【正文】 ............................................................... 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。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。 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 。 關(guān)鍵詞： 永磁同步電動(dòng)機(jī) ； 高頻電壓注入 ； 轉(zhuǎn)子位置檢測(cè) ABSTRACT As the permanent mag synchronous motor without excitation current, volume light, high efficiency, more and more widely in the industrial fields of application. Only know the exact rotor position information, to achieve permanent mag synchronous motor rotor flux orientation motion control. In a traditional permanent mag synchronous motor motion control system, usually optical encoder or resolver to detect the rotor position. However, these sensors increase the system cost and reduced reliability of the system. Therefore, sensorless permanent mag synchronous motor rotor position detection has gradually bee a hot spot. This paper describes the development process of permanent mag synchronous motor, permanent mag materials development, and its structure, working principle and characteristics. 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。 雖然目前感應(yīng)電動(dòng)機(jī)以其較低廉的價(jià)格、可靠的機(jī)械特性和優(yōu)越的高速運(yùn)行范圍成為廣泛使用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，但是基于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)仍存在一些缺點(diǎn)。目前，矢量控制技術(shù)在永磁同步電機(jī)中得到了廣泛地應(yīng)用，其地 位超過(guò)了該控制方式在異步電機(jī)中的地位。 DSP 運(yùn)算功能強(qiáng)大，專(zhuān)門(mén)處理以運(yùn)算為主的不允許延遲的實(shí)時(shí)信號(hào)，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(jìn)的品質(zhì)與性能可為電機(jī)控 制提供高 效的平臺(tái)。國(guó)內(nèi)外利用稀土永磁的優(yōu)異磁性能研制開(kāi)發(fā)高效永磁同步電動(dòng)機(jī)已有 20 多年的歷史。 1994 年 ， Zhou ，指出以往的不計(jì)永磁作用、不計(jì)交直軸交叉耦合影響，單獨(dú)計(jì)算交直軸電樞磁場(chǎng)求取電機(jī)參數(shù)的方法是不合理的。計(jì)算實(shí)心轉(zhuǎn)子永磁同步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)電抗參數(shù)，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)子參數(shù)和起動(dòng)性能。 2020 年，王步來(lái)等發(fā)表稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)的工程設(shè)計(jì)研究的文章。 近年來(lái)，永磁材料開(kāi)發(fā)得很快，現(xiàn)有鋁鎳鉆、鐵氧體和稀土永磁體三大類(lèi)。 2020 年又一種新型稀土永磁材料釹鐵氮也在我國(guó)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化并具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán) 。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁(yè) 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) 按照轉(zhuǎn)子是否有起動(dòng)籠，可將轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分為實(shí)心永磁轉(zhuǎn)子和籠型永磁轉(zhuǎn)子兩種。圖 23e)、圖 23f)所示的閉口槽也有一定的應(yīng)用，它可以簡(jiǎn)化沖模制造、減小雜散損耗，且不影響運(yùn)行時(shí)的功率因數(shù)，但轉(zhuǎn)子漏抗較大，對(duì)起動(dòng)性能有一定影響。 永磁同步電動(dòng) 機(jī)的轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)型式 永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)不同，則其運(yùn)行性能、控制系統(tǒng)、制造工藝和適用場(chǎng)合也不同。 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。 永磁同步電機(jī)的特點(diǎn) 在上面的章節(jié)中， 可以看到各種永磁同步電機(jī)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(jī)具有以下幾種特點(diǎn) ： 1. 電機(jī)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(jī)具有較硬的機(jī)械 特性，對(duì)于因負(fù)載變化而引起的電機(jī)轉(zhuǎn)矩的擾動(dòng)具有較強(qiáng)的承受能力 ； 3. 永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子上有永久磁鐵無(wú)需勵(lì)磁，因此電機(jī)可以在很低的轉(zhuǎn)速下保持同步運(yùn)行，調(diào)速范圍寬。 由于 永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁鋼的幾何形狀不同，使得轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)在空間的分布可分為正弦波和梯形波兩種。 坐標(biāo)變換原理 大多數(shù)常用的交流電機(jī)都是三相電機(jī)，但我們?cè)谶M(jìn)行分析計(jì)算時(shí)經(jīng)常使用的 是靜止 αβ坐標(biāo)軸系及同步旋轉(zhuǎn) dq坐標(biāo)軸系，因此必須進(jìn)行三相到兩相之間，兩相靜止到兩相旋轉(zhuǎn)之間的變換。如果在變換過(guò)程中還要滿(mǎn)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) 32NN 等于 23 ，可得。 (1) 定子電壓方程為： d d q fu p r i? ? ?dΨ Ψ ω （ ） q q q d fu p r i? ? ?ψ ψ ω （ ） 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 為定子電壓； ψd， ψq 分別為磁鏈在 d， q 軸上的分量； ωf 為轉(zhuǎn)子角速度 (ω=ωfnp)；np 為電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)。 面貼式永磁同步電機(jī)，如前所述，由于永磁體相對(duì)回復(fù)磁導(dǎo)率約等于 1，接近于空氣，結(jié)合圖 (a)的示意圖可以看出，面貼式永磁同步電機(jī)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電機(jī)時(shí)把其 d、 q 軸電感取為一樣，即認(rèn)為其電磁性能上類(lèi)似與電勵(lì)磁的隱極同步電機(jī)。對(duì)嵌入式及內(nèi)置式永磁同步電機(jī)飽和效應(yīng)使本就不等的 d、 q 軸電感差別增大，對(duì)于面貼式永磁同步電機(jī)則造成 d、 q 軸電感的不等。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(wú)刷型旋轉(zhuǎn)變壓器、以及磁阻型旋轉(zhuǎn)變壓器等結(jié)構(gòu)。但要獲得高分辨率，就要求有很高的機(jī)械加工精度。 2. 增量式編碼器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作容易，一般在碼盤(pán)上刻 A， B， Z 三道均勻分布的刻線(xiàn)。（電角度）用于檢測(cè)磁極位置，帶有絕對(duì)信息功能。根據(jù)計(jì)算出的電感值再查找預(yù)先準(zhǔn)備好的相電感與轉(zhuǎn)子位置對(duì)照表，即可得到轉(zhuǎn)子位置估計(jì)值。這種方法的缺點(diǎn)是不適于電感變化不規(guī)則或變化量較小的電機(jī)；在大負(fù)載下和高速運(yùn)行時(shí)也存在困難。 這種方法特點(diǎn)是計(jì)算簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，但它們對(duì)電機(jī)參數(shù)的準(zhǔn)確性要求比較高，應(yīng)用時(shí)應(yīng)結(jié)合電機(jī)參數(shù)的在線(xiàn)辨識(shí)。 文獻(xiàn) [12]則考慮了由溫度變化引起的參數(shù)（如電動(dòng)勢(shì)常數(shù) KE）改變對(duì)電機(jī)的影響。等價(jià)指標(biāo)的提法通常取為漸近等價(jià)，即： l im ( ) l im ( )ttt x tx?? ? ? ?? 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 20 頁(yè) 通常，稱(chēng) ?∑ 狀態(tài) x? 為被觀(guān)測(cè)系統(tǒng)∑狀態(tài) x 的重構(gòu)狀態(tài)或估計(jì)狀態(tài)，所構(gòu)造系統(tǒng)?∑ 為被觀(guān)測(cè)系統(tǒng)∑的一個(gè)狀態(tài)觀(guān)測(cè)器。 ③ 滑模觀(guān)測(cè)器方法 滑模觀(guān)測(cè)器是把狀態(tài)觀(guān)測(cè)器中的控 制回路修改成滑模變結(jié)構(gòu)的形式，而滑模變結(jié)構(gòu)控制的本質(zhì)是滑模運(yùn)動(dòng)，通過(guò)結(jié)構(gòu)變換開(kāi)關(guān)以很高的頻率來(lái)回切換，使?fàn)顟B(tài)的運(yùn)動(dòng)點(diǎn)以很小的幅度在相平面上運(yùn)動(dòng)，最終運(yùn)動(dòng)到穩(wěn)定點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)表明，這個(gè)系統(tǒng)對(duì)正弦軌跡的跟蹤誤差僅為PD 控制器的 10%。兩者均以定子在靜止 αβ 坐標(biāo)系下的兩個(gè)分量 iα、 iβ，轉(zhuǎn)子角速度 ω和位置 θ 作為狀態(tài)變量，建立起系統(tǒng)的擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)方程，這樣電流的導(dǎo)數(shù)與電流、電壓呈線(xiàn)性關(guān)系。網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)過(guò)程就是速度和位置估計(jì)過(guò)程，而且是在線(xiàn)進(jìn)行。 永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子位置自檢測(cè)技術(shù)根據(jù)能否在零速和極低速下應(yīng)用分兩大類(lèi)，第一類(lèi)方法基于基波激勵(lì)下電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，不 適合低速