線性霍爾傳感器在永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制器中的應(yīng)用
江曉光
(上海交通大學(xué)，上海200230)
中圖分類號(hào)：tm341 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：e
文童編號(hào)：1004—7018(21110)04—0073—01
1永磁同步電動(dòng)機(jī)物理模型
分析永磁同步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型前，本文先進(jìn)行一些設(shè)定：
(1)磁路為線眭，并且忽略磁路飽和；
(2)永磁材料不導(dǎo)電，永磁材料的磁導(dǎo)率和空氣中的磁導(dǎo)率相等，不計(jì)磁滯和渦流損耗；
(3)轉(zhuǎn)子i一沒有阻尼繞組，定子相繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢波形是正弦波。
(4)電機(jī)結(jié)構(gòu)型式為面裝式交流永磁同步電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子磁鋼和位置傳感器的表面磁密為正弦波形，三相繞組的反電動(dòng)勢波形為正弦波形，也就是正弦波交流永磁同步電動(dòng)機(jī)。
而裝式交流永磁同步電動(dòng)機(jī)物理模型如圖1所示。
為了避免定子繞組對(duì)氣隙磁通密度的影響，保證測量精度，需將車子位置檢測磁鋼與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁鋼分開，但需與轉(zhuǎn)子磁鋼同軸安裝，并且位置檢測磁鋼的充磁也和轉(zhuǎn)子磁鋼的極性和波形一致，即為位置檢測裝置的表面磁通密度為正弦波分布。位置磁鋼和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的安裝方式如圖2所示。
如圖2所示，位置檢測磁鋼和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁鋼的中心線對(duì)齊，也就是位置檢測磁鋼能直接檢測電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁極角度，通過檢測與轉(zhuǎn)子磁鋼同軸的位置磁鋼的磁通密度，將線性霍爾檢測電壓值，輸入集成在數(shù)字處理電路里的a／d轉(zhuǎn)換輸入，就可以知道轉(zhuǎn)子的位置θ和對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子角度的正余弦值，簡化了軟件設(shè)計(jì)的查表等。具體推導(dǎo)如下：
在圖1的線性霍爾位置測得三個(gè)傳感器的電壓信號(hào)進(jìn)行定標(biāo)后可得到如下：
轉(zhuǎn)子磁鋼空間位置電角度與式(4)～式(6)電壓信號(hào)成對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此上述電角度就是轉(zhuǎn)子位置與定子a相定子繞組的角度值。
2線性霍爾傳感器作為轉(zhuǎn)子位置傳感器實(shí)現(xiàn)電機(jī)矢量控制工作原理
近年來，雖然數(shù)字控制電路和高性能的單片機(jī)電路在永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器中得到廣泛應(yīng)用，但本文介紹的采用線性霍爾傳感器的交流永磁同步驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)簡單，與旋轉(zhuǎn)變壓器+專用電路作為轉(zhuǎn)子位置方案比較，具有系統(tǒng)硬件成本低廉；與采用光電式轉(zhuǎn)子傳感器系統(tǒng)比較，具有成本低廉、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)采用線性霍爾轉(zhuǎn)子傳感器實(shí)現(xiàn)的矢量控制器，軟件設(shè)計(jì)不需要查表計(jì)算轉(zhuǎn)子角度對(duì)應(yīng)正余弦值，軟件開銷小，設(shè)計(jì)簡單。
下面介紹線性霍爾檢測轉(zhuǎn)子磁極位置實(shí)現(xiàn)矢量控制實(shí)現(xiàn)方法。永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。
式(8)給出了轉(zhuǎn)子位置的正余弦值：適芝囊或在dsp或單片機(jī)內(nèi)部的a／d采樣電路，將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)焦焉正余弦值可直接采樣得到。
根據(jù)永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制理論永磁同步電動(dòng)機(jī)三相定子繞組的電流ia、ib,ic和α-β等效葬止坐標(biāo)系里的電流ia,iβ及轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)d-q的電流id,iq之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系
永磁同步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子磁場定向控制后，由于面裝式轉(zhuǎn)子永磁同步電動(dòng)機(jī)的直軸電感和交軸電感相同，轉(zhuǎn)子輸出電磁轉(zhuǎn)矩可簡化為：
由式(12)可知，te∝iq，這說明通過磁場定向矢量變換控制的水磁同步電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩具有良好的線型可控陸
3仿真結(jié)果
給定圖4中的直流分量id,iq，由式(11)確定了電動(dòng)機(jī)三相繞組電流ia,ib,ic，也就是直流兩相坐標(biāo)到相交流旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的變換。對(duì)上述轉(zhuǎn)換關(guān)系建立數(shù)學(xué)模型，通過simulink仿真，驗(yàn)證用線性霍爾傳感器實(shí)現(xiàn)交流永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制的有效性，如圖4所示。
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