【正文】 根據(jù)坐標變換理論，對用此同步電機在 ABC 坐標系下的數(shù)學模型進行 3s2s 的坐標變換，就可以得到在 αβ坐標系下的數(shù)學模型。 永 磁同步電機在 ABC 坐標系上的數(shù)學模型 對于三相繞組電動機，在忽略了內部繞組電容的前提下，其電壓矢量和磁鏈矢量可以表示為 ： () () 其中 ： sU 為定子電壓矢量， sR 和 sL ，分別表示定子電阻和定子電感， s? 和 r? 分別表示定子磁鏈矢量和轉子磁鏈矢量， sI 表示定子電流。 PMSM 的定子和普通三相同步電機的定子是相似的，如果永磁體產生的感應電動勢（反電動勢）與勵磁線圈產生的感應電動勢一樣也是正弦的，那么 PMSM 的數(shù)學模型就與電勵磁同步電機基本相同 [3]。此外轉子永磁體產生的磁場 0? 也以同步轉速切割定子繞組，從而產生空載電動勢 0E 。由三相交流電流 sI 產生的旋轉電樞磁動勢 ?F 及建立的電樞磁場 ?? ，一方面切割定子繞組并在定子繞組中產生感應電動勢 ?E ，另一方面以電磁 力拖動著轉子以同步轉速 sn 旋轉。 兩相定子坐標系與兩相轉子旋轉坐標系的變換（ 2t2s） 分別定義， dq 坐標系是建立在轉子上的旋轉坐標， xy 坐標系是建立在定子上的旋轉坐標系 ， 定子磁鏈的方向為 x 軸的正向， x 軸與 d 軸的夾角為轉矩角 ? ， rtC2/2 、 trC2/2為 xy 坐標系到 dq 坐標系和 dq 坐標系到 xy 坐標系的變換陣，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 矩角。d???i?iqidis?)(ssiF1?q永磁同步電機直接轉矩控制系統(tǒng)的設計 8 ??? sinco s qd iii ?? ??? co ssin qd iii ?? 寫成矩陣形式，得 () 式中 () 是兩相旋轉坐標系變換到兩相靜止坐標系的變換矩陣。但 ? 、 ? 軸是靜止的， ? 軸與 d 軸的夾角 ? 隨時間而變化，因此 si 在 ? 、 ? 軸上的分量 ?i 、 ?i 的長短也隨時間變化，相當于 ? 、 ? 繞組交流磁動勢的瞬時值。由于個繞組匝 數(shù)都相等，可以消去磁動勢中的匝數(shù)，直接用電流表示。把兩個坐標系畫在一起，如圖 24 所示。設磁動勢波形是正弦分布的，當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 定子坐標系和轉子坐標系 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矩控制系統(tǒng)的設計 7 () 令 2/3C 表示從三相坐標系變換到兩相坐標系的變換矩陣，則 () 如果三相繞組是 Y 型聯(lián)結不帶零線，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]。 三相定子坐標系與兩相定子坐標系變換 (3s2s) 圖 中繪出了 ABC 和 ?? 兩個坐標系，為了方便起見， 取 A 軸與 α軸 重合。 圖 定子靜止坐標系與轉子旋轉坐標系 ABC???dq ABCαβ?1 2 0永磁同步電機直接轉矩控制系統(tǒng)的設計 6 定子旋轉直角坐標系 (xy 坐標系 ) xy 坐標系為隨定子磁鏈旋轉的坐標系 (圖 )，定子磁鏈的方向為 x 軸的正 方向， Y軸超前 x 軸 ?90 。 圖 定子靜止坐標系 轉子旋轉直角坐標系 (dq 坐標系 ) 轉子旋轉坐標系固定在轉子上 (圖 )，其 d 軸位于轉子軸線上， q 軸超前 d 軸 900，空間坐標以 d 軸與參考坐標 ? 軸之間的電角度 ? 確定。如果在 ?? 軸組成的兩相繞組內通入兩相對稱正弦電流時也會產生一個旋轉磁場，其效果與兩相繞組產生的一樣。三相定子坐標系定義如永磁同步電機直接轉矩控制系統(tǒng)的設計 5 圖 所示。 三相定子坐標系 (ABC 坐標系 ) PMSM 的定子中有三相繞組，其軸線分別為 A,B,C，且彼此間互差 1200的空間電角度。本文主要介紹內置式轉子的永磁同步電動機的設計。因此，這兩種電機的性能特點有所不同。在表面式永磁同步電動機中，永磁體通常呈瓦片形，并位于轉子鐵心的外表面 上，這種電機的重要特點是直、交軸的主電感相等；而內置式永磁同步電機的永磁體位于轉子內部，永磁體外表面與定子鐵心內圓之間有鐵磁物質制成的極靴，可以保護永磁體。 永磁同步電動機轉子磁路結構不同，則電動機的運行特性、控制系統(tǒng)等也不同。因此，當轉子旋轉時，在定子上產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。永磁同步電機直接轉矩控制系統(tǒng)的設計 4 第 2 章 永磁同步電動機的數(shù)學模型 本章將首先從轉子結構的角度對 PMSM 進行分類，然后在不同的坐標系中建立PMSM 的數(shù)學模型，在此基礎上對 PMSM 的控制原理進行介紹 。有些并聯(lián)供磁的電機， ?B 甚至可高達 1特斯拉以上。 (5)高功率密度的需求 艦船、車輛受體積所限，要求電動機要有高功率密度、高轉矩密度。若仍用異步電動機驅動，隨著極數(shù)增加，其功率因數(shù)明顯降低，在輕載和空載時，功率因數(shù)將更低，因此在 Y型系列電 機中， 10極電機已不多見。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。西門子公司吊艙式推進器中 PMSM容量已達 30000KW。又如船用吊艙式電力推進器，將低速大轉矩的永磁同步電動機置于船艙外的吊艙，無需原來的傳動系統(tǒng)，直接驅動螺旋槳，實現(xiàn)船舶的運行和控制。 (3) 低速直接驅動的需求 為了提高控制精度、減小振動噪聲、杜絕油霧帶來的不安全，也為了大轉矩驅動的需求，近年來對低速電動機的需求也不斷增長。 (2) 可滿足某些工業(yè)應用需大的起動轉矩和最大轉矩倍數(shù)的動態(tài)需求 常規(guī)異步電動機起動轉矩倍數(shù)和最大轉矩倍數(shù)都有限，為達要求，需選擇更大容量的異步電動機，而到了正常運行狀態(tài)，異步電動機則又處于輕載運行狀態(tài)，效率和功率因數(shù)均較低。 （ 3）以調速永磁同步電動機作為執(zhí)行元件構成的永磁交流伺服系統(tǒng)， 由于調速永磁同步電動機本身就是具有一定非線性、強藕 合性和時變性的 “ 系統(tǒng) ” ， 同時其伺服對象也存在較強的不確定性和非線性， 加之系統(tǒng)運行時易受到不同程度的干擾， 因此采用先進控制策略， 先進的控制系統(tǒng)實現(xiàn)方式如基于控制， 以從整體上提高系統(tǒng)的“ 智能化、數(shù)字化 ” 水平， 這應是當前發(fā)展高性能調速永磁同步電動機伺服系統(tǒng)的一個主要的 “ 突破口 ”。存在的主要問題如下： （ 1）調速永磁同步電動機在使用過程中出現(xiàn) “退磁 ”現(xiàn)象，而且在低速時也存在齒槽轉矩對其轉矩波動的影響。 調速永磁同步電動機的研究現(xiàn)狀 雖然 無刷直流電動機 比調速永磁同步電動機具有控制簡單，成本低， 檢測簡單等優(yōu)點， 但因為 無刷直流電動機 的轉矩脈動比較大， 鐵心損耗也較大， 所以在低速直接驅動場合的應用中，調 速永磁同步電動機的性能比 無刷直流電動機 及其它交流伺服電動機優(yōu)越得多。 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)。 稀土曾是讓國人倍感自豪的優(yōu)勢資源，而今卻略顯尷尬。 調速永磁同步電動機電磁設計 2 “ 中東有石油，中國有稀土 ”。在電力拖動系統(tǒng)中采 用調速措施可以提高節(jié)能效果 , 例如直流電動機調速、交流電動機變極調速或變頻調速 , 還有采用機械傳動結構變速等 , 但是機械傳動結構變速和變極調速屬于有級的調速方式 , 直流電動機雖然具有較好的調速性能 , 但存在換向火花的缺點 , 限制了調速的容量和應用環(huán)境 , 而變頻調速是一種高效節(jié)能型的無級調速方式。永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)能夠實現(xiàn)高精度、高動態(tài)性能、大范圍的調速或定位控制，因此永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)引起了國內外學者的廣 泛關注。和異步電動機相比，它由于不需要無功勵磁電流，因而效率高，功率因數(shù)高，力矩慣量比大，定子電流和定子電阻損耗減小，且轉子參數(shù)可測、控制性能好；但它與異步電機相比，也有成本高、起動困難等缺點。目前，稀土永磁電機的單臺容量已超過 1000KW，最高轉速已超過300000r/min，最低轉速低于 ，最小電機的外徑只有 ，長 。 electromagism design 調速永磁同步電動機電磁設計 1 第 1 章 概述 永磁同步電動機的發(fā)展前景 近年來，隨著永磁材料性能的不斷提高和完善，特別是釹鐵硼永磁的熱穩(wěn)定性和耐腐蝕性的改善和價格的逐步降低以及電力電子器件的進一步發(fā)展，加上永磁電機研究開發(fā)經(jīng)驗的逐步成熟，經(jīng)大力推廣和應用已有研究成果，使永磁電機在國防、工農業(yè)生產和日常生活等方面獲得越來越廣泛的應用。 operation and control principle。關鍵字： 調速 永磁同步電機 ； 運行與控制原理； 直接轉矩控制 ； 電磁設計 調速永磁同步電動機電磁設計 3 Electromagic Design of Permanent Mag Synchronous Motor Abstract:Design first introduced the development prospects of permanent mag synchronous motor and the present study situation in the development of high performance, after considering the permanent mag synchronous motor speed also meet several bottleneck problems, and points out the permanent mag motor development opportunities。其中包括設計特點的介紹、主要尺寸的選擇、轉子磁路結構的選擇等，并總結出永磁同步電動機的電磁設計流程。 其中重點 論述了永磁同步電機的直接轉矩控制策