同步电机

日期：20200211 作者：LJL 参考文档：DMC MATH (文档地址：C:\ti\controlSUITE\libs\app_libs\motor_control\math_blocks\v4.1~Docs) 参考源码：smopos.h，smopos_const.h (代码地址：C:\ti\controlSUITE\libs\app_libs\motor_control\math_blocks\v4.1) 1、 技术背景 永磁同步电机与直流无刷电机的区别在于两者的反电动势。无刷直流电机通常情况下转子磁极采用瓦型磁钢，经过磁路设计，可以获得梯形波的气隙磁密，定子绕组多采用集中整距绕组，因此感应反电动势也是梯形波的；通常说的永磁同步电动机具有定子三相分布绕组和永磁转子，在磁路结构和绕组分布上保证感应电动势波形为正弦，外加的定子电压和电流也应为正弦波，一般靠交流变压变频器提供。 对于永磁同步电机的控制，为了获得最大转矩，提高效率，目前主流的控制方法是采用空间矢量控制方法，产生三相正弦电流。在没有位置传感器的情况下，需要设计一种观测方法获得电机转子的位置。经过研究发现，现阶段常用的一种位置观测方法是，根据电机运行时的电流反馈和电机αβ的反电动势估计，估算出电机转子的当前角度位置，也就是滑膜观测器。 假设电机模型如下图所示。 首先在两相静止坐标系下重写电机电压方程。

最近对于这些经常出现在论文里面的永磁同步电机型别经常搞混，特别是面装式内置式和凸极性隐极性的对应关系，经常是混淆的，在这里专门区分一下。 1、按永磁体在铁芯上的安装位置不同，可以将永磁同步电机分为， 表贴式 （又名 面贴式 ， 面装式 ， 表面式、表面凸出式 ）其中 表面插入式 是 特殊的表贴式 ，在论文中使用时会特殊说明。 内置式 （又名 内装式、内埋式、插入式 ），如下图1为表贴式，图二为内置式。 2、按照 交直轴电感的关系 不同，可以将永磁同步电机分为， 凸极性电机和隐极性电机。最本质的区别在于两者交直轴电感是否相等 隐极性电机交轴电感 Lmq 和 直轴电感 Lmd相等，而凸极性电机Lmq不等于Lmd。 3、 表贴式 （又名 面贴式 ， 面装式 ， 表面式 ）由于永磁体贴在转子铁芯表面，而且永磁体的相对磁导率几乎为1，气隙均匀，所以交直轴磁路磁阻是相同的，Lmq=Lmd 即为隐级式。 内置式 （又名 内装式、内埋式、插入式 ），由于相邻磁体之间气隙不均匀，或者存在铁镍材料，导致磁阻存在，导致交直轴的磁阻不同，Lmq != Lmd 即为凸极式。 4、凸极性电机和隐极性电机的控制策略区别 凸极性：采用MTP+A弱磁控制比较多 隐极性：id=0 矢量控制比较多 文章来源: https://blog.csdn.net/sy243772901/article/details

我在IND4汽车人App可以帮助大家解答汽车电子的相关技术问题，欢迎通过IND4汽车人App向我咨询。 在永磁同步电机中，转子磁场中因为有永磁材料构成此磁体的南极和北极，转子磁场的产生机理及在空间的分布相对是比较好理解的。 而定子磁场的产生，定子磁场与定子电路相关物理量的关系，中间涉及许多电磁场的物理概念，则稍微复杂一些。 安培环路定理 初中物理里面学过最简单的电生磁的原理安培环路定理：右手弯曲的四个手指弯向电流流动的方向，那么大拇指的方向就是电流所产生的磁场的方向。 把安培环路定理再扩展到三相电机里，并根据矢量矢量求和的原则，可以对交流电机定子产生的磁场有如下直观的认识： 但是定量的计算合成的这个磁场的大小是怎么来的？中间有哪些物理关系的转换，则还需要深究一番。 定子电磁场的电路关系，基本可以按照以下路径进行分析： 定量的计算从定子电流开始，定子的磁动势F，电子磁场强度H与定子电流的关系可以用安培环路定理来表示： 我们把通过闭合环路的电流之和叫做磁动势，H叫做磁场强度。 因此，电机的每一相磁动势其实就是电机的相电流与该相匝数的乘积，也叫安匝数。 电机的磁场强度只与电机的磁动势以及电机结构上的有效磁路距离相关。磁场强度是矢量，其方向为放置于该处的小磁针N极所受到的力的方向。 接下来是从磁场强度到磁感应强度（用B表示，又叫磁通密度），这两个是容易混淆的物理概念

我在IND4汽车人App可以帮助大家汽车电子相关技术问题，欢迎通过IND4汽车人App向我咨询. 在FOC算法（见前文 《永磁同步电机力矩控制（二）：FOC与DTC》 ）中，针对DQ两轴的PI算法计算出来得到DQ轴电压，经过反PARK变换后可得到α轴和β轴电压，但这些个电压都只是一个计算机里面的数值而已，如何转化成实实在在的加载到电机相线上的端电压，那么就需要用到由电力电子开关器件（MOSFET或IGBT）所组成的驱动桥来实现。 假设控制程序希望电机相线上有一个3V的电压，而电池的供电只有一个稳定的12V，怎样得到这个3V呢？这就是SPWM或SVPWM要干的事情。 PWM的理论依据：冲量等效原理 冲量相等而形状不同的窄脉冲施加在一个惯性环节上，其效果基本相同，如下如所示四种脉冲的电压施加到RL回路上，回路中的电流响应的傅里叶级数展开的低频部分基本相同，高频部分略有区别。 该原理成立的两个条件——窄脉冲和惯性环节缺一不可。“窄”这个概念是相对RL回路的时间常数而言的，如果惯性环节的时间常数是毫秒级，那么这个脉冲起码就要窄到数十个微秒这个数量级；如果惯性环节的时间常数是上百个毫秒，那么这个脉冲窄到几个毫秒也能接受。另外一个是必须有惯性环节存在，这个比较容易理解，如果被控对象是一个纯电阻，无论四种脉冲多么窄，输出电流响应不会基本相同。 这个理论是数学家们搞理论分析搞出来的

回顾一下上篇 《SVPWM基础篇》 里我们讲到的SVPWM的基本实现方法，有以下基本结论： (1) SVPWM方式下的电机线-线电压的正弦波峰值可以等于母线电压，母线电压利用率为1 (2) SVPWM的调制比（调制深度）可以达到1.15 调制比计算方法：电压矢量的长度与母线电压一半的比值，如下图 OM向量的长度为 但这个事情就这么完了吗？还真没完。 资本家在压榨工人的剩余价值方面所做的努力是不遗余力的，同样的道理，搞电控的人们在压榨逆变器的潜在能力方面所做的努力有是不遗余力的。 通过上面的图，我们显然可以看到，逆变器本身的最大输入能力是黑色的正六边形的外周围，基础SVPWM所用到的红色内切圆和六边形本身之间的边角料尚未被使用，如果把这一部分电压矢量也使用起来，就是所谓的过调制的SVPWM了。 过调制的实现方式及对输出力矩的影响 一种最为典型的过调制的实现方法是： (1) 当合成电压矢量介于内切圆与六边形之间时，维持合成电压矢量不变 (2) 当合成电压矢量超出六边形时，维持合成电压矢量的方向不变，将按比例拉到六边形上。 典型的应用见下图。 很明显，当过调制发生时，一方面由于最大化的利用了逆变器的潜力，电机的输出功率会增加，另一方面由于其电压矢量不再是一个圆（电机在不同角度下，合成的电压矢量的长度不相同），电压矢量有畸变产生，输出纹波也会增加，仿真见下。 过调制与电流采样 在前文

我在IND4汽车人App可以帮助大家解答 汽车电子 相关技术问题，欢迎通过IND4汽车人App向我咨询。 在谈到永磁同步电机的时候，经常会讲到两个概念：凸极电机与隐极电机。有一些朴素的观点是这么说：“转子几何形状是凸出来的就是凸极电机，转子形状切面是个正圆形的就是隐极电机；永磁材料隐藏在转子内部的就是隐极电机，永磁材料凸出来在转子外面的就是凸极电机”，真的是这样的吗？ 恰恰相反，这个所谓的隐与凸指的是电机交轴电感Lq与直轴电感Ld的大小关系，二者相等则为隐极，二者不等则为凸极。至于为甚这么叫，其渊源如何，笔者查了许久英文文献，未得其解，只能作罢，如有朋友知悉，还望不吝赐教，万分感谢。 既然这个隐与凸是与电感相关，那么第二个问题来了： 电感的定义见下，是闭合线圈回路的一种特性，指的是定子线圈，与转子上的磁极排列方式毛关系啊？都是几块磁铁放在那，怎么就能影响定子线圈的电感呢？ 额，它们还真有点关系，而且远远大于五毛钱的。至于为何，就听笔者一一道来。 上面公式对电感的定义中，之所以能够产生感应电动势，是因为电生了磁，变化的磁场反作用到线圈再产生感应电动势。而线圈周围的磁场强度则与线圈周围空间材料的磁导率相关。 这个概念理清楚以后，我们在来看另外一个概念，就是磁导率，磁导率反应的是一个材料的导磁性能，通过下表可见，其实大量使用的稀土永磁材料，虽然有很大的磁能积和矫顽力