以下几个方面:
论坛回复
第一个问题“大功率高速电机控制系统存在哪些关键技术”讨论如下：
各位大神，对于大功率高速电机，它的控制系统都有哪些关键技术可以值得研究？
论坛回复
1 heguojia
高频大功率的开关器件、电流采样延迟、高频器件的开关损耗、变频器效率、电磁兼容、电流谐波。
大功率、高速单独拿一个出来都很多方向，大功率硬件设计就是大问题，软件控制电流抑制更是难题。
高速整个系统延时也要注意
1.器件选型
大功率说明器件功耗大，有可能牵扯到器件串并联，需要考虑器件选型、温升和冷却问题。
2.低载频比控制
高速电机基频一般较大，为控制损耗和温升，开关频率不会太大，需要考虑低载频比下的控制问题，比如位置、电流采样延时。
3.振动噪声
大功率一般不会只有一套三相绕组，多个三相就需要考虑功率分配和不平衡问题。不知道应用场合，有时候振动指标会让你抓狂。
4.电磁兼容
共模，差模问题，这里不细展开。
赞楼上几人所述，大功率高速刹车停机控制可能存在问题
回复2 18201975434
请教大佬，软件控制的电流抑制具体指的是什么问题呢？
回复4 diankongweilai
电流采样的延迟通常都用什么办法处理啊
回复7 LsmBreeze
电流谐波抑制，和振动噪声挂钩。
9 liys
到底多少千瓦、多少转速或多少转子线速度的电机看作为大功率高速电机？
10 18201975434
回复6 LsmBreeze
比如做控制器要做限流处理，如果不做处理会烧毁mos
回复6 LsmBreeze
大功率电机的电流一般都比较大，要考虑好工况转换过程中电流大小，防止某些管子长时间导通。
回复7 LsmBreeze
电流采样延迟没有考虑过，现在芯片采样频率可以轻易做到10k以上；针对采样，可以滤波处理。
相比采样，大功率电机控制的延迟更重要。
回复9 liys
这个问题很好。
我认为高速电机应该以线速度作为判断依据。通常说的转速超过10000r/min的高速电机，其实也是线速度比较大而已。
但是具体多少数值认为是高速的，我还没有看到统一的数据。
第二个问题“如何提高电机效率?”讨论如下：
14 swaint
现在都在提倡做高效率电机，要提高效率，也就是要降低各种损耗。电机的损耗主要有铁耗，铜耗，机械损耗和杂散损耗，无刷电机还有个控制器损耗，请问大家在实际设计中，都有说明好办法来降低各种损耗，提高效率呢？
15 梦的河流
高效是我们一直追求的目标，如何提高综合效率才是
16 swaint
回复15 梦的河流
能否说说您是如何提高综合效率的？
17 swaint
从自身经验说几个方法，先抛砖引玉一下。
1.结构设计上，合理的设计定转子磁密，避免饱和，转速过高的电机，适当降低各部分磁密
2.在槽满率允许的前提下，尽可能增加线径，减小电阻
3.有感的对霍尔进行超前角控制
谈到的是大批量生产的电机，不涉及军品，精品，因此好的材料比如1J22，20A1500这些虽然可以提高效率，但是价格太贵，暂时不考虑。
18 小作手
最高效率要结合客户的实际工况来设计，现在恒定转速、恒定转速的工况越来越少，变转矩、变转矩、短时过载的工况越来越多。按额定工况来设计的高效电机，到了客户现场，使用的情况可能不是很好，吃透工况才能事半功倍。
19 swaint
回复18 小作手
说得很有道理，设计前得明白电机在产品里是怎么使用的，常用的工作点在哪里，有时候做产品的并没有详细的指标，对电机也不明白，需要多沟通
20 andycjj
我也来盖楼，高效设计：
1、根据负载选择适当的电负荷和磁负荷，例如高速，选取较高磁负荷。
2、降低固定损耗，如机械耗
3、尽量增加槽满率，如采用hairpin绕组
请勿拍砖！！
21 Nephology
提高效率要从降低损耗来着手：
1.降低定子铁心损耗，可以从材料上出发，采用损耗更低更薄的硅钢片或者用非晶合金材料；可以从结构上出发，采用斜槽或者开辅助槽来消除磁密谐波，减小定子铁心上的损耗。
2.降低永磁体损耗，可以采用更薄一些的或者分块永磁体削弱永磁体上的涡流损耗。
3.降低杂散损耗，通过减小定子电枢绕组电流谐波，尽量保证波形正弦化或者梯形化。
22 相由心生
回复20 andycjj
高速不应该是低磁负荷吗
23 相由心生
提高效率意味着降低损耗 铜耗(Irms^2*R) 铁耗(磁滞1次方 涡流2次方 异常1.3次方) 功率管开关损耗(Vdsoff*Idsrms*(tr+tf)*f/2) 导通损耗(Idsrms^2*Rds) 机械损耗(轴承摩擦系数 轴向预压力)
通常低速电机主降铜耗 高速电机主降铁耗 两者电磁负荷做出相应合适的调整 哪里损耗占比大降哪里
24 Nephology
回复22 相由心生
恩恩，我也赞同，高速的话频率已经很高了，再选择高的磁负荷那么电机铁耗会很大！
25北方一帆
高效无刷直流电机：
1.永磁无刷电机的槽数与极数的匹配很关键，通过借鉴现有产品和实际应用效果验证尤为重要；
2.还有电机的细长比选取，有个最佳值；
3.齿部和軛部磁密设计要合理；
4.永磁材料的选取要和磁路相协调；
5.气隙的选择也要有考虑；
6.可变因素多，对效率均有影响，最后根据计算结果，看各部的损耗，大的要逐一解决，损耗变小后效率就提高了。
26 swaint
回复25北方一帆
请问您说的电机的细长比是否是指的转子长径比？
转子外径越小，电机的转速越容易做高，相应效率也容易提高。但过小的外径，如果充磁方式不对，可能会使转子轭部磁密过于饱和，引起铁耗增加，请问我这样理解是否正确？
另外，这个比例，请问是多少比较合适呢? 看过国外某高转速电机，转子外径/转子长度约等于0.8
27 飞飞猪
回复17 swaint
超前角控制是否是提前关断技术？
28 swaint
回复27 飞飞猪
是的，提前导通和关断
29 hutzhangs
电机控制方面有什么更好的控制方式来提高效率吗
30 Jason-梅
要提高电机效率得先分析电机损耗比重较大的部分，再根据分析结果来侧重在相应部分改善
31 swaint
回复30 Jason-梅
能否谈谈在降低铜耗，铁耗，机械损耗等方面，您有哪些方法吗？
32 Jason-梅
回复31 swaint
当铜耗占全部损耗的大部分时，可以看看线包的饱和率，看是否可以增加漆包线线径，看运行时的电流波形是否处于接近方波（峰值电流会影响电调的损耗）；
当铁耗占主要部分时，就要分析硅钢片是否在某部分已经磁饱和，这里可以通过换好的材料或者改变硅钢片的齿型，又或者永磁铁的磁性能过强，以及槽极过多，导致切换频率过快，使得铁耗变大；
机械损耗部分我知道的只有从轴承及重心着手，至于重心在哪部分比较合适，我就不太懂了，你可以问下专门做结构方面的同事，仅供参考，如果有什么不对的欢迎提出，我也只是个半桶水而已。。。
33小可
1、必须要知道电机运行的工况，毕竟电机在不同的工况能效基本也有所差别。
2、控制器对电机的能效也会有一定的影响的。
3、电机各种定转子的匹配，定转子的间隙等。
34 bocai
请教下版主 有感的超前角控制对效率或扭矩提升有这样的帮助？
35 bocai
请教下 铁耗和铜耗从哪方面看 比如铁耗看大致的空转电流 那 铜耗呢? 能否说说看大致的经验
36 Jason-梅
回复35 bocai
按照简单的估算方式：I^2*R
回复34 bocai
要区分两个概念，一个是电机效率，一个是功率因数。
分析电机效率，是指有功功率中那些是真正做功，那些是通过热能、机械能损耗掉了；功率因数是分析有功功率和无功功率。
题主所说的有感的超前角控制应该是从功率因数角度说的。
第三个问题“电机控制器对电机效率的影响”讨论如下：
38 646719004
各位大神，有个问题想请教一下。如果同一台电机用不同的控制器，同样的负载及转速，电机线电流及效率测出来会不一样吗？为什么？
39 18201975434
控制器也有效率啊，控制器效率达不到100%，实际上到97%应该算还可以了
40 646719004
嗯，我说的是电机的效率，不带控制器部分
41 Nephology
不会的， 。。。
42 646719004
嗯，那为什么说如果控制器跟电机匹配度不高，电机测出来的效率会低于实际值？这个匹配指的是？我的理解是如果负载和转速一定，那么输出功率也就定值，负载一定，电机输入电流就是定值，转速一定，电机输入电压就是定值，那么电机的输入功率就是定值，从而电机的效率就是定值，那么不管用什么控制器，只要能给到电机需求的电压和电流，电机的效率就是一定的，是这样的吗？
回复42 646719004
首先，可以很明确的说，不同的控制器如果输出电压一样，负载和转速也一样，此时电机的效率肯定是一样的；
其次，不同的控制器，控制策略、主回路不一致，控制器效率也不尽相同。
题主所说的负载一定、转速一致。我想请问是怎么确定负载一致的，怎么测量的？
退一步讲，负载如果真的相同，怎么确定电机输入的PWM电压信号也是一样的，不同的控制器输出电压特性肯定不一样（THD不一致），对应电机的铜损和铁损也不一样。我感觉你这块还没有理清。
第四个问题“电机效率测试方法”讨论如下：
44 Ronald
各位好，我是一家电机公司的销售，请教各位一个电机效率测试方法的详细区别，我们公司普通电机是使用E法（输出输入法）测试，使用B法（输出功率的损耗分析法）测试高效电机，结果部分型号普通效率的效率高于高效电机的，能否帮忙详细解释一下造成这样的结果的原因是什么，谢谢！
45 Edwin_Sun
都采用输入输出，或者都采用后面的方法呢？效率如何？
46 张老五
两种方法都是损耗分析法的分支，其他的损耗基本相同，主要差别是在杂散损耗上面。
E法的杂散损耗是取0.5%的固定值，而B法则要求实测，根据电机功率及厂家工艺的不同，实测的杂耗通常在1-1.5%的西门子，有时（工艺差则规格小时）可达3%甚至更高。
因此，E法和B法的效率值之间不能类比，要比，就放在同一方法下比较。
47 张老五
切记不同的测量方法下效率值有时相差甚多，因此不能进行效率对比
原帖网址：
大功率高速电机控制系统关键技术
https://bbs.simol.cn/thread-195454-1-1.html
如何提高无刷直流电机效率
https://bbs.simol.cn/thread-158402-1-1.html
电机控制器对电机效率的影响
https://bbs.simol.cn/thread-192872-1-1.html
电机效率测试方法
https://bbs.simol.cn/thread-131930-1-1.html
执行采编：diankongweilai
附注：以上内容均摘自西莫电机论坛，在保留作者原意的基础上选择整理，如作者有异议，请与编辑部联系。
编辑寄语：
本文首先介绍了大功率高速电机控制系统的关键技术,然后针对关键技术中的电机效率展开详细说明。随着材料性能的提高和自动控制技术的发展，永磁同步电机等大功率高速电机以其功率因数高、调速范围宽、易于维护等优点在轨道交通、船用电力推进领域的应用日益广泛。相比小功率电机，大功率高速电机必须考虑低载波比、带速启动场合下的控制问题，且其应用场合也对振动噪声、电磁兼容提出了新的挑战和要求。抛砖引玉一下，大功率电机系统一阶模态频率通常很低，极易与系统运行频率耦合引起共振，感兴趣的话，可以关注论坛各种线上线下的培训和讨论。
此外，本文还展示了电机效率的测量和提高电机效率的方法。电机效率的提高要从降低损耗下手：铁损、铜损、永磁体损耗等等。损耗的降低就像打地鼠一样，哪里冒头就敲打哪里。具体思路是：首先根据电机运行工况分析测试各部分损耗的比重，比如低速着重铜损，高速着重铁损；然后从各损耗影响因素下手，经验和理论相结合，对不同参数下的损耗进行仿真、测试甚至试验。
虽然电机已经出现了很多年，但是仍旧存在一些问题没有解决和克服。现在我们已经能够把电机转起来了，但是怎么转的好，怎么做到随心所欲的转，仍旧道阻且长。在原贴里可以看到更多的交流内容，受限于专业和能力水平，众人抬柴火焰高，欢迎大家积极交流学习和批评指正。
西莫首席技术专家标准答案点评：
1 随着电力电子技术和现代控制技术的飞速发展，电机变速运行的控制技术也日臻成熟和完美，小功率电机的伺服控制已达到“随心所欲”的程度。然而对于大功率、高速电机的控制，仍然存在着许多技术瓶颈，本文所讨论的话题非常有价值，对于从事大功率高速电机本体设计、控制技术研究的技术人员具有很好的参考意义，特别是对于电机及其控制方面的在校研究生，在专业方向和论文选题方面极具参考价值。
2 从小功率到大功率，从中低速到高速，无论在电机本体还是控制方面都是一个从量变到质变的过程，许多方面在小功率、中低速时不值一提，而一旦功率足够大、转速足够高时就变成了制约瓶颈。本文主要是从宏观方面讨论某些技术的发展方向，虽然讨论内容比较少，细节方面也没有具体到解决方案，但讨论中高手的参与使得每个问题都给出了明确的答案，第一个问题在一开始的二楼就给出了明确答案；关于高效电机的试验方法，张老五给出了明确答复——这种高效的讨论值得称赞。
3 建议读者在阅读本文时，进一步认真思考以下问题：一是为什么那些问题在小功率、中低速时就不是问题，而在大功率高速时就变成了瓶颈？二是在未来的研究中，如何先突破瓶颈，解决“从0到1，从无到有”的问题，再如何解决“从1到2，从有到好”的问题。这正是本文的意义所在。
