永磁同步电机转子磁极位置的确定与计算

永磁同步电机初始磁极位置检测方法胡庆波;张荣;管冰蕾;何金保;孔中华【摘要】根据永磁同步电机相电感的饱和效应,提出了一种恒压源作用下的相电流响应来获得电机初始磁极位置的检测方法,并针对制动器打开瞬间容易出现因磁极位置不准而造成无法定位的问题,对位能性负载提出了一种基于位置环的快速定位法.该方法根据电机实际转动的角度来反向移动给定电流矢量,实现快速定位.最后通过计算不同幅值电流矢量二次定位转过的角度来获得精确的磁极位置.所提方法能够准确获得电机初始磁极位置,可适用于不同类型的永磁电机.实验证明:该控制方法结构简单,易于数字控制实现,同时具有较强的通用性和鲁棒性.【期刊名称】《电力自动化设备》【年(卷),期】2019(039)005【总页数】7页(P194-200)【关键词】永磁同步电机;电感饱和效应;磁极初始位置;空间电压矢量;位置环【作者】胡庆波;张荣;管冰蕾;何金保;孔中华【作者单位】宁波工程学院电信学院,浙江宁波315211;宁波海天驱动有限公司,浙江宁波315801;宁波工程学院电信学院,浙江宁波315211;宁波工程学院电信学院,浙江宁波315211;宁波工程学院电信学院,浙江宁波315211【正文语种】中文【中图分类】TM341;TM3510 引言目前实现高性能的永磁同步电机调速需要获得精确的转子磁极位置。

而绝对值编码器由于存在成本偏高、体积较大等问题使其应用受限，现有控制系统中一般偏向于采用增量式或旋转变压器的速度反馈方式。

在采用增量式编码器的永磁同步电机系统中，一旦编码器安装在电机轴上，其编码器零位，即Z脉冲信号产生位置与电机转子磁极位置相对固定。

控制系统需要预先知道两者的角度差，以便在出现Z脉冲时对转子磁极位置进行校正。

该角度值在首次运行前通常需要采用电机初始磁极位置自学习的方法来获得。

对于永磁同步电机的初始磁极位置检测，主要可分为脉冲电压法和高频注入法2类。

其中脉冲电压法[1-3]利用电机磁路的饱和特性，通过对电机注入脉冲电压矢量，并采集其相电流响应来搜索电机的转子位置。

永磁同步电机工作原理图解PMSM（permanent magnet synchronous motor）实际工作是一种沟通电机，其定子运行是三项的相差的沟通电，而转子则是永磁体。

但是这种电机最大的优势就是沟通电能量由直流供应，这样就可以对电机进行精确的掌握，而且解决了电刷带来的寿命问题。

下面对其工作原理进行简洁的介绍，如图1，定子的工作电流都为正弦波，而且其三项在任何时候相加都为零，所以PMSM中三项绕组实际上没有中线的，其在电机中示例绕线方法如图2，所以实际上在PMSM中XYZ 是连接在一个点的。

图1 PMSM转子电流从绕线的图2中不难看出，实际的电流方向产生的磁场是和转子磁场在同一个平面，这也就是PMSM掌握的基本需要和基本方法。

从图中也不难看出，实际在A相产生的磁场在开头是需要与转子磁极的D轴方向相反（可以相差一个确定的角度，软件实现），准确的说应当是必需知道转子的D轴的位置。

这个问题实际在掌握中是开头的定向问题，在这里简洁的介绍一下方法：假如位置传感器是肯定码盘或者旋变，则可依据肯定位置处理，假如是增量码盘，则需要开头的一个UVW的也许位置估算。

除此之外，这里还需要明白几个原理性的问题，这里啰嗦一下：许多人从事这一块的研发在知道怎么处理整个系统的过程而实际上是对整个基础原理模糊的，这也就是许多国人做研发的通病，只知道怎么做，从来不知道为什么这么做以致永久只是仿照而不行能创新或者改进。

言归正传，首先我们知道在掌握过程中需要检测电流，然后进行clarke和park变换，从而消失了电流方向问题，人家这么说是为了便利，而实际上上这里的电流方向不是电流方向，而是电流产生的电磁场方向（这是由于电磁场的大小与产生它的电流方向成正比的）。

然后讨论一下电压的概念，绕组电压是比电流相位超前的，而许多我们需要的结果是与电压成肯定简洁关系的，这是由于电压是场量，而电流不是。

根本上没有电压这个东西，它只是间接反应电流的一种我们定义出来的表达方式，所以它的变化影响电流，而电流的变化会在场的方面反应在电压上。

永磁同步电机判断极对数永磁同步电机是一种常见的电机类型，它具有高效率、高功率密度和高控制精度等优点，在工业和交通领域得到广泛应用。

在永磁同步电机的设计和控制中，判断极对数是一个重要的步骤。

永磁同步电机的极对数是指电机转子上的磁极数目。

判断极对数的目的是为了确定电机的转子结构和控制算法。

正确判断极对数可以提高电机的性能和效率，同时也可以避免因极对数错误而导致的控制失效。

判断永磁同步电机的极对数有多种方法，下面介绍两种常用的方法。

第一种方法是通过观察电机的转子结构来判断极对数。

在设计电机时，通常会在转子上安装磁铁，磁铁的数目就是极对数。

通过观察转子上的磁铁数目，可以直接确定电机的极对数。

这种方法简单直观，但需要在电机设计阶段确定好磁铁的数目，不适用于已经制造好的电机。

第二种方法是通过电机的电气特性来判断极对数。

永磁同步电机的电气特性与极对数有一定的关系。

通过测量电机的电感和电阻等参数，可以间接推断出电机的极对数。

这种方法需要使用专业的测试设备和算法，相对较为复杂，但适用于已经制造好的电机。

在实际应用中，判断永磁同步电机的极对数是一个重要的步骤。

正确的极对数可以保证电机的性能和效率，同时也可以避免因极对数错误而导致的控制失效。

因此，在设计和控制永磁同步电机时，判断极对数是一个必不可少的环节。

总之，永磁同步电机的极对数是确定电机转子结构和控制算法的重要参数。

通过观察转子结构或测量电机的电气特性，可以判断出电机的极对数。

正确的极对数可以提高电机的性能和效率，同时也可以避免因极对数错误而导致的控制失效。

在设计和控制永磁同步电机时，判断极对数是一个必不可少的步骤。

(一) PMSM 的数学模型交流电机是一个非线性、强耦合的多变量系统。

永磁同步电机的三相绕组分布在定子上，永磁体安装在转子上。

在永磁同步电机运行过程中，定子与转子始终处于相对运动状态，永磁体与绕组，绕组与绕组之间相互影响，电磁关系十分复杂，再加上磁路饱和等非线性因素，要建立永磁同步电机精确的数学模型是很困难的。

为了简化永磁同步电机的数学模型，我们通常做如下假设：1) 忽略电机的磁路饱和，认为磁路是线性的；2) 不考虑涡流和磁滞损耗；3) 当定子绕组加上三相对称正弦电流时，气隙中只产生正弦分布的磁势，忽略气隙中的高次谐波；4) 驱动开关管和续流二极管为理想元件；5) 忽略齿槽、换向过程和电枢反应等影响。

永磁同步电机的数学模型由电压方程、磁链方程、转矩方程和机械运动方程组成，在两相旋转坐标系下的数学模型如下：(l)电机在两相旋转坐标系中的电压方程如下式所示:d d s d d c q q q s q q c d di u R i L dt di u R i L dt ωψωψ⎧=+-⎪⎪⎨⎪=++⎪⎩其中，Rs 为定子电阻；ud 、uq 分别为d 、q 轴上的两相电压；id 、iq 分别为d 、q 轴上对应的两相电流；Ld 、Lq 分别为直轴电感和交轴电感；ωc 为电角速度；ψd 、ψq 分别为直轴磁链和交轴磁链。

若要获得三相静止坐标系下的电压方程，则需做两相同步旋转坐标系到三相静止坐标系的变换，如下式所示。

cos sin 22cos()sin()3322cos()sin()33a d b q c u u u u u θθθπθπθπθπ⎛⎫ ⎪-⎛⎫⎪⎛⎫ ⎪⎪=--- ⎪ ⎪⎪⎝⎭ ⎪⎪⎝⎭ ⎪+-+⎝⎭(2)d/q 轴磁链方程： d d d f q q qL i L i ψψψ=+⎧⎪⎨=⎪⎩ 其中，ψf 为永磁体产生的磁链，为常数，0f r e ωψ=，而c r p ωω=是机械角速度，p 为同步电机的极对数，ωc 为电角速度，e0为空载反电动势，其值为每项倍。

永磁同步电机磁场分布
一、总述
永磁同步电机是一种用电磁力驱动的无极调速电机，它的发展早于任何其它的电机，是电机领域最古老也最成熟的产品。

永磁同步电机磁场分布与转子转动方向有关，磁场分布较为复杂，且随转子转速变化，在若干种情况下可以简单地求得磁场的分布。

二、永磁同步电机磁场分布
1、永磁同步电机磁场分布的计算
永磁同步电机磁场分布是由转子与定子磁通及极磁通所构成的。

当转子转动时，转子上的磁通产生动磁场，从而影响定子上各部位的磁通大小，从而影响极磁通，最后影响磁场分布。

永磁同步电机磁场分布可以通过建立偏磁矩分布方程和极磁矩
分布方程，利用转子定子磁通分布，结合转子转动方向等参数，求得磁场分布。

2、永磁同步电机磁场分布的分析
永磁同步电机磁场分布应该满足一定的要求，才能达到理想的效果。

若磁场分布没有满足要求，就会导致电机的性能不佳，如力矩、性能等级、效率等都会降低。

因此，在设计永磁同步电机时，应该根据转子转动方向、转子定子磁通、极磁矩等参数，对磁场分布进行分析，确定其是否满足要求，以确保电机性能的良好，从而保证电机的顺利运行。

永磁同步电机磁链计算永磁同步电机是一种应用广泛的电动机，它具有高效率、高功率密度和高控制性能等优点。

在永磁同步电机的工作过程中，磁链的计算是非常重要的。

磁链是指电磁感应中的磁场线，它是描述磁场分布的一个重要物理量。

在永磁同步电机中，磁链的计算可以通过电机的结构和工作条件来确定。

下面将从永磁同步电机的结构、磁链计算的原理和方法以及磁链计算的应用等方面进行详细介绍。

永磁同步电机由定子和转子两部分组成。

其中，定子是由三相绕组和铁心组成的，它的主要作用是产生旋转磁场。

转子是由永磁体组成的，它的主要作用是产生恒定的磁场。

当电机通电工作时，定子绕组中的电流会产生旋转磁场，而转子中的永磁体则会产生恒定的磁场。

这两个磁场之间的作用力会使得转子旋转，从而驱动电机的运转。

在永磁同步电机的工作过程中，磁链的计算是非常重要的。

磁链的计算可以通过电机的结构和工作条件来确定。

一般来说，磁链的计算可以分为静态磁链和动态磁链两种情况。

静态磁链是指在电机静止状态下的磁链。

在这种情况下，磁链的计算可以通过电机的结构和永磁体的磁场强度来确定。

一般来说，永磁体的磁场强度是通过测量永磁体表面的磁感应强度来获得的。

然后，通过对永磁体的磁场分布进行分析，可以确定电机的静态磁链。

动态磁链是指在电机运行状态下的磁链。

在这种情况下，磁链的计算可以通过电机的运行参数和电机的控制策略来确定。

一般来说，电机的运行参数包括电机的转速、电机的电流和电机的功率等。

通过对这些参数进行分析，可以确定电机的动态磁链。

磁链的计算在永磁同步电机的设计和控制中具有重要的意义。

通过对磁链的计算，可以确定电机的磁场分布和磁场强度，从而为电机的设计和控制提供重要的依据。

此外，磁链的计算还可以用于评估电机的性能和效率，从而为电机的应用提供参考。

磁链的计算是永磁同步电机设计和控制中的重要内容。

通过对电机的结构和工作条件进行分析，可以确定电机的静态磁链和动态磁链。

磁链的计算对于电机的设计和控制具有重要的意义，它可以为电机的性能评估和效率提升提供重要的依据。