PMSM永磁同步电机学习总结(上)

需要理解的名词：

•三相电机：

三相电机是一种使用三相交流电源驱动的电动机，其运行原理基于三相交流电系统产生的旋转磁场。以下是其核心特点和工作原理：

核心特点

1. 电源类型：依赖三相交流电（三根火线，相位差各120度）。
2. 结构：主要包含定子（固定部分，绕有三组线圈）和转子（旋转部分，分鼠笼式或绕线式）。
3. 效率高：因三相电的平衡性，能量转换效率优于单相电机。
4. 启动力矩大：无需额外启动装置即可直接启动。

工作原理

1. 旋转磁场生成：
   • 定子三组线圈通入三相交流电后，产生随时间变化的磁场。
   • 三相电流的相位差使合成磁场在空间内旋转，形成“旋转磁场”。
2. 转子运动：
   • 转子导体切割旋转磁场的磁感线，产生感应电流。
   • 感应电流与磁场相互作用，产生电磁力（洛伦兹力），驱动转子转动。

•无刷直流电机：BLDC---Brushless Direct Current

无刷直流电机（Brushless DC Motor，简称BLDC）是一种电子换向的同步电机。与传统的有刷直流电机相比，BLDC电机没有电刷和换向器，而是通过电子控制器来实现转子位置的检测和定子绕组电流的控制，从而完成电机的运行。这种设计不仅提高了电机的可靠性和寿命，还减少了维护成本。

工作原理：

BLDC电机的工作原理基于永磁体转子和电磁铁定子之间的相互作用。电机内部有一个位置传感器（如霍尔效应传感器），用于检测转子的位置，并将信号发送给电子控制器。控制器根据这些信号，适时地对定子绕组进行通电，产生旋转磁场，推动转子转动。

控制方式：

• 开环控制：不需要反馈信息，直接根据设定的速度或转矩进行控制。
• 闭环控制：通过传感器获取实际运行状态（如速度、位置），并与目标值比较，调整控制信号以达到精确控制的目的。

•永磁同步电机: PMSM---Permanent Magnet Synchronous Motor

永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）是一种利用永磁体产生磁场的同步电机。与传统的感应电机相比，永磁同步电机具有更高的效率、更好的动态响应和更小的体积重量比，因此在许多领域得到了广泛应用。

工作原理

1. 定子：永磁同步电机的定子通常由多相绕组组成，这些绕组通电后会产生旋转磁场。
2. 转子：转子上安装有永磁体，这些永磁体在旋转磁场的作用下产生转矩，使转子跟随定子磁场同步旋转。
3. 同步运行：由于转子上的永磁体产生的磁场与定子产生的旋转磁场同步，因此电机的转速与电源频率成正比，实现了同步运行。

优点

1. 高效率：永磁体产生的磁场不需要额外的励磁电流，因此效率较高。
2. 高功率密度：体积小、重量轻，适合用于空间受限的应用。
3. 良好的动态性能：响应速度快，适用于需要快速启动和停止的场合。
4. 低维护成本：没有电刷和换向器，减少了磨损和维护需求。

应用领域

1. 工业自动化：如数控机床、机器人等。
2. 电动汽车：驱动系统中的主要动力源。
3. 家用电器：如空调、洗衣机等。
4. 航空航天：对体积和重量要求严格的场合。
5. 风力发电：直驱式风力发电机中常用。

控制方法

1. 矢量控制（Field-Oriented Control, FOC）：通过解耦电机的磁通和转矩分量，实现精确控制。
2. 直接转矩控制（Direct Torque Control, DTC）：直接控制电机的转矩和磁通，响应速度快。
3. 传感器less控制：通过算法估计转子位置，减少对位置传感器的依赖。

•右手定则

用于确定磁场方向、电流方向和力的方向之间的关系。当拇指指向电流方向，其余四指指向磁场方向时，掌心所指的方向即为导体受力方向。

•左手定则

与右手定则相反，用于判断通电导线在磁场中受到的作用力方向。当伸开左手，使拇指与其余四指垂直，并且都与手掌在同一平面内，让磁感线从掌心进入，四指指向电流方向，则拇指所指的方向就是通电导线在磁场中受到的安培力方向。

•反电动势

当电机旋转时，由于线圈切割磁力线，在线圈中会产生一个与外加电压方向相反的电动势，称为反电动势。它对电机的工作状态有重要影响。

•直流转交流（PWM）

脉宽调制（Pulse Width Modulation）是一种将直流电转换成交流电的技术，通过改变输出脉冲的宽度来调节输出电压的大小，常用于电机驱动和电源转换等领域。 

•电角度

描述电机内部电磁场相对于机械位置的角度，对于同步电机而言，电角度与机械角度之间存在固定的比例关系。

•编码器相位对齐

在使用编码器进行位置检测时，确保编码器输出信号的相位正确对齐是非常重要的，这直接影响到位置信息的准确性。

•FOC控制算法

Field-Oriented Control（磁场定向控制），一种先进的电机控制策略，通过解耦电机的励磁电流和转矩电流，实现对电机转矩和平滑速度的精确控制。

•PID控制算法

Proportional-Integral-Derivative（比例-积分-微分）控制，是一种常用的闭环控制系统算法，通过调整比例、积分、微分三个参数来优化系统的响应性能。

Clark变换、Clark逆变换

Clark变换是将三相静止坐标系下的电压或电流变换到两相静止坐标系的过程；而Clark逆变换则是其逆过程。

•Park变换、Park逆变换

Park变换是将两相静止坐标系下的变量变换到两相同步旋转坐标系的过程，广泛应用于永磁同步电机和感应电机的矢量控制中；Park逆变换则是将变量从旋转坐标系变回静止坐标系。

•旋转坐标系

相对于固定参考点旋转的坐标系统，常用于分析旋转机械如电机中的动态行为。