永磁同步電動機轉(zhuǎn)子位置辨識中本科設(shè)計

1、中 國 礦 業(yè) 大 學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計設(shè)計題目： 永磁同步電動機轉(zhuǎn)子位置辨識 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書學(xué)院 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 專業(yè)年級 電氣07-4 學(xué)生姓名 陸朝陽 任務(wù)下達日期：2010年 3 月 8日畢業(yè)設(shè)計日期： 2010年 3月 10日至 2010年 6月 10日畢業(yè)設(shè)計題目：永磁同步電動機轉(zhuǎn)子位置辨識畢業(yè)設(shè)計專題題目：畢業(yè)設(shè)計主要內(nèi)容和要求：1. 掌握永磁同步電動機的工作原理；2. 永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子位置辨識意義；3. 分析比較各種轉(zhuǎn)子位置辨識方法；4. 設(shè)計轉(zhuǎn)子位置辨識系統(tǒng)。院長簽字： 指導(dǎo)教師簽字：中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)教師評閱書指導(dǎo)教師評語（基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；獨立解決

2、實際問題的能力；研究內(nèi)容的理論依據(jù)和技術(shù)方法；取得的主要成果及創(chuàng)新點；工作態(tài)度及工作量；總體評價及建議成績；存在問題；是否同意答辯等）：成 績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計評閱教師評閱書評閱教師評語（選題的意義；基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；綜合運用所學(xué)知識解決實際問題的能力；工作量的大小；取得的主要成果及創(chuàng)新點；寫作的規(guī)范程度；總體評價及建議成績；存在問題；是否同意答辯等）：成 績： 評閱教師簽字： 年 月 日 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計評閱教師評閱書評閱教師評語（選題的意義；基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；綜合運用所學(xué)知識解決實際問題的能力；工作量的大小；取得的主要成果及創(chuàng)新點；寫作的

3、規(guī)范程度；總體評價及建議成績；存在問題；是否同意答辯等）：成 績： 評閱教師簽字： 年 月 日 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計答辯及綜合成績答 辯 情 況提 出 問 題回 答 問 題正 確基本正確有一般性錯誤有原則性錯誤沒有回答答辯委員會評語及建議成績：答辯委員會主任簽字： 年 月 日學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組綜合評定成績：學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組負(fù)責(zé)人： 年 月 日摘 要永磁同步電動機(permanent magnet synchronous machine, pmsm)由于無需勵磁電流、體積輕便、運行效率很高，在工業(yè)領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。只有知道了精確的轉(zhuǎn)子位置信息，才能實現(xiàn)永磁同步電動機轉(zhuǎn)子磁場定向的運動控制。在傳統(tǒng)的

4、永磁同步電動機運動控制系統(tǒng)中，通常采用光電編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器來檢測轉(zhuǎn)子的位置。然而，這些傳感器增加了系統(tǒng)的成本，并且降低了系統(tǒng)的可靠性。因此，無傳感器檢測永磁同步電動機轉(zhuǎn)子位置已逐漸成為熱點。本文闡述了永磁同步電動機的發(fā)展歷程、永磁材料的發(fā)展，以及它的結(jié)構(gòu)、工作原理和特點等。介紹了永磁同步電動機轉(zhuǎn)子位置檢測的常用方法分兩種：即直接方式檢測和間接方式檢測。直接方式可分為：旋轉(zhuǎn)變壓器法、磁編碼器法、光電編碼器法；間接方式可分為：電感法、磁鏈法、假想坐標(biāo)系法、基于各種觀測器的估算方法、卡爾曼濾波器法、高頻注入法和人工智能理論基礎(chǔ)上的估算方法。針對本課題主要做了以下研究工作：在構(gòu)建其數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，

5、深入分析電機定子電感的飽和效應(yīng)，得出旋轉(zhuǎn)高頻電壓注入法能夠準(zhǔn)確跟蹤轉(zhuǎn)子凸極位置，但其存在不能確定估算結(jié)果是n極還是s極位置的問題。對于這個問題,本文又分析了永磁同步電機定子電流對電機磁路飽和度的影響，根據(jù)旋轉(zhuǎn)電流矢量幅值變化特性，提出了一種判定轉(zhuǎn)子永磁體n/s極極性的方法，解決了常規(guī)高頻注入法所存在的估算結(jié)果可能反向的問題。關(guān)鍵詞：永磁同步電動機 ；高頻電壓注入 ；轉(zhuǎn)子位置檢測abstractas the permanent magnet synchronous motor without excitation current, volume light, high efficiency, m

6、ore and more widely in the industrial fields of application. only know the exact rotor position information, to achieve permanent magnet synchronous motor rotor flux orientation motion control. in a traditional permanent magnet synchronous motor motion control system, usually optical encoder or reso

7、lver to detect the rotor position. however, these sensors increase the system cost and reduced reliability of the system. therefore, sensorless permanent magnet synchronous motor rotor position detection has gradually become a hot spot.this paper describes the development process of permanent magnet

8、 synchronous motor, permanent magnet materials development, and its structure, working principle and characteristics. introduced a permanent magnet synchronous motor rotor position detection of the common methods in two ways: the direct detection and indirect detection methods. direct methods can be

9、 divided into: rotating transformer, magnetic encoder method, optical encoder method; indirectly, can be divided into: inductance method, flux method, imaginary coordinate system method, the various observer-based estimation method, kalman filtering device method, high frequency injection method and

10、 artificial intelligence based on the theory of estimation methods.the main topics for research work to do the following: in building a mathematical model based on in-depth analysis of the saturation effect of the stator inductance, obtained rotating high frequency signal injection method to accurat

11、ely track the position of the rotor salient, but its existence can not be determined or estimated results is n pole s pole position of the problem. for this problem, this paper analyzed the current permanent magnet synchronous motor stator magnetic circuit saturation, according to the amplitude vari

12、ations of current vector rotation, a permanent magnet rotor determine n / s pole polar solutions to injection of conventional high-frequency estimation results are likely to reverse the existing problems.keywords：permanent magnet synchronous motor, high frequency signal injection, rotor position det

13、ection目 錄第一章 緒論11.1課題的研究背景11.2 永磁同步電動機的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀21.3永磁材料的發(fā)展4第二章 永磁同步電動機的結(jié)構(gòu)及特點42.1永磁同步電動機的總體結(jié)構(gòu)42.1.1 定子結(jié)構(gòu)52.1.2 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)62.1.3 永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)型式62.2永磁同步電機的特點10第三章 永磁同步電動機的工作原理及數(shù)學(xué)模型113.1永磁同步電動機的工作原理113.2 坐標(biāo)變換原理123.3永磁同步電動機的數(shù)學(xué)模型133.4磁路結(jié)構(gòu)對數(shù)學(xué)模型中參數(shù)的影響15第四章 永磁同步電動機轉(zhuǎn)子位置檢測的方法174.1直接方式174.2間接方式18第五章 旋轉(zhuǎn)高頻注入法的原理及應(yīng)用225

14、.1旋轉(zhuǎn)高頻信號激勵下永磁同步電機數(shù)學(xué)模型225.2旋轉(zhuǎn)高頻電壓信號注入法原理235.3永磁同步電機轉(zhuǎn)子初始位置檢測275.3.1基于旋轉(zhuǎn)高頻注入法的轉(zhuǎn)子初始位置檢測原理285.3.2面貼式永磁同步電機定子電感飽和效應(yīng)分析研究295.3.3根據(jù)高頻電流響應(yīng)幅值判定n、s極31第六章 結(jié)論32參考文獻34翻譯部分36英文原文36中文譯文45致 謝54第55頁 中國礦業(yè)大學(xué)2010屆本科生畢業(yè)設(shè)計第一章 緒論1.1課題的研究背景直流電氣傳動和交流電氣傳動在19世紀(jì)中期先后誕生，由于直流電氣傳動具有良好的調(diào)速性能和轉(zhuǎn)矩控制性能，改變決定交流調(diào)速的電源頻率的改變和對電動機轉(zhuǎn)矩控制極為困難，因此，在20

15、世紀(jì)相當(dāng)長的一段時間內(nèi)直流傳動成為電氣傳動的主流。然而，由于直流電動機具有電刷和換向器，成為限制其自身發(fā)展的主要缺陷，導(dǎo)致其生產(chǎn)成本高、制造工藝復(fù)雜、運行維護工作量大，加之機械換向困難，其單機容量、轉(zhuǎn)速及使用環(huán)境都受到限制。從20世紀(jì)30年代，人們致力于交流調(diào)速技術(shù)的研究。現(xiàn)代電機調(diào)速技術(shù)是一門比較復(fù)雜的交叉技術(shù)，涉及的領(lǐng)域廣泛，包括電機、電力電子技術(shù)、控制理論、計算機技術(shù)與仿真等幾個方面。近四十年來，電機調(diào)速技術(shù)在世界上得到了蓬勃發(fā)展，特別是電力電子器件技術(shù)的進步促進了現(xiàn)代電機控制技術(shù)的發(fā)展，如不斷出現(xiàn)了scr，gto，gtr，igbt等新器件。以微電子技術(shù)為基礎(chǔ)、自動化技術(shù)和計算機技術(shù)為核

16、心(即綜合機電一體化技術(shù))發(fā)展起來的交流驅(qū)動系統(tǒng)，正在沖擊著整個傳統(tǒng)工業(yè)模式。尤其在近十年來，現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)不斷成熟，并朝著數(shù)字化智能化方向發(fā)展，因此對交流調(diào)速系統(tǒng)進行深入研究就顯得十分重要。雖然目前感應(yīng)電動機以其較低廉的價格、可靠的機械特性和優(yōu)越的高速運行范圍成為廣泛使用的驅(qū)動電機，但是基于感應(yīng)電動機的驅(qū)動系統(tǒng)仍存在一些缺點。首先，矢量控制理論的提出及應(yīng)用在對感應(yīng)電機控制方法上有了重大突破，但是在低速時其可控性差、散熱性差等問題較難以解決。其次，感應(yīng)電機的控制技術(shù)較復(fù)雜，運算量大。如果采用永磁同步電機作為驅(qū)動電機，就可以克服感應(yīng)電機上述方面的不足。矢量控制是高性能的永磁電機伺服驅(qū)動系統(tǒng)中主

17、要采用的控制方法。交流電機矢量控制是1971年由德國blaschke等人提出的，它從理論上解決了交流電動機轉(zhuǎn)矩的高性能控制問題。該控制方法首先應(yīng)用在感應(yīng)電機上，很快被移植到同步電機。事實上，在永磁同步電機上更容易實現(xiàn)矢量控制，因為同步電機在矢量控制過程中沒有感應(yīng)電機中的轉(zhuǎn)差頻率電流而且控制受參數(shù)(主要是轉(zhuǎn)子參數(shù))的影響也小。目前，矢量控制技術(shù)在永磁同步電機中得到了廣泛地應(yīng)用，其地位超過了該控制方式在異步電機中的地位。永磁同步電動機的驅(qū)動需要機械傳感器來檢測電機的速度和轉(zhuǎn)子的磁極位置。這些機械傳感器和僅能檢測速度信號的測速發(fā)電機的存在增加了控制系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本，降低了系統(tǒng)的可靠性，同時也限制了

18、永磁同步電動機在一些特殊場合的應(yīng)用。為了克服使用機械傳感器給系統(tǒng)帶來的缺陷，研究開發(fā)一種可靠的、低成本的無機械傳感器控制方法便成了電機控制技術(shù)領(lǐng)域中的一個研究熱點，這種控制方法稱為無傳感器控制技術(shù)。它利用檢測出來的電機電壓、電流和電機的數(shù)學(xué)模型進行一些運算來確定電機轉(zhuǎn)子位置和速度，具有不改造電機結(jié)構(gòu)、省去昂貴的機械傳感器、降低維護費用和不怕粉塵與潮濕等優(yōu)點。隨著控制理論以及計算機技術(shù)的發(fā)展，無速度傳感器控制技術(shù)得到廣泛重視。隨著對交流驅(qū)動系統(tǒng)研究的深入和對性能要求的不斷提高，涌現(xiàn)出了多種復(fù)雜而先進的算法，單片機mc51、96及多片mcs96系統(tǒng)的運算速度已不能滿足要求。數(shù)字信號處理器(dsp)

19、正成為電機控制系統(tǒng)中的首選器件。dsp運算功能強大，專門處理以運算為主的不允許延遲的實時信號，它包含靈活可變的1/o接口和片內(nèi)i/o管理，高速并行數(shù)據(jù)處理算法的優(yōu)化指令集，其先進的品質(zhì)與性能可為電機控制提供高效的平臺。dsp由于采用多總線的哈佛結(jié)構(gòu)，內(nèi)部設(shè)置了專用硬件乘法器以及專用的dsp命令，使其具有高速運算功能在一個機器周期內(nèi)就能完成乘法運算，這比通用微處理器快10-100倍，能夠?qū)崟r實現(xiàn)復(fù)雜控制算法。隨著dsp技術(shù)水平的提高及價格不斷降低且性能不斷改進，使其廣泛應(yīng)用于交流驅(qū)動領(lǐng)域成為可能。由dsp組成的全數(shù)字化驅(qū)動系統(tǒng)可以通過修改控制程序，無須改變系統(tǒng)硬件，便可實現(xiàn)不同的控制算法，實現(xiàn)控

20、制的軟件化、柔性化，保證實時性的要求。綜上所述，由數(shù)字信號處理器技術(shù)和無機械傳感器技術(shù)相結(jié)合實現(xiàn)的永磁同步電機全數(shù)字化交流驅(qū)動系統(tǒng)己成為運動控制領(lǐng)域的一項重要研究內(nèi)容1。1.2 永磁同步電動機的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀世界上第一臺永磁電機是1831年發(fā)明的，但是由于當(dāng)時采用的天然磁鐵磁性能太差，電機的磁能積不足而很快被電勵磁電機所取代。隨著高性能永磁材料的不斷開發(fā)和相繼問世，其優(yōu)異的性能又使永磁電機的開發(fā)和應(yīng)用得到迅速發(fā)展。特別是第二代稀土永磁材料的研制成功后，為高效永磁同步電動機的開發(fā)提供了重要條件。國內(nèi)外利用稀土永磁的優(yōu)異磁性能研制開發(fā)高效永磁同步電動機已有20多年的歷史。1978年，法國cem公司

21、推出isosyn系列0.55-18.5kw稀土鈷永磁同步電動機，效率比一般感應(yīng)電動機高2%-8%，功率因數(shù)提高0.05-0.15，起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)為1.6-2.2，英國、前蘇聯(lián)、美國等也相繼推出類似系列，但功率普遍做得不大。與電勵磁電機相比，永磁同步電動機具有節(jié)能高效等一系列優(yōu)點。永磁同步電動機已成為電機行業(yè)的發(fā)展熱點，隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴展，國內(nèi)外研究人員在永磁同步電動機的優(yōu)化設(shè)計、性能分析方面作了很多研究工作，在電機性能電磁場數(shù)值計算方面取得了大量的成果。1983年，英國著名學(xué)者t.j.e.miller在墨西哥ieee會議上首次提出異步起動永磁同步電動機的概念，并于次年在雜志上發(fā)表文章對異步起

22、動永磁同步電動機的工作原理進行了簡要闡述。1987年，tommy sebastian發(fā)表了一篇關(guān)于永磁同步電動機調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)建模的文章，從理論上系統(tǒng)分析了永磁同步電動機利用park模型隨轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)的d,q,0系統(tǒng)。1990年，加拿大學(xué)者m.a.rahman等給出了較為全面的異步起動永磁同步電動機似穩(wěn)態(tài)分析的等值電路。1994年，英國學(xué)者b.j.chalmers等提出永磁同步電動機采用“v”型永磁體結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在保證足夠的起動籠設(shè)計空間的前提下增加了磁鋼的有效利用體積。1994年，zhou p.等發(fā)表了用有限元法計算永磁同步電動機參數(shù)和性能的文章，指出以往的不計永磁作用、不計交直軸交叉耦合影

23、響，單獨計算交直軸電樞磁場求取電機參數(shù)的方法是不合理的。提出了采用負(fù)載法進行交直軸電樞反應(yīng)電抗計算，是參數(shù)真實反應(yīng)負(fù)載時電機材料的飽和程度。1994年，kurihara k.在ieee上發(fā)表文章，提出采用場路耦合時步有限元法分析永磁同步電動機的穩(wěn)態(tài)運行性能，探討了由于諧波磁場存在而引起的電流諧波和轉(zhuǎn)矩波動問題，開辟了永磁同步電動機新的研究方法。1998年，ge公司提出一種新的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu):起動繞組內(nèi)置，而永磁體分塊面貼，從而達到好的起動性能。從80年代起，國內(nèi)學(xué)者對永磁電機也進行了大量的研究，沈陽工業(yè)大學(xué)特種電機研究所的唐任遠教授編著的現(xiàn)代永磁電機理論與設(shè)計一書中采用以等效磁路解析求解為主，結(jié)合磁

24、場數(shù)值計算的方法對多種永磁電機的原理、結(jié)構(gòu)、設(shè)計進行了研究，總結(jié)了近年來永磁電機的研究成果。西北工業(yè)大學(xué)李鐘明、劉衛(wèi)國等編著的稀土永磁電機中闡述了稀土永磁電機的特殊性，全面介紹了各類永磁電機的理論和設(shè)計技術(shù)。1986年，上海電器科學(xué)研究所開發(fā)化纖用外轉(zhuǎn)子永磁同步電動機，這是一種高速紡機，作變速卷繞頭傳動裝置的專用電機，調(diào)速范圍1500-9000r/min或1500-12720r/min，調(diào)速平穩(wěn)、性能穩(wěn)定、運行可靠。1996年，邱捷等發(fā)表用有限兀法分析永磁同步電動機的文章。計算實心轉(zhuǎn)子永磁同步電動機的穩(wěn)態(tài)電抗參數(shù)，動態(tài)轉(zhuǎn)子參數(shù)和起動性能。1999年，王秀和等發(fā)表用有限元法確定用永磁電機漏磁系數(shù)

25、的文章。提出了單位端部漏磁系數(shù)的新概念。2003年，張東等發(fā)表關(guān)于u形轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)永磁同步電動機極間漏磁分析的文章。計算分析了u形永磁體轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)永磁同步電動機的隔磁措施對極間漏磁系數(shù)的影響。2004年，竇滿鋒等發(fā)表高效節(jié)能稀土永磁同步電動機設(shè)計技術(shù)研究的文章。提出了油田抽油機專用稀土永磁同步電動機的設(shè)計方法和特點。2005年，王秀和等發(fā)表關(guān)于自起動永磁同步電動機齒槽轉(zhuǎn)矩研究的文章提出了一種針對自起動永磁同步電動機的解析分析方法，得到了齒槽轉(zhuǎn)矩的解析表達式。2006年，王步來等發(fā)表稀土永磁同步電動機的工程設(shè)計研究的文章。提出了適用于電機制造公司的工程設(shè)計方法。隨著永磁材料性能的不斷提高和完善

26、，特別是釹鐵硼永磁材料的熱穩(wěn)定性和耐腐蝕性的改善和價格的逐步降低以及電力電子器件的進一步發(fā)展，加上永磁電機開發(fā)經(jīng)驗的逐步成熟，除了大力推廣和應(yīng)用已有的研究成果，還促進了永磁電機在國防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活等方面的廣泛的應(yīng)用，使稀土永磁電機的研究開發(fā)進入一個新階段。一方面，正向大功率(高轉(zhuǎn)速、高轉(zhuǎn)矩)、高功能化和微型化發(fā)展。另一方面，促使永磁電機的設(shè)計理論、計算方法、結(jié)構(gòu)工藝和控制技術(shù)等方面的研究工作出現(xiàn)了嶄新的局面2。1.3永磁材料的發(fā)展電機是以氣隙磁場為媒介進行機電能量的轉(zhuǎn)換的裝置，傳統(tǒng)異步電機的氣隙磁場是由定子電流形成的，而永磁體的出現(xiàn)使電機勵磁機理發(fā)生了根本性的變化。19世紀(jì)20年代出現(xiàn)

27、了世界上第一臺由永磁體勵磁的電機。但由于當(dāng)時用的永磁材料是天然的磁鐵礦石，磁能密度非常低，所以用其制造的電機體積龐大，不久就被電勵磁電機所取代。近年來，永磁材料開發(fā)得很快，現(xiàn)有鋁鎳鉆、鐵氧體和稀土永磁體三大類。稀土永磁體又有第一代稀土永磁材料1:5型(rc05 )，第二代稀土永磁材料2:17型(r2c017 )，還有第三代新型稀土永磁材料釹鐵硼，由1983年日本住友特殊金屬公司和美國通用汽車公司各自研制成功，在世界上引起轟動。釹鐵硼具有高的剩磁感應(yīng)強度、高的矯頑力和高的磁能積，是目前磁性能最好的永磁材料。這些特點都特別適合在電機中使用。由于鐵、硼的價格便宜，且不含鉆，因此釹鐵硼的價格比稀土鈷便

28、宜得多。因此自從問世以來，釹鐵硼在工業(yè)和民用的永磁同步電機中迅速得到推廣應(yīng)用。但是釹鐵硼也有缺點，就是溫度系數(shù)較高，居里溫度較低，容易氧化生銹而需涂覆處理。但隨著技術(shù)的不斷改進，這些缺點大多己經(jīng)克服，能夠滿足絕大多數(shù)電機的使用。2004年又一種新型稀土永磁材料釹鐵氮也在我國實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化并具有自主知識產(chǎn)權(quán)。第二章 永磁同步電動機的結(jié)構(gòu)及特點2.1永磁同步電動機的總體結(jié)構(gòu)永磁同步電動機與其它旋轉(zhuǎn)電機一樣，也由定子、轉(zhuǎn)子和端蓋等部件組成，定轉(zhuǎn)子之間存在空氣隙。整體結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2-1所示。1定子鐵心；2定子槽；3轉(zhuǎn)子槽；4轉(zhuǎn)子鐵心；5永磁體；6軸2-1 磁同步電動機結(jié)構(gòu)示意圖2.1.1 定子結(jié)構(gòu)永

29、磁同步電動機的定子結(jié)構(gòu)與感應(yīng)電動機相同。為減小磁場引起的渦流損耗和磁滯損耗，定子鐵心通常由0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成，上面沖有均勻分布的槽，內(nèi)嵌二相對稱繞組。定子槽型通常采用半閉口槽，如圖2-2所示，其中梨形槽的槽面積利用率高，沖模壽命長，且槽絕緣的彎曲程度較小，不易損傷，應(yīng)用廣泛。定子繞組由圓銅線繞制而成，通常采用星形接法的雙層短距繞組以避免電動機繞組中產(chǎn)生環(huán)流，并削弱電動勢諧波，減小雜散損耗。 a)梨形槽 b)梯形槽圖2-2 定子槽形為提高零部件的通用性、縮短開發(fā)周期，在進行永磁同步電動機設(shè)計時，常常選用感應(yīng)電動機的定子沖片、機殼、端蓋和軸等。2.1.2 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)按照轉(zhuǎn)子是否有起動籠，可

30、將轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分為實心永磁轉(zhuǎn)子和籠型永磁轉(zhuǎn)子兩種。實心永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)鐵心由整塊鋼加工而成，上面銑出槽以放置永磁體。這種結(jié)構(gòu)靠旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子鐵心感應(yīng)的渦流產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩起動，無需起動繞組。有時為提高起動轉(zhuǎn)矩，采用表面鍍銅的方法增大渦流。籠型永磁轉(zhuǎn)子是最常見的結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子鐵心由0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成，上面沖有均勻分布的槽，通常采用半閉口槽，如圖2-3a)d)所示。小功率電動機可采用圖2-3a) 、圖2-3b)所示的槽型。為增強集膚效應(yīng)、提高起動轉(zhuǎn)矩，可采用圖2-3c)所示的凸形槽和圖2-3d)所示的刀形槽。但由于轉(zhuǎn)子上要放置永磁體，槽一般不深，電流的趨膚效應(yīng)沒有同功率感應(yīng)電動機那么明顯。圖2-3e)、圖

31、2-3f)所示的閉口槽也有一定的應(yīng)用，它可以簡化沖模制造、減小雜散損耗，且不影響運行時的功率因數(shù)，但轉(zhuǎn)子漏抗較大，對起動性能有一定影響。需要注意的是，當(dāng)選用內(nèi)置徑向式轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)且轉(zhuǎn)子槽形尺寸較小時，通常采用平底槽，以保證合適的隔磁磁橋，避免過大的漏磁系數(shù)。當(dāng)轉(zhuǎn)子槽形尺寸足夠大時，也可采用圓底槽。 a) b) c) d) e) f)圖2-3 轉(zhuǎn)子槽形感應(yīng)電動機中通常采用轉(zhuǎn)子斜槽，但在永磁同步電動機中，鑒于因有永磁體槽而不便斜槽，一般將電動機的定子疊片沿軸向扭斜一定距離以削弱諧波，減小電動機雜散損耗和附加轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子籠型繞組有銅導(dǎo)條焊接式和鑄鋁式兩種。前者在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)插入銅導(dǎo)條，在轉(zhuǎn)子鐵心兩端各放置

32、一個銅端環(huán)，將銅端環(huán)和導(dǎo)條焊接在一起；后者采用離心鑄鋁或壓力鑄鋁工藝，將導(dǎo)條、風(fēng)扇和端環(huán)一次鑄出。與焊接法相比，鑄鋁式具有工藝簡單、成本低的優(yōu)點，因此永磁同步電動機通常采用鑄鋁轉(zhuǎn)子。永磁體的固定方式有兩種：一是在永磁體上涂樹脂，然后插入轉(zhuǎn)子鐵心，樹脂凝固后將永磁體和轉(zhuǎn)子鐵心固定在一起；二是先將永磁體插入轉(zhuǎn)子鐵心，然后在鐵心兩端加非磁性端環(huán)，端環(huán)固定在轉(zhuǎn)子鐵心上。2.1.3 永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)型式永磁同步電動機轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)不同，則其運行性能、控制系統(tǒng)、制造工藝和適用場合也不同。永磁同步電動機可采用多種轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)，通常永磁體放置在轉(zhuǎn)子上，其放置的方式影響到氣隙磁通、漏磁乃至電機的性能，

33、是永磁同步電動機設(shè)計中的核心問題。根據(jù)永磁體在轉(zhuǎn)子上放置的位置不同，分為表面式和內(nèi)置式兩種轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)。1) 表面式轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu) a) b)1 鐵心；2永磁體；3導(dǎo)條；4護環(huán)；5極間填充物；6軸圖2-4 表面式轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)表面式轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)永磁體用高強度非導(dǎo)磁圈固定在籠型轉(zhuǎn)子的外部，磁極之間可以用非導(dǎo)磁材料，如樹脂、鋁、銅等填充，也可用導(dǎo)磁材料填充，其結(jié)構(gòu)如圖2-4所示。這種結(jié)構(gòu)中，永磁體通常呈瓦片形，永磁體提供磁通的方向為徑向，且永磁體外表面與定子鐵心內(nèi)圓之間一般僅套以起保護作用的非磁性圓筒，或在永磁磁極表面包以無緯玻璃絲帶作保護層。當(dāng)極數(shù)較少時，每極永磁體圓弧角度較大，材料利用率低、加工困

34、難，可以采用拼塊式結(jié)構(gòu)，由多塊永磁體拼成整個磁極。表面式轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)的缺點是:導(dǎo)條在轉(zhuǎn)子內(nèi)部，產(chǎn)生的異步轉(zhuǎn)矩較小，僅適合于對起動性能要求不高的場合。2) 內(nèi)置式轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)內(nèi)置式轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)中，永磁體位于導(dǎo)條和鐵心軸孔之間的鐵心中，永磁體外表面與定子鐵心內(nèi)圓之間有鐵磁物質(zhì)制成的極靴，極靴中可以放置鑄鋁籠或銅條籠，起動阻尼或（和）起動作用，動、穩(wěn)態(tài)性能好，廣泛用于要求有異步起動能力或動態(tài)性能高的永磁同步電動機。按永磁體磁化方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向的相互關(guān)系，內(nèi)置式轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)可分為徑向式、切向式和混合式三種。a. 徑向式結(jié)構(gòu)徑向式結(jié)構(gòu)是指稀土永磁體產(chǎn)生的磁通方向是沿轉(zhuǎn)子圓的半徑方向，優(yōu)點是漏磁路磁阻較

35、大，漏磁系數(shù)小，轉(zhuǎn)軸上不需采取隔磁措施，極弧系數(shù)易于控制，轉(zhuǎn)子沖片的機械強度高等。如圖2-5所示為典型的徑向式轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)，其永磁體軸向插入永磁體槽并通過隔磁磁橋限制漏磁通，結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，轉(zhuǎn)子機械強度高，近年來得到廣泛應(yīng)用，其中圖2-5a)所示徑向式結(jié)構(gòu)為美國的專利，圖2-5b)所示的v形結(jié)構(gòu)最早見于英國某產(chǎn)品中，該結(jié)構(gòu)有效的利用了轉(zhuǎn)子空間。 a) b)1轉(zhuǎn)軸；2永磁體槽；3永磁體；4轉(zhuǎn)子導(dǎo)條圖2-5 內(nèi)置徑向式轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)b切向式結(jié)構(gòu)切向式結(jié)構(gòu)是指稀土永磁體產(chǎn)生的磁通方向是沿轉(zhuǎn)子圓周的切線方向，這種結(jié)構(gòu)的漏磁路磁阻相對小一些，漏磁系數(shù)較大，并需采取相應(yīng)的隔磁措施，優(yōu)點是一個極距下的磁通

36、由相鄰兩個磁極并聯(lián)提供，可得到更大的每極磁通，尤其是當(dāng)電動機極數(shù)較多、徑向結(jié)構(gòu) 不能提供足夠的每極磁通時，該結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢更為突出。圖2-6所示為兩種典型的切向式轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)，其中圖a)所示切向結(jié)構(gòu)永磁體內(nèi)側(cè)采用非磁性套筒或非磁性轉(zhuǎn)軸；圖b)所示切向結(jié)構(gòu)利用空氣隙隔磁，省去了圖a)中的隔磁套，轉(zhuǎn)子沖片具有整體性，當(dāng)勵磁不足時還可在隔磁槽中放置永磁體來增加勵磁。a) b) 1轉(zhuǎn)軸；2空氣隔磁槽；3永磁體；4轉(zhuǎn)子導(dǎo)條圖2-6 內(nèi)置切向式轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)c混合式結(jié)構(gòu)混合式結(jié)構(gòu)集中了徑向式和切向式轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，但其結(jié)構(gòu)和制造工藝均較復(fù)雜，制造成本較高。a) b) c) d)1轉(zhuǎn)軸；2永磁體槽；3永磁體；

37、4轉(zhuǎn)子導(dǎo)條圖2-7內(nèi)置混合式轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)如圖2-7所示為四種典型的混合式轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)，其中圖a)所示結(jié)構(gòu)是由德國西門子公司發(fā)明的，需采用非磁性轉(zhuǎn)軸或采用隔磁銅套，主要用于剩磁密度較低的鐵氧體永磁同步電動機，隨著永磁材料的高速發(fā)展，這種結(jié)構(gòu)已失去其優(yōu)勢；圖b)所示結(jié)構(gòu)近年來用得較多，也采用隔磁磁橋隔磁，這種結(jié)構(gòu)的徑向部分永磁體磁化方向長度約是切向部分永磁體磁化方向長度的一半；圖c)和d)是由圖2-5徑向式結(jié)構(gòu)衍生來的兩種混合式轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)，其永磁體的徑向部分與切向部分的磁化方向長度相等，也采取隔磁磁橋隔磁。圖2-5a)和b)、圖2-7c)和d)這四種結(jié)構(gòu)中，轉(zhuǎn)子依次可為安放永磁體提供更多的空間，

38、空載漏磁系數(shù)也依次減小，但制造工藝依次更復(fù)雜，轉(zhuǎn)子沖片的機械強度也依次有所下降。2.2永磁同步電機的特點在上面的章節(jié)中，可以看到各種永磁同步電機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)差異很大，但是由于永磁材料的使用，永磁同步電機具有以下幾種特點：1. 電機轉(zhuǎn)速與電源頻率始終保持準(zhǔn)確的同步關(guān)系，控制頻率就能控制轉(zhuǎn)速；2. 永磁同步電機具有較硬的機械特性，對于因負(fù)載變化而引起的電機轉(zhuǎn)矩的擾動具有較強的承受能力；3. 永磁同步電機轉(zhuǎn)子上有永久磁鐵無需勵磁，因此電機可以在很低的轉(zhuǎn)速下保持同步運行，調(diào)速范圍寬。與其它電機相比，永磁同步電機具有以下優(yōu)點：1. 電機電磁轉(zhuǎn)矩紋波系數(shù)小，運行平穩(wěn)，動態(tài)響應(yīng)快，過載能力強。永磁同步電機比異

39、步電機對電壓和轉(zhuǎn)矩擾動具有更強的承受能力。異步電機負(fù)載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化時，要求電機轉(zhuǎn)差也跟隨變化，也就是轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，但系統(tǒng)轉(zhuǎn)動部分的轉(zhuǎn)動慣量阻礙轉(zhuǎn)速的相應(yīng)變化，降低了響應(yīng)頻率。而永磁同步電機的負(fù)載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化時，僅需要電機的功角適當(dāng)改變，而轉(zhuǎn)速維持在原來的同步轉(zhuǎn)速不變，則轉(zhuǎn)動部分的轉(zhuǎn)動慣量不會影響電機轉(zhuǎn)矩的快速響應(yīng)，瞬間最大轉(zhuǎn)矩可達到額定轉(zhuǎn)矩的三倍以上，使永磁同步電機非常適合在負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化較大的場合下運行；2. 永磁同步電機具有高功率因數(shù)和高效率，顯示出明顯的節(jié)能效果。永磁同步電機用永磁體代替電勵磁，無勵磁損耗，由于定、轉(zhuǎn)子同步，轉(zhuǎn)子鐵心沒有鐵耗，因此永磁同步電機的效率較電勵磁同步電機和異步電機

40、高，且不需要從電網(wǎng)吸取滯后的勵磁電流，從而節(jié)約了無功功率，提高了電機的功率因數(shù)。永磁同步電機在25%-120%額定負(fù)載范圍內(nèi)均可保持較高的功率因數(shù)和效率，使輕載運行時節(jié)能效果更為顯著，在長期使用過程中可大幅度地節(jié)省電能；3. 稀土永磁同步電機較異步電機尺寸大大減少，重量較輕，且轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)大大簡化，提高了電機運行的穩(wěn)定性；4. 結(jié)構(gòu)多樣化，應(yīng)用范圍廣。由于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的多樣化，衍生出許多特點和性能各異的品種，從工業(yè)到農(nóng)業(yè)，從民用到國防，從日常生活到航空航天，從簡單電動工具到高科技產(chǎn)品，幾乎處處涉及；5. 永磁同步電機沒有電刷，結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)的可靠性高。由于永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子磁鋼的幾何形狀不同，使得轉(zhuǎn)

41、子磁場在空間的分布可分為正弦波和梯形波兩種。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，在定子上產(chǎn)生的反電動勢波形也有兩種：一種為梯形波，被成為無刷直流電機（brushless dc motor, bldcm）；另一種為正弦波，被成為永磁同步電動機（permanent magnet synchronous machine, pmsm）。本文主要針對的是 pmsm 3。第三章 永磁同步電動機的工作原理及數(shù)學(xué)模型3.1永磁同步電動機的工作原理圖3-1 永磁同步電動機工作原理示意圖當(dāng)永磁同步電動機的定子三相對稱繞組通入三相交流電時，三相電流在定子繞組的電阻上產(chǎn)生電壓降。由三相交流電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場n1、 s1 。旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速

42、為。由于轉(zhuǎn)子為永磁體，產(chǎn)生恒定磁場n2、 s2 。定子磁場n1、 s1 與轉(zhuǎn)子磁場n2、 s2 之間產(chǎn)生磁拉力，從而產(chǎn)生電磁力矩拖動轉(zhuǎn)子與定子磁場同步旋轉(zhuǎn)。3.2 坐標(biāo)變換原理大多數(shù)常用的交流電機都是三相電機，但我們在進行分析計算時經(jīng)常使用的是靜止坐標(biāo)軸系及同步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)軸系，因此必須進行三相到兩相之間，兩相靜止到兩相旋轉(zhuǎn)之間的變換。三相對稱繞組通過對稱三相電流將產(chǎn)生幅值恒定的旋轉(zhuǎn)磁場。然而這個恒定幅值的磁場也可由兩相對稱繞組中的對稱兩相電流來產(chǎn)生。事實上，一組對稱多相電流量是可以用另外一組多相電流來代替，只要它們產(chǎn)生的磁場(包括幅值和分布)在任何時刻都是相同的，那么這種代替就是等效的4。圖

43、3-2所示是常用的三個坐標(biāo)軸系，即靜止三相坐標(biāo)軸系、靜止坐標(biāo)軸系及同步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)軸系的示意圖，其中是兩相靜止坐標(biāo)系軸和同步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系d軸之間的夾角。三個軸系的位置及相互間關(guān)系按matlab中慣例來設(shè)置，本論文中所涉及的坐標(biāo)軸系如無特殊說明均遵循這一慣例。圖3-2 三種常用坐標(biāo)軸系為滿足三相繞組的合成磁勢與兩相繞組的合成磁勢相等的原則，定義c3/2為三相靜止坐標(biāo)系到兩相靜止坐標(biāo)系的變換矩陣(以下簡稱3/2變換矩陣)得： （3.1）其中n2、n3分別是三相繞組和兩相繞組每相的有效匝數(shù)，矩陣存在第三行是因為考慮三相電流之和不等于零，兩相坐標(biāo)軸系中存在零序電流i0。由兩相定子坐標(biāo)系到三相定子坐標(biāo)

44、系變換矩陣(以下簡稱2/3變換矩陣)可以由3/2變換矩陣求逆獲得： （3.2）在變換過程中，保持了矢量的幅值不變。如果在變換過程中還要滿足保持功率不變條件，并使電流電壓具有同一變換矩陣，則變換矩陣系數(shù)等于，可得。 （3.3）當(dāng)a、b、c各相繞組上的電壓與電流分別為相位互差120°的正弦時，在繞組上的電壓與電流為相位互差90°的正弦。三相繞組與兩相繞組在氣隙中產(chǎn)生的磁勢是一致的，并且磁勢為一旋轉(zhuǎn)磁勢，旋轉(zhuǎn)角速度為電源電流(電壓)的角速度。定義為兩相靜止坐標(biāo)系到同步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系的變換矩陣 （3.4）是同步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系到兩相靜止坐標(biāo)系的變換矩陣 （3.5）3.3永磁同步電動機

45、的數(shù)學(xué)模型圖3-3 定子、轉(zhuǎn)子參考坐標(biāo)系為了便于分析，在建立數(shù)學(xué)模型時，假設(shè)以下參數(shù)：1. 忽略電動機的鐵心飽和；2. 不計電機中的渦流和磁滯損耗；3. 定子和轉(zhuǎn)子磁動勢所產(chǎn)生的磁場沿定子內(nèi)圓按正弦分布，即忽略磁場中所有的空間諧波；4. 各相繞組對稱，即各相繞組的匝數(shù)與電阻相同，各相軸線相互位移同樣的電角度。在分析同步電動機的數(shù)學(xué)模型時，常采用兩相同步旋轉(zhuǎn)(d，q)坐標(biāo)系和兩相靜止(，)坐標(biāo)系。圖3-3給出永磁同步電動機在(d，q)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。(1) 定子電壓方程為： （3.6） （3.7） 式中：r為定子繞組電阻；p為微分算子，p=d/dt；id，iq為定子電流；ud，uq為定子

46、電壓；d，q分別為磁鏈在d，q軸上的分量；f為轉(zhuǎn)子角速度(=fnp)；np為電動機極對數(shù)。(2) 定子磁鏈方程為： (3.8) (3.9)式中：f為轉(zhuǎn)子磁鏈。（3）電磁轉(zhuǎn)矩為： (3.10)（4）電動機的運動方程為： (3.11)式中：j為電機的轉(zhuǎn)動慣量。若電動機為隱極電動機，則ld=lq，選取id，iq及電動機機械角速度為狀態(tài)變量，由此可得永磁同步電動機的狀態(tài)方程式為： （3.12）由式(3.12)可見，三相永磁同步電動機是一個多變量系統(tǒng)，而且id，iq，之間存在非線性耦合關(guān)系，要想實現(xiàn)對三相永磁同步電機的高性能控制，是一個頗具挑戰(zhàn)性的課題5。3.4磁路結(jié)構(gòu)對數(shù)學(xué)模型中參數(shù)的影響由于永磁體磁

47、導(dǎo)率很小，因此與電勵磁結(jié)構(gòu)的電機相比永磁同步電機繞組電感較小。且電勵磁同步電機轉(zhuǎn)子鐵心的磁導(dǎo)率遠大于空氣，其d軸電感比q軸電感要大。但對于永磁同步電機，其d軸磁路中的永磁體磁導(dǎo)率和空氣差不多，故其d軸磁阻較大，相反q軸磁路中的鐵心磁導(dǎo)率很大，因此對于具有結(jié)構(gòu)凸極性的嵌入式及內(nèi)置式永磁同步電機其q軸的電感反而比d軸電感大。這就是由于永磁體的存在改變了磁路結(jié)構(gòu)后凸極永磁同步電機與常規(guī)電勵磁電機模型中參數(shù)的區(qū)別。面貼式永磁同步電機，如前所述，由于永磁體相對回復(fù)磁導(dǎo)率約等于1，接近于空氣，結(jié)合圖2.1(a)的示意圖可以看出，面貼式永磁同步電機的d、q軸磁路的磁阻大小很接近，因此一般在分析面貼式永磁同步

48、電機時把其d、q軸電感取為一樣，即認(rèn)為其電磁性能上類似與電勵磁的隱極同步電機。該結(jié)論在進行近似分析時是成立的，但若考慮由于永磁體磁通的存在對磁路飽和度造成的影響，則該結(jié)論就不夠確切，以下對其做理論上的分析。在永磁同步電機設(shè)計中，通常使主磁路具有一定的飽和度，以提高空間的利用率，因此對于圖2.1(a)所示的面貼式永磁同步電機，其d軸已處于飽和狀態(tài)，定子三相線圈的電感值是與轉(zhuǎn)子d軸位置有關(guān)的函數(shù)。以a相為例，a相繞組自感為 （3.13）其中為a相繞組漏電感，為通過主磁路閉合的磁鏈對應(yīng)的主電感，主磁路的狀態(tài)將影響值的大小。在空載情況下，當(dāng)d軸和a相軸線的夾角分別為=0和=時a相繞組交鏈的永磁體磁通最

49、多，飽和度最高，最??；=/2和=3/2時，永磁磁通路徑與a相軸線正交，a相磁路最不飽和，最大。其變化曲線大致如圖2.4所示，即在平均分量上疊加了一個二次諧波分量6。圖3-4 永磁同步電動機空載情況下繞組電感曲線在同步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系中d軸磁路處于飽和狀態(tài)，導(dǎo)致d軸磁阻增大，電感減小，這就是電感的飽和效應(yīng)。而且不論是在本身結(jié)構(gòu)上就具有凸極性的嵌入式及內(nèi)置式永磁同步電機，還是面貼式永磁同步電機都由于永磁體的作用而存在電感的飽和效應(yīng)。對嵌入式及內(nèi)置式永磁同步電機飽和效應(yīng)使本就不等的d、q軸電感差別增大，對于面貼式永磁同步電機則造成d、q軸電感的不等。但由于飽和效應(yīng)造成的凸極性一般較弱，因此如不考慮磁路

50、飽和對電機性能的影響，在建立永磁同步電機數(shù)學(xué)模型時可以不考慮由此造成的d、q軸電感的變化，對于面貼式永磁同步電機可以采用。如需要考慮磁路飽和對電機的電磁性能產(chǎn)生的影響或者需要利用磁路飽和效應(yīng)造成的飽和凸極性，則在建立面貼式電機數(shù)學(xué)模型時應(yīng)取不同的d、q軸電感值進行分析研究。第四章 永磁同步電動機轉(zhuǎn)子位置檢測的方法4.1直接方式永磁同步電動機轉(zhuǎn)子位置的直接式檢測方法主要是指裝在轉(zhuǎn)子軸上與轉(zhuǎn)子同步運行的位置傳感器；間接式是指通過檢測電氣物理量，如電流、電壓，磁鏈和反電動勢等信號來估計辨識轉(zhuǎn)子位置。直接式位置傳感器一般采用高分辨率的旋轉(zhuǎn)變壓器、磁編碼器、光電編碼器等元件。1）旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器是一

51、種微特電機，也是由定子和轉(zhuǎn)子組成。通過與電機轉(zhuǎn)子同軸連接的旋轉(zhuǎn)變壓器獲得調(diào)制位置信號，然后經(jīng)位模變換或軸角數(shù)字變換獲得位置轉(zhuǎn)角。這是正弦波無刷直流電動機系統(tǒng)中的位置傳感方式。目前所使用的旋轉(zhuǎn)變壓器包括普通有刷旋轉(zhuǎn)變壓器、無刷型旋轉(zhuǎn)變壓器、以及磁阻型旋轉(zhuǎn)變壓器等結(jié)構(gòu)。從相數(shù)上分類，常用的一般有兩相及三相旋轉(zhuǎn)變壓器兩種類型，兩相情況又稱為正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器。從轉(zhuǎn)子極數(shù)上分類，旋轉(zhuǎn)變壓器又可以分為兩極和多對極情況。兩極旋轉(zhuǎn)變壓器的位置信號是以360°角度為一個周期的，因此也成為絕對位置傳感器。在正弦波無刷直流電動機中，也往往采用與電動機同極數(shù)的旋轉(zhuǎn)變壓器，這樣位置信號與電動機的驅(qū)動信號可以具

52、有相同的電周期，存在以一一對應(yīng)關(guān)系。旋轉(zhuǎn)變壓器輸出兩相正交波形，能輸出轉(zhuǎn)子的絕對位置，但其解碼電路復(fù)雜，價格昂貴。2）磁編碼器磁編碼器數(shù)據(jù)處理電路簡單，容易實現(xiàn)多相輸出。但要獲得高分辨率，就要求有很高的機械加工精度。把增量脈沖進行u/f變換，可以得到速度反饋信號。用增量脈沖作系統(tǒng)的定位信號，容易產(chǎn)生原點脈沖。在磁鼓的適當(dāng)部位上充磁，也可以用來檢測磁極位置。3）光電編碼器光電編碼器與前兩種檢測元件相比有明顯的優(yōu)點，如數(shù)字量信號輸出、慣量低、噪聲低、高精度、高分辨率、制作簡便、成本低等。其缺點是不耐沖擊及振動，容易受溫度變化影響，適應(yīng)環(huán)境能力較差。光電編碼器又分為絕對式和增量式兩種：1. 絕對式編

53、碼器可直接輸出轉(zhuǎn)子的絕對位置，不需要進行編碼器定位。但其工藝復(fù)雜、成本高，實現(xiàn)高分辨率、高精度較為困難。2. 增量式編碼器結(jié)構(gòu)簡單，制作容易，一般在碼盤上刻a，b，z三道均勻分布的刻線。由于其給出的位置信息是增量式的，當(dāng)系統(tǒng)初始化時需要進行編碼器定位。光電編碼器一般由發(fā)光二極管、旋轉(zhuǎn)部分(或動光柵)、固定部分(或定光柵)和光敏元件四個部分組成。目前電梯用永磁同步電動機轉(zhuǎn)子位置的檢測無一例外地使用直接式法，并且全部采用是絕對式光電編碼器。其中復(fù)合式光電編碼器就是較常用的一種，它帶有簡單磁極定位功能的增量式光電編碼器。它輸出兩組信息:一組信息為a、b, z與增量式光電編碼器的輸出信號完全相同，其中a和b信號互差90°（電角度），通過判斷a和b的相位和個數(shù)可以得到電機的轉(zhuǎn)向和速度，z為零位校準(zhǔn)脈沖;另一組為u，v，w三相互差120°（電角度）用于檢測磁極位置，帶有絕對信息功能。4.2間接方式間接式永磁同步電動機轉(zhuǎn)子位置的檢測方法又稱為無傳感器方法。無傳感器方法是因應(yīng)電機高速化、小型化的要求和一些特殊場合的要求而提出來的，它是利用永磁同步電機定子繞組的有關(guān)電信號，通過適當(dāng)方法估計出轉(zhuǎn)子的位置和速度，實現(xiàn)閉環(huán)控制。目前在無