一、电机基础知识

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1.电机结构

1.1 转子为永磁铁,定子磁场变换相位差120°让转子转动,产生圆形旋转磁场,驱动转子转动

1.2 转子磁极分为表贴式与内嵌式

内嵌式永磁同步电机q轴用铁量多q轴电感大,表贴式q轴d轴电感相同,两对磁极dq轴夹角为45°

1.3 DQ轴磁阻差异的影响

优:提高输出转矩;拓展调速范围;提升运行效率

缺:增加转矩脉动;导致控制复杂;影响转子结构与强度;引发磁饱和问题

磁阻转矩:磁阻转矩是指电机中由于磁路磁阻变化而产生的转矩3。当电机的磁路存在磁阻差异时,磁场会倾 向于沿着磁阻最小的路径闭合,从而产生一种促使转子朝着磁阻最小方向转动的力,这个力所形成的转矩就是磁阻 转矩

2.BLDC与PMSM异同

2.1 两者都是永磁同步电机,依据反电动势(磁通)不同区分,反电动势依据电机结构控制

2.2 控制方式有差异

a.BLDC通过内嵌逻辑霍尔传感器、检测转子磁钢 检测反电动势的换向点,主流控制方案采用六步控制Six-Step(相与相之间两两导通,另外一个线圈不流过电流),优点是对芯片要求低,无需传感器成本低;缺点是转距脉动和噪音大。可以通过增加电极对数优化。

b.PMSM以正弦波驱动

b.1三相桥都参与了磁场控制,并且可以通过矢量合成的方式可以做到任意角度的磁场控制,旋变磁场的 合成过程:PMSM旋转磁场产生机理 - 知乎

2.3充磁方式不同

BLDC采用径向充磁方式。PMSM采用平行充磁,所以PMSM磁密分布在径向的分量为sinθ;平行充磁成本高,径向成本低

3.电压矢量合成(为什么能转)

三相对称绕组充入三相对称电压会产生圆形旋转磁场,带动内部永磁体转动。

冲量等效定理(面积等效定理):电机控制系统中,电机转动部分因转动惯量存在,不能瞬间改变转速;在滤波电路里,电容和电感能存储电场能和磁场能,对输入电压或电流的突变起到平滑作用。这些部件属于惯性的环节。由于环节的惯性,其对脉冲的响应并非精确区分脉冲形状,只要冲量(面积)相等,最终效果基本相同。

为什么波形为PWM但是电流为正弦:电机为阻感型负载。

三相坐标系转化为α,β坐标系可以简化运算,这就是clark变换

PI 控制器即比例积分控制器和PR 控制器即比例谐振控制器,它们依据当前时刻的误差信号来产生控制作用,实现 正弦信号的无静差追踪----意味着系统输出在经过过渡过程后,与输入正弦信号在幅值和相位上完全一致,稳态误差恒为零。PI,PR控制器分别可以实现直流信号、正弦信号的无静差追踪,工程人员一般用PI控制器,所以要进行park变换。

永磁同步电机(PMSM)的控制框图

4.电机数学方程

动力学方程:

转矩方程(体现了电能转化为机械能的能力):

定子电压方程: