【正文】 tics. Introduced a permanent mag synchronous motor rotor position detection of the mon methods in two ways: the direct detection and indirect detection methods. Direct methods can be divided into: rotating transformer, magic encoder method, optical encoder method。 介紹了永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)的常用方法 分兩種：即 直接 方式檢測(cè)和間接方式檢測(cè)。 在傳統(tǒng)的永磁同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng) 控制系統(tǒng)中，通常采用光電編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置 。 中 國(guó) 礦 業(yè) 大 學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè) 計(jì) 設(shè)計(jì)題目： 永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子位置辨識(shí) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 學(xué)院 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 專(zhuān)業(yè)年級(jí) 電氣 074 學(xué)生姓名 陸朝陽(yáng) 任 務(wù) 下 達(dá) 日 期 ： 2020 年 3 月 8 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)日期： 2020 年 3 月 10 日至 2020 年 6 月 10 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目： 永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子位置辨識(shí) 畢業(yè)設(shè)計(jì)專(zhuān)題題目： 畢業(yè)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容和要求： 1. 掌握 永磁同步電 動(dòng) 機(jī) 的工作原理； 2. 永 磁同步電 動(dòng) 機(jī) 的轉(zhuǎn)子位置辨識(shí)意義； 3. 分析比較各種轉(zhuǎn)子位置辨識(shí)方法； 4. 設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子位置辨識(shí)系統(tǒng)。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。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(cè)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 。 indirectly, can be divided into: inductance method, flux method, imaginary coordinate system method, the various observerbased estimation method, Kalman filtering device method, high frequency injection method and 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 indepth analysis of the saturation effect of the stator inductance, obtained rotating high frequency signal injection method to accurately 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 mag synchronous motor stator magic circuit saturation, according to the amplitude variations of current vector rotation, a permanent mag rotor determine N / S pole polar solutions to Injection of conventional highfrequency estimation results are likely to reverse the existing problems. Keywords： Permanent mag synchronous motor, High frequency signal injection, Rotor position detection 目 錄 第一章 緒論 ................................................................. 1 ....................................................... 1 永磁同步電動(dòng)機(jī)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ..................................... 2 ....................................................... 4 第二章 永磁同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) ........................................... 4 ............................................. 4 定子結(jié)構(gòu) ....................................................... 5 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) ....................................................... 6 永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)型式 ............................... 6 .................................................. 10 第三章 永磁同步電動(dòng)機(jī)的工作原理及數(shù)學(xué)模型 .................................. 11 ............................................ 11 坐標(biāo)變換原理 ....................................................... 12 ............................................ 13 ...................................... 15 第四章 永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)的方法 .................................... 17 ............................................................ 17 ............................................................ 18 第五章 旋轉(zhuǎn)高頻注入法的原理及應(yīng)用 .......................................... 22 .............................. 22 .......................................... 23 ........................................ 27 基于旋轉(zhuǎn)高頻注入法的轉(zhuǎn)子初始位置檢測(cè)原理 ...................... 28 面貼式永磁同步電機(jī)定子電感飽和效應(yīng)分析研究 .................... 29 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(xiàn) ................................................................... 34 翻譯部分 ................................................................... 36 英文原文 ............................................................... 36 中文譯文 ............................................................... 45 致 謝 .................................................................... 54 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁(yè) 第一章 緒論 課題的研究背景 直流電氣傳動(dòng)和交流電氣傳動(dòng)在 19 世紀(jì)中期先后誕生，由于直流電氣傳動(dòng)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(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩控制極為困難，因此，在 20 世紀(jì)相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)直流傳動(dòng)成為電氣傳動(dòng)的主流。近四十年來(lái)，電機(jī)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(jìn)步促進(jìn)了現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，如不斷出現(xiàn)了 SCR， GTO， GTR， IGBT 等新器件。首先，矢量控制理論的提出及應(yīng)用在對(duì)感應(yīng)電機(jī)控制方法上有了重大突破，但是在低速時(shí)其可控性差、散熱性差等問(wèn)題較難以解決。交流電機(jī)矢量控制是 1971 年由德國(guó) Blaschke 等人提出的，它從理論上解決了交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的高性能控制問(wèn)題。 永磁同步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng) 需要機(jī)械傳感器來(lái)檢測(cè)電機(jī)的速度和轉(zhuǎn)子的磁極位置。隨著控制理論以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，無(wú)速度傳感器控制技術(shù)得到廣泛重視。 DSP 由于采用多總線的哈佛結(jié)構(gòu)，內(nèi)部設(shè)置了專(zhuān)用硬件乘法器以及專(zhuān)用的 DSP 命令，使其具有高速運(yùn)算功能 —— 在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)就能完成乘法運(yùn)算，這比通用微處理器快 10100 倍，能夠?qū)崟r(shí)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制算法。 永磁同步電動(dòng) 機(jī) 的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 世界上第一臺(tái)永磁電機(jī)是 1831 年發(fā)明的，但是由于當(dāng)時(shí)采用的天然磁鐵磁性能太差，電機(jī)的磁能積不足而很快被電勵(lì)磁電機(jī)所取代。 1978 年，法國(guó) CEM 公司推出 ISOSYN 系列 稀土鈷永磁同步電動(dòng)機(jī)，效率比一般感應(yīng)電動(dòng)機(jī)高 2%8%，功率因數(shù)提高 ，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)為 ，英國(guó)、前蘇聯(lián)、美國(guó)等也相繼推出類(lèi)似系列，但功率普遍做得不大。 1987 年， Tommy Sebastian 發(fā)表了一篇關(guān)于永磁同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)建模 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 頁(yè) 的文章，從理論上系統(tǒng)分析了永磁同步電動(dòng)機(jī)利用 PARK 模型隨轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)的d,q,0 系統(tǒng)。提出了采用負(fù)載法進(jìn)行交直軸電樞反應(yīng)電抗計(jì)算，是參數(shù)真實(shí)反應(yīng)負(fù)載時(shí)電機(jī)材料的飽和程度。西北工業(yè)大學(xué)李鐘明、劉衛(wèi)國(guó)等編著的《稀土永磁電機(jī)》中闡述了稀土永磁電機(jī)的特殊性，全面介紹了各類(lèi)永磁電機(jī)的理論和設(shè)計(jì)技術(shù)。 1999 年，王秀和等發(fā)表用有限元法確定用永磁電機(jī)漏磁系數(shù)的文章。 2020 年，竇滿(mǎn)鋒等發(fā)表高效節(jié)能稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)研究的文章。提出了適 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁(yè) 用于電機(jī)制造公司的工程設(shè)計(jì)方法。 永 磁材料的發(fā)展 電機(jī)是以氣隙磁場(chǎng)為媒介進(jìn)行機(jī)電能量的轉(zhuǎn)換的裝置，傳統(tǒng)異步電機(jī)的氣隙磁場(chǎng)是由定子電流形成的，而永磁體的 出現(xiàn)使電機(jī)勵(lì)磁機(jī)理發(fā)生了根本性的變化。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(guó)通用汽車(chē)公司各自研制成功，在世界上引起轟動(dòng)。因此自從問(wèn)世以來(lái)，釹鐵硼在工業(yè)和民用的永磁同步電機(jī)中迅速得到推廣應(yīng)用。 第二章 永磁同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 永磁同 步電動(dòng) 機(jī)的總體結(jié)構(gòu) 永磁同步電動(dòng)機(jī)與其它旋轉(zhuǎn)電機(jī)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。定子槽型通常采用半閉口槽，如圖 22 所示，其中梨形槽的槽面積利用率高，沖模壽命長(zhǎng)，且 槽絕緣的彎曲程度較小，不易損傷，應(yīng)用廣泛。實(shí)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。小功率電動(dòng)機(jī)可采用圖 23a) 、圖 23b)所示的槽型。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(shí)，通常采用平底槽，以保證合適的隔磁磁橋，避免過(guò)大的漏磁系數(shù)。前者在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)插入銅導(dǎo)條，在轉(zhuǎn)子鐵心兩端各放置一個(gè)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。永磁同步電動(dòng)機(jī)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 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁(yè) 上，其放置的方式影響到氣隙磁通、漏磁乃至電機(jī)的性能，是永磁同步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中的核心問(wèn)題。當(dāng)極數(shù)較少時(shí)，每極永磁體圓弧角度較大，材料利用率低、加工困難，