基于高频注入法的永磁同步电机的无速度传感器控制仿真研究(4)

对于内插式转子来说,其制造工艺和转子结构相比较于面贴式转子较为复杂一些,因此内插式转子的制造成本也更高,转子的漏磁系数也比面贴式的要高。


对于内插式转子来说,其制造工艺和转子结构相比较于面贴式转子较为复杂一些,因此内插式转子的制造成本也更高,转子的漏磁系数也比面贴式的要高。同时又因为内插式转子自身结构的转子磁路不对称的特性,导致其能产生磁阻转矩,从而让电机的功率密度和动态性能相比较于面贴式转子都有很大的提高,所以内插式转子结构普遍应用在采用交流调速传动系统中的永磁同步电机中。

对于内埋式转子来说,其转子永磁体是内嵌在转子内部,这样做的好处是能够让永磁体长久的保持磁性,避免失磁。采用内埋式转子结构的永磁同步电机动,其转子漏磁系数相比较前两种结构来说是最大的,但是因为该结构下的永磁同步电机的静态性能好,所以在动态性能要求较高的交流调速传动系统中得到广泛的应用。

通常,我们定义直接穿过永磁体磁场的中心线为 轴,定义穿过磁极间的中心线为 轴,此外, 轴和 轴两者相差90o的电角度。对于永磁同步电机来说,由于采用了磁导率接近为1的稀土永磁材料,因此对于面贴式转子结构而言,电机的磁路分布不会随着转子位置的变化而变化,即其在电磁性能上表现为隐极型,即电枢绕组的 轴电感 等于 轴电感 。

而对于内嵌式转子结构而言,其相邻永磁磁极间有着磁导率很大的铁磁材料,所以磁通可以穿过在 轴方向的铁心,使在 轴方向的磁阻减小,即电枢绕组的 轴电感 小于 轴电感 。故其在电磁性能上表现为凸极型。

同理,内埋式转子结构也表现为凸极型,而且凸极率比内嵌式转子结构还要高。这种设计结构除了能提高电动机的功率密度和电机的动态响应,还可以被用来在无位置传感器控制系统中转子位置跟踪,从而实现无传感器控制,本文也是选取内埋式转子结构的永磁同步电机进行研究的。

2.3 永磁同步电机的坐标变换原理

在前面的分析中我们得知,永磁同步电机是个三相电机,同时它也是一个强耦合、多变量、变参数、复杂的非线性系统,所以永磁同步电机在三相自然坐标系下的数学模型也是一个非线性、高阶、强耦合的数学模型,这样是不便于我们去直接分析和控制的。因此,我们必须利用坐标变换理论来简化在三相自然坐标系下永磁同步电机的数学模型,通常采用的坐标变换包括两相静止坐标系变换(Clark变换)和两相同步旋转坐标系变换(Park变换)。通过坐标变换可以实现对永磁同步电机复杂的数学模型的解耦,把三相永磁同步电机电机变换成类似只有两相的直流电机,这时我们要实现对电机的控制就只需要控制  轴和 轴电压。这样一来,整个复杂的控制分析就会简单很多。