【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。由于國際市場的壓價行為，以犧牲環(huán)境為代價開采出來的稀土資源降到 “白菜價 ”。 (4) 多極高功率因數(shù)的需求 近年來，永磁同步電動機朝著多極化發(fā)展，多極電機可顯著減小定、轉(zhuǎn)子鐵心軛部高度，從而減小電機體積、減少鐵心用量。這種永磁同步電動機的重要特點是直、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 ，各相磁動勢為有效匝數(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。為了簡化分析過程，在建立數(shù)學(xué)模型時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)子磁動勢所產(chǎn)生的磁場沿定子內(nèi)圓是按正弦分布的，即略去磁場中的所有空間諧波； （ 3） 各相繞組對稱，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） 不計渦流和磁滯的影響。因此可 以獨立調(diào)節(jié)；交流電機的主磁場和電樞磁場互不垂直，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機控制方案。然而，電流型解耦控制只能實現(xiàn)電動機電流和轉(zhuǎn)速的靜態(tài)解耦，若實現(xiàn)動態(tài)耦合會影響電動機的控制精度。 永磁同步電機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的實現(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，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，由于電機的電磁時間常數(shù)小于機電時間常數(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，增大了實際電磁轉(zhuǎn)矩。 在 控制過程中 ， 在每一個采樣周期開始 ， 非零導(dǎo)通時間所對應(yīng)的逆變器開關(guān)同時導(dǎo)通 ， 向 PMSM三相繞組供電 ， 然后根據(jù)每相繞組的通電時間控制對應(yīng)功率開關(guān)截止。轉(zhuǎn)矩控制器輸出 0時，將減小實際轉(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)對永磁同步電機的分類、結(jié)構(gòu)及特點進行了分析，給出了永磁同步電機在不同坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，最后給出了其運動方程。 永磁同步電機的數(shù)學(xué)模型 當(dāng)永磁同步電機的定子通入三相交流電流工時，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)，故相對于轉(zhuǎn)子來說，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機在原理、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機交流調(diào)速系統(tǒng)，習(xí)慣上又把正弦波永磁同步電動機組成的調(diào)速系統(tǒng)稱為正弦型永磁同步電動機 (PMSM)調(diào)速系統(tǒng) 或調(diào)速永磁同步電動機 ；而由梯形波 (方波 )永磁同步電動機組成的調(diào)速系統(tǒng)，在原理和控制方法上與直流電動機系統(tǒng)類似，故稱這種系統(tǒng)為無刷直流電動機 (BLDCM)調(diào)速系統(tǒng)。如用于電梯拖動的永磁同步曳引機，轉(zhuǎn)矩提高了十幾倍，取消了龐大的齒輪箱，通過曳引輪直接拖動轎廂，明顯減小了振動和噪聲。自從德國工程師 F. B laschke等人提出了矢量控制變換理論后 , 解決了交流電動機電磁轉(zhuǎn)矩的有效控制 , 近年來 , 隨著變流技術(shù)、計算機技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展 , 實現(xiàn)了交流電動機矢量控制的變頻調(diào)速 , 交流電動機 調(diào)速性能可以與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美 , 稀土永磁電動機變頻調(diào)速要比異步電動機變頻調(diào)速節(jié)能效果高 5% 以上 , 因此 , 稀土永磁調(diào)速同步電動機在水泵、風(fēng)機、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)速永磁同步電機的設(shè)計特點及思路。 2） 額定 電壓 VUN 380? 3）額定轉(zhuǎn)速 min/1500 rnN ? 。 operation and control principle。 盡管我國的 稀土永磁材料和稀土永磁電機 的科研水平都達到了國際先進水平 ，但是這些優(yōu)勢還沒有完全發(fā)揮出來， 因此，對我國來說，永磁同步電動機 的發(fā)展還任重而道遠，還有很大潛力可開發(fā)。多極電機還顯著減小了定子端部長度，減小定子銅耗、從而減少發(fā)熱、提高了效率。因此，這兩種電機的性能特點有所不同。設(shè)磁動勢波形是正弦分布的，當(dāng)三相總磁動勢與兩相總磁動勢相等時，則兩套繞組瞬時磁動勢在 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????????????????永磁同步電機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的設(shè)計 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的定子是相似的，如果永磁體產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢（反電動勢）與勵磁線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢一樣也是正弦的，那么 PMSM 的數(shù)學(xué)模型就與電勵磁同步電機基本相同 [3]。因此，長期以來，交流電動機的轉(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直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的設(shè)計 15 轉(zhuǎn)變換，而且電動機的機械常數(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使耦合項中的一項保持不變，會引入一個滯后的功率因數(shù)。θ s 旋轉(zhuǎn) ， 設(shè)逆時針方向為正方向 。轉(zhuǎn)矩控制器輸出 0 時，將減小實際轉(zhuǎn)矩。一個周期內(nèi)每個橋臂只有一個功率開關(guān)動作一次 ， 具有恒定的開關(guān)頻率 ， 實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，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，由于電機的電磁時間常數(shù)小于機電時間常數(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，增大了實際電磁轉(zhuǎn)矩。 一個周期內(nèi)定子參考電壓矢量 su 的作用時間 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行計算 。其中要用到與轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)的 dq坐標(biāo)系， d軸正方向為轉(zhuǎn)子磁鏈方向；與定子同步旋轉(zhuǎn)的 xy坐標(biāo)系， x軸正方向為定子 磁鏈方向；兩相α β靜止坐標(biāo)系，α軸正方向與電機 a軸重合。 此時， id與 iq無耦合關(guān)系， Te=npψfiq，獨立調(diào)節(jié) iq可實現(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機上模擬直流電機轉(zhuǎn)矩的控制規(guī)律， 磁場定向坐標(biāo)通過矢量變換，將三相交流電動機的定子電流分解成勵磁電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量，并使這兩個分量相互垂直，彼此獨立，然后分別調(diào)節(jié)，以獲得像直流電動機一樣良好的動態(tài)特性。以上即是永磁同步電機在同步旋轉(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 ， 定子磁鏈的方向為 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，在定子上產(chǎn)生的反電動勢波形也有兩種：一種為正弦波；另一種為梯形波。 (3) 低速直接驅(qū)動的需求 為了提高控制精度、減小振動噪聲、杜絕油霧帶來的不安全，也為了大轉(zhuǎn)矩驅(qū)動的需求，近年來對低速電動機的需求也不斷增長。在電力拖動系統(tǒng)中采 用調(diào)速措施可以提高節(jié)能效果 , 例如直流電動機調(diào)速、交流電動機變極調(diào)速或變頻調(diào)速 , 還有采用機械傳動結(jié)構(gòu)變速等 , 但是機械傳動結(jié)構(gòu)變速和變極調(diào)速屬于有級的調(diào)速方式 , 直流電動機雖然具有較好的調(diào)速性能 , 但存在換向火花的缺點 , 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)能型的無級調(diào)速方式。 其中重點 論述了永磁同步電機的直接轉(zhuǎn)矩控制策略的基本理論 ， 分析了永磁同步電機轉(zhuǎn)矩直接控制結(jié)構(gòu)中各個組 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)時間控制模型，并 提出了永磁 同步電機轉(zhuǎn)矩直接控制方案。 4）額定效率 %94?N? 。 motordirect torque controlspace。充分發(fā)揮我國稀土資源豐富的優(yōu)勢，大力研究和推廣應(yīng)用以稀土永磁電機為代表的各種永磁電機，對 我國國防、工農(nóng)業(yè)、航空事業(yè)的發(fā)展及綜合實力的提升 具有重要的理論意義和實用價值。如某安裝于轎廂和井壁間隙的永磁同步電動機，轉(zhuǎn)子采用 60極結(jié)構(gòu)，顯著縮短了定子線圈端部長度，實現(xiàn)無機房電梯。 采用正弦波的永磁同步電動機可根據(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)磁式永磁同步電動機；一是永磁體安放在轉(zhuǎn)子表面的外磁式永磁同步電動機；第三種是永磁體嵌入或部分嵌入的嵌入式永磁同步電動機。 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)過長期研究，目前的交流電機控制有恒壓頻比控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等方案。針對矢量控制的這一缺點，德國學(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)。 上述永磁同步電動機的各種控制策略各有優(yōu)缺點，實際應(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 ， 定子的合成磁鏈空間矢量最好采圓形軌跡 ， 參考磁鏈的幅