【正文】 ction and rotor choose of the magic circuit structure, and summarize the permanent mag synchronous motor electromagic design process. Finally the paper analysis and design of permanent mag synchronous motor 15KW builtin speed of concrete electromagic design part. Keywords: permanent mag synchronous。由于國(guó)際市場(chǎng)的壓價(jià)行為，以犧牲環(huán)境為代價(jià)開采出來(lái)的稀土資源降到 “白菜價(jià) ”。 (4) 多極高功率因數(shù)的需求 近年來(lái)，永磁同步電動(dòng)機(jī)朝著多極化發(fā)展，多極電機(jī)可顯著減小定、轉(zhuǎn)子鐵心軛部高度，從而減小電機(jī)體積、減少鐵心用量。這種永磁同步電動(dòng)機(jī)的重要特點(diǎn)是直、交軸的主電感不相等。設(shè)三相繞組每相有效匝數(shù)為 N3 ，兩相繞組每相有效匝數(shù)為 N2 ，各相磁動(dòng)勢(shì)為有效匝數(shù)與電流的乘積，其空間矢量均位于有關(guān)相的坐標(biāo)軸上。為了簡(jiǎn)化分析過(guò)程，在建立數(shù)學(xué)模型時(shí)常忽略一些影響較小 的參數(shù)，作如下假設(shè)： （ 1） 忽略鐵芯飽和； （ 2） 定子和轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)沿定子內(nèi)圓是按正弦分布的，即略去磁場(chǎng)中的所有空間諧波； （ 3） 各相繞組對(duì)稱，即各相繞組 匝數(shù)和電阻相同，各相軸線相互位移同樣的電角度； （ 4） 不計(jì)渦流和磁滯的影響。因此可 以獨(dú)立調(diào)節(jié)；交流電機(jī)的主磁場(chǎng)和電樞磁場(chǎng)互不垂直，互相影響。 直接轉(zhuǎn)矩控制 矢量控制方案是一種有效的交流伺服電動(dòng)機(jī)控制方案。然而，電流型解耦控制只能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)電流和轉(zhuǎn)速的靜態(tài)解耦，若實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)耦合會(huì)影響電動(dòng)機(jī)的控制精度。 永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 轉(zhuǎn)矩增量與定子電壓空間矢量關(guān)系模型 ψ s 與α軸的夾角為θ s， 則在α β軸系中 ， 定子的合成空間磁鏈?zhǔn)噶喀?s 以角速度 219。 當(dāng)需要增大電磁轉(zhuǎn)矩時(shí)，轉(zhuǎn)矩控制器輸出 1，逆變器輸出電壓所形成的空間電壓矢量使ψ s 向前轉(zhuǎn)動(dòng)，由于電機(jī)的電磁時(shí)間常數(shù)小于機(jī)電時(shí)間常數(shù)，使定子磁鏈轉(zhuǎn)速快于轉(zhuǎn)子磁鏈轉(zhuǎn)速，其結(jié)果是δ增大，增大了實(shí)際電磁轉(zhuǎn)矩。 在 控制過(guò)程中 ， 在每一個(gè)采樣周期開始 ， 非零導(dǎo)通時(shí)間所對(duì)應(yīng)的逆變器開關(guān)同時(shí)導(dǎo)通 ， 向 PMSM三相繞組供電 ， 然后根據(jù)每相繞組的通電時(shí)間控制對(duì)應(yīng)功率開關(guān)截止。轉(zhuǎn)矩控制器輸出 0時(shí)，將減小實(shí)際轉(zhuǎn) 矩。 |us|是參考電壓空間矢量的幅值為直流母線電壓 。如下圖 31所示。實(shí)現(xiàn) id恒為 0的解耦控制，可采用電壓型解耦和電流型解耦。因此矢量控制的關(guān)鍵在于對(duì)定子電流幅值和空間位置 (頻率和相位 )的控制。 本章 小 結(jié) 本章節(jié)對(duì)永磁同步電機(jī)的分類、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)進(jìn)行了分析，給出了永磁同步電機(jī)在不同坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，最后給出了其運(yùn)動(dòng)方程。 永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 當(dāng)永磁同步電機(jī)的定子通入三相交流電流工時(shí)，三相電流在定子繞組電阻 sR 上產(chǎn)生電壓降 ssIR 。該坐標(biāo)系和轉(zhuǎn)子一起在空間以轉(zhuǎn)子速度旋轉(zhuǎn)，故相對(duì)于轉(zhuǎn)子來(lái)說(shuō)，此坐標(biāo)系是靜止的，又稱為同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。這樣就造成兩種同步電動(dòng)機(jī)在原理、模型及控制方法上有所不同，為了區(qū) 別由它們組成的永磁同步電動(dòng)機(jī)交流調(diào)速系統(tǒng)，習(xí)慣上又把正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)組成的調(diào)速系統(tǒng)稱為正弦型永磁同步電動(dòng)機(jī) (PMSM)調(diào)速系統(tǒng) 或調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī) ；而由梯形波 (方波 )永磁同步電動(dòng)機(jī)組成的調(diào)速系統(tǒng)，在原理和控制方法上與直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)類似，故稱這種系統(tǒng)為無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) (BLDCM)調(diào)速系統(tǒng)。如用于電梯拖動(dòng)的永磁同步曳引機(jī)，轉(zhuǎn)矩提高了十幾倍，取消了龐大的齒輪箱，通過(guò)曳引輪直接拖動(dòng)轎廂，明顯減小了振動(dòng)和噪聲。自從德國(guó)工程師 F. B laschke等人提出了矢量控制變換理論后 , 解決了交流電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的有效控制 , 近年來(lái) , 隨著變流技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展 , 實(shí)現(xiàn)了交流電動(dòng)機(jī)矢量控制的變頻調(diào)速 , 交流電動(dòng)機(jī) 調(diào)速性能可以與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美 , 稀土永磁電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速要比異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能效果高 5% 以上 , 因此 , 稀土永磁調(diào)速同步電動(dòng)機(jī)在水泵、風(fēng)機(jī)、電梯設(shè)備和軌道交通系統(tǒng)等得到廣泛的應(yīng)用。 之后闡述了調(diào)速永磁同步電機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)及思路。 2） 額定 電壓 VUN 380? 3）額定轉(zhuǎn)速 min/1500 rnN ? 。 operation and control principle。 盡管我國(guó)的 稀土永磁材料和稀土永磁電機(jī) 的科研水平都達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平 ，但是這些優(yōu)勢(shì)還沒(méi)有完全發(fā)揮出來(lái)， 因此，對(duì)我國(guó)來(lái)說(shuō)，永磁同步電動(dòng)機(jī) 的發(fā)展還任重而道遠(yuǎn)，還有很大潛力可開發(fā)。多極電機(jī)還顯著減小了定子端部長(zhǎng)度，減小定子銅耗、從而減少發(fā)熱、提高了效率。因此，這兩種電機(jī)的性能特點(diǎn)有所不同。設(shè)磁動(dòng)勢(shì)波形是正弦分布的，當(dāng)三相總磁動(dòng)勢(shì)與兩相總磁動(dòng)勢(shì)相等時(shí)，則兩套繞組瞬時(shí)磁動(dòng)勢(shì)在 α， β軸上的投影也 相 圖 定子坐標(biāo)系和轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系 等，即 寫成矩陣形式得： () 考慮變換前后總功率不便，在此前提下，可以證明，匝數(shù)比應(yīng)為 () 代入式（ ）得 ????????????????????????????????CBAiiiNNii232302121123??3223 ?NN????????????????????????????????CBAiiiii232302121132???xydqsUsis??)(2 360s i n60s i n)2121(60c o s60c o s333233332CBCBCBACBAiiNiNiNiNiiiNiNiNiNiN????????????????永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 7 () 令 2/3C 表示從三相坐標(biāo)系變換到兩相坐標(biāo)系的變換矩陣，則 () 如果三相繞組是 Y 型聯(lián)結(jié)不帶零線，則有 ] 0??? CBA iii ，代入式（ ）和式（ ）并整理后得 : () 按照所采用的條件，電流變換陣也就是電壓變換陣，同時(shí)還可證明，它們也是磁鏈的變換陣 [1]。 PMSM 的定子和普通三相同步電機(jī)的定子是相似的，如果永磁體產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（反電動(dòng)勢(shì)）與勵(lì)磁線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一樣也是正弦的，那么 PMSM 的數(shù)學(xué)模型就與電勵(lì)磁同步電機(jī)基本相同 [3]。因此，長(zhǎng)期以來(lái)，交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制性能較差。但因其需要復(fù)雜的矢量旋永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 15 轉(zhuǎn)變換，而且電動(dòng)機(jī)的機(jī)械常數(shù)低于電磁常數(shù)，所以不能迅速地響應(yīng)矢量控制中的轉(zhuǎn)矩。另外，電流型解耦控制通過(guò)使耦合項(xiàng)中的一項(xiàng)保持不變，會(huì)引入一個(gè)滯后的功率因數(shù)。θ s 旋轉(zhuǎn) ， 設(shè)逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎较?。轉(zhuǎn)矩控制器輸出 0 時(shí)，將減小實(shí)際轉(zhuǎn)矩。一個(gè)周期內(nèi)每個(gè)橋臂只有一個(gè)功率開關(guān)動(dòng)作一次 ， 具有恒定的開關(guān)頻率 ， 實(shí)際是一種恒頻脈寬調(diào)制方式。當(dāng)需要增大電磁轉(zhuǎn)矩時(shí)，轉(zhuǎn)矩控制器輸出 1，逆變器輸出電壓所形成的空間電壓矢量使ψ s 向前轉(zhuǎn)動(dòng)，由于電機(jī)的電磁時(shí)間常數(shù)小于機(jī)電時(shí)間常數(shù)，使定子磁鏈轉(zhuǎn)速快于轉(zhuǎn)子磁鏈轉(zhuǎn)速，其結(jié)果是δ增大，增大了實(shí)際電磁轉(zhuǎn)矩。 一個(gè)周期內(nèi)定子參考電壓矢量 su 的作用時(shí)間 st 根據(jù)式 (8)和 (9)求得 ， 即 sssss s sddtdu u u ???? ?? ? ? （ 13） 上式中 ， 雖然 dψ s和 us都是空間矢量 ， 但是二者方向 相同 ， 所以直接采用其幅值進(jìn)行計(jì)算 。其中要用到與轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)的 dq坐標(biāo)系， d軸正方向?yàn)檗D(zhuǎn)子磁鏈方向；與定子同步旋轉(zhuǎn)的 xy坐標(biāo)系， x軸正方向?yàn)槎ㄗ?磁鏈方向；兩相α β靜止坐標(biāo)系，α軸正方向與電機(jī) a軸重合。 此時(shí)， id與 iq無(wú)耦合關(guān)系， Te=npψfiq，獨(dú)立調(diào)節(jié) iq可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的線性化。 矢量控制的基本思想是：在普通的三相交流電動(dòng)機(jī)上模擬直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制規(guī)律， 磁場(chǎng)定向坐標(biāo)通過(guò)矢量變換，將三相交流電動(dòng)機(jī)的定子電流分解成勵(lì)磁電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量，并使這兩個(gè)分量相互垂直，彼此獨(dú)立，然后分別調(diào)節(jié)，以獲得像直流電動(dòng)機(jī)一樣良好的動(dòng)態(tài)特性。以上即是永磁同步電機(jī)在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo) dq 軸系下的數(shù)學(xué)模型。 兩相定子坐標(biāo)系與兩相轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換（ 2t2s） 分別定義， dq 坐標(biāo)系是建立在轉(zhuǎn)子上的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)， xy 坐標(biāo)系是建立在定子上的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 ， 定子磁鏈的方向?yàn)?x 軸的正向， x 軸與 d 軸的夾角為轉(zhuǎn)矩角 ? ， rtC2/2 、 trC2/2為 xy 坐標(biāo)系到 dq 坐標(biāo)系和 dq 坐標(biāo)系到 xy 坐標(biāo)系的變換陣，由圖 可知 ： ?????? ??? ?? ?? c oss in s inc os2/2 rtC () ??????? ?? ?? c oss i n s i nc os2/2 trC () 其中 ? 為 x 軸與 d 軸的夾角，即轉(zhuǎn) 矩角。 圖 定子靜止坐標(biāo)系 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)直角坐標(biāo)系 (dq 坐標(biāo)系 ) 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系固定在轉(zhuǎn)子上 (圖 )，其 d 軸位于轉(zhuǎn)子軸線上， q 軸超前 d 軸 900，空間坐標(biāo)以 d 軸與參考坐標(biāo) ? 軸之間的電角度 ? 確定。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，在定子上產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)波形也有兩種：一種為正弦波；另一種為梯形波。 (3) 低速直接驅(qū)動(dòng)的需求 為了提高控制精度、減小振動(dòng)噪聲、杜絕油霧帶來(lái)的不安全，也為了大轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)的需求，近年來(lái)對(duì)低速電動(dòng)機(jī)的需求也不斷增長(zhǎng)。在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中采 用調(diào)速措施可以提高節(jié)能效果 , 例如直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速、交流電動(dòng)機(jī)變極調(diào)速或變頻調(diào)速 , 還有采用機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)變速等 , 但是機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)變速和變極調(diào)速屬于有級(jí)的調(diào)速方式 , 直流電動(dòng)機(jī)雖然具有較好的調(diào)速性能 , 但存在換向火花的缺點(diǎn) , 限制了調(diào)速的容量和應(yīng)用環(huán)境 , 而變頻調(diào)速是一種高效節(jié)能型的無(wú)級(jí)調(diào)速方式。 其中重點(diǎn) 論述了永磁同步電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制策略的基本理論 ， 分析了永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)矩直接控制結(jié)構(gòu)中各個(gè)組 成部分的基本原理，其中包括 轉(zhuǎn)矩增量與定子電壓空間矢量關(guān)系模型、 定子磁鏈 控制、逆變器開關(guān)時(shí)間控制模型，并 提出了永磁 同步電機(jī)轉(zhuǎn)矩直接控制方案。 4）額定效率 %94?N? 。 motordirect torque controlspace。充分發(fā)揮我國(guó)稀土資源豐富的優(yōu)勢(shì)，大力研究和推廣應(yīng)用以稀土永磁電機(jī)為代表的各種永磁電機(jī)，對(duì) 我國(guó)國(guó)防、工農(nóng)業(yè)、航空事業(yè)的發(fā)展及綜合實(shí)力的提升 具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。如某安裝于轎廂和井壁間隙的永磁同步電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子采用 60極結(jié)構(gòu)，顯著縮短了定子線圈端部長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)無(wú)機(jī)房電梯。 采用正弦波的永磁同步電動(dòng)機(jī)可根據(jù)永磁體在轉(zhuǎn)子上放置的位置分為三種：一是永磁體埋在轉(zhuǎn)子內(nèi)的內(nèi)磁式永磁同步電動(dòng)機(jī)；一是永磁體安放在轉(zhuǎn)子表面的外磁式永磁同步電動(dòng)機(jī)；第三種是永磁體嵌入或部分嵌入的嵌入式永磁同步電動(dòng)機(jī)。 兩相定子坐標(biāo)系與兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換 (2s2r) 圖 是兩相坐標(biāo)系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換，簡(jiǎn)稱 2s2r 變換，其中 s 表示靜止，r 表示旋轉(zhuǎn)。 在以上假設(shè)的基礎(chǔ)上，建立 PMSM 在不同坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究，目前的交流電機(jī)控制有恒壓頻比控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等方案。針對(duì)矢量控制的這一缺點(diǎn)，德國(guó)學(xué)者 Depenbrock于上世紀(jì) 80年代提出了一種具有快速轉(zhuǎn)矩響應(yīng)特性的控制方案，即直接轉(zhuǎn)矩控制 (DTC)。 上述永磁同步電動(dòng)機(jī)的各種控制策略各有優(yōu)缺點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)當(dāng)根據(jù)性能要求采用與之相適應(yīng)的控制策略，以獲得最佳性能。 為了獲得盡可能小的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng) ， 定子的合成磁鏈空間矢量最好采圓形軌跡 ， 參考磁鏈的幅