永磁同步電機工作原理

■■A■■A永磁同步電機工作原理一、PMSM的基本的構(gòu)造PMSM（permanentmagnetsynchronousmotor）實際工作是一種交流電機，其定子運行是三項的相差 的交流電，而轉(zhuǎn)子則是永磁體。但是這種電機最大的優(yōu)勢就是交流電能量由直流提供，這樣就可以對電機進行精確的控制，而且解決了電刷帶來的壽命問題。入下面對其工作原理進行簡單的介紹，如圖1,定子的工作電流都為正弦波，而且其三項在任何時候相加都為零，所以PMSM中三項繞組實際上沒有中線的，其在電機中示例繞線方法如圖2,所以實際上在PMSM中XYZ是連接在一個點的。■■A2主磁場順時針旋轉(zhuǎn)180度〔旋轉(zhuǎn)磁場門。在--對極時）入圖1PMSM轉(zhuǎn)子電流■■A入圖2PMSM基本的繞線方法■■AA從繞線的圖2中不難看出，實際的電流方向產(chǎn)生的磁場是和轉(zhuǎn)子磁場在同一個平面，這也就是PMSM控制的基本需要和基本方法。從圖中也不難看出，實際在A相產(chǎn)生的磁場在開始是需要與轉(zhuǎn)子磁極的 D軸方向相反（可以相差一個確定的角度，軟件實現(xiàn)），確切的說應(yīng)該是必須知道轉(zhuǎn)子的D軸的位置。這個問題實際在控制中是開始的定向問題，在這里簡單的介紹一下方法：如果位置傳感器是絕對碼盤或者旋變，則可根據(jù)絕對位置處理，如果是增量碼盤，則需要開始的一個 UVW的大概位置估算。A除此之外，這里還需要明白幾個原理性的問題，這里啰嗦一下：很多人從事這一塊的研發(fā)在知道怎么處理整個系統(tǒng)的過程而實際上是對整個基礎(chǔ)原理模糊的，這也就是很多國人做研發(fā)的通病，只知道怎么做，從來不知道為什么這么做以致永遠只是模仿而不可能創(chuàng)新或者改進。言歸正傳，首先我們知道在控制過程中需要檢測電流，然后進行clarke和park變換，從而出現(xiàn)了電流方向問題，人家這么說是為了方便，而實際上上這里的電流方向不是電流方向，而是電流產(chǎn)生的電磁場方向（這是因為電磁場的大小與產(chǎn)生它的電流方向成正比的）。然后研究一下電壓的概念，繞組電壓是比電流相位超前的，而很多我們需要的結(jié)果是與電壓成一定簡單關(guān)系的，這是因為電壓是場量，而電流不是。根本上沒有電壓這個東西，它只是間接反應(yīng)電流的一種我們定義出來的表達方式，所以它的變化影響電流，而電流的變化會在場的方面反應(yīng)在電壓上。比如前面討論的問題，在電機初始的時候， A相電流是零，這是因為在繞組上電流不能突變，而這個時候電壓是最大，反應(yīng)了實際我們是需要加在繞組上最大的我們需要的一個量（電流）。這里描述的有些晦澀，但是物理這個自然界基本規(guī)律實際就是這么反應(yīng)的，希望讀我文章的讀者能自己仔細揣摩，反應(yīng)一個自然界的問題（都上升到哲學問題了）。入二、PMSM的基本工作原理如果你明白了我前面討論的PMSM的基本問題，這里的東西實際相對就很簡單，它的工作原理實際就是用直流電機的方法進行控制交流電機。入1）首先我們看看這里涉及的第一個問題，定向問題。永磁同步電機的是通過轉(zhuǎn)子定向工作的，也就是說我們控制的所有參考點是以轉(zhuǎn)子為參考的。入所以我們開始控制之前就必須先知道我們參考點的位置，實際中大多工程是通過位置傳感器來獲得轉(zhuǎn)子位置的，前面也已經(jīng)提到除了旋變一般采用碼盤作為位置傳感器，而碼盤又有絕對碼盤和增量碼盤（價格決定），而這兩種的初始位置處理方法也不盡相同，但是都很簡單。A2）第二個問題就是它通過IGBT將直流電源轉(zhuǎn)換為電機需要的三項交流電的，所以IGBT也就是這里決定電機控制好壞的一個關(guān)鍵器件，但是 IGBT的開關(guān)時間實際是不一樣的，所以會產(chǎn)生上下管子導通而短路的問題，實際工程中通過加死區(qū)來解決這個問題的，但是死區(qū)卻給三項交流電的形成帶來了不光滑的問題，這也是PMSM一個一直未得到很好解決的問題。入我以前做過一個十二矢量的控制方法，從理論上可以完全消除死區(qū)問題，而且會提高正弦波的精度。但是因為IGBT的反向二極管保護問題產(chǎn)生畸變，努力以后能改變IGBT的工作原理而實現(xiàn)這個突破性的問題，也是在工控行業(yè)的一個期待。A3）下面討論一下具體PMSM的控制方法，它是通過六矢量的空間矢量控制實現(xiàn)的（SVPWM兒先看其控制方程如下：■■A■■A入所以可以計算得功率得大小為:珥=1.空觀+諭+1.旳護％+訂％）+1.如網(wǎng)-喺）■■A入由于變換不是等功率變換，所以以上也只是系統(tǒng)一個有功功率的體現(xiàn)，并且只有第三相與轉(zhuǎn)子的運動狀態(tài)有關(guān)且直接參與機電能量轉(zhuǎn)換的電磁功率。故電磁功率表示為：■■A心=1.號血（％備切嚴故4A忌=警=i習妬n?魁）■■A入由于我們的伺服系統(tǒng)大多采用最大力矩控制方法，所以令■■A入所以可以通過控制對整個系統(tǒng)進行控制，如下面框圖Hl捽制眾洸壯肉■■A■■A入后面我會對具體這個框圖的實現(xiàn)寫相關(guān)的文章，并且會針對伺服系統(tǒng)中存在的很多問