论文部分内容阅读
正弦波永磁同步电动机(Permanent Magnet Synchronous Motor，简称PMSM)的迅速发展，使以其作为执行机构的交流伺服系统在现代高性能伺服系统中得到了极为广泛的应用。作为伺服电机，必须想方设法的减少电机的纹波转矩和齿槽转矩。而减少纹波转矩的一种方法就是使永磁体产生的励磁磁场在空间尽量按正弦规律分布。本文研究的是内置式PMSM，此种电机不能用优化表面式PMSM的方法来达到使气隙磁密呈正弦分布的目的。本文采用优化转子表面形状的方法来优化内置式PMSM的气隙磁密。表面式PMSM因为L_d=L_q，用于伺服系统时常采用i_d=0控制。如果用内置式PMSM来代替表面式PMSM，且仍旧采用i_d=0控制，就要采取一定的措施，以使L_q接近L_d。在本文中提出一种内置式PMSM样机，该样机的气隙磁密接近梯形分布，所以需对样机进行优化。对样机转子表面形状进行优化的过程中，采用B样条曲线来确定转子表面形状的变量，然后通过Ansys软件提供的参数化设计语言——APDL，对转子的优化设计要素进行设置，在多次优化循环后得出符合条件的比较理想的优化结果——气隙磁密呈正弦分布，且其谐波分量相对样机有明显的减少。优化内置式PMSM表面形状的方法还可以应用在位置传感器的设计中，使位置传感器在一定的限制条件下提供正弦信号。根据给出的样机的技术数据在Rmxprt软件中对电机进行电磁设计，得到样机的稳态参数和性能。设计计算完成后生成二维模型，在Maxwell软件中对模型进行静态和动态分析。优化后的电机不仅凸极率减小了，而且转矩脉动也变小了，说明优化提高了电机的性能。采用i_d=0控制，使用SimPowerSystem中的永磁同步电机模块建立PMSM伺服控制系统仿真模型。利用模型仿真了实际系统的起动、制动和负载。仿真结果与实验结果相符，证明了仿真模型的正确性与实用性。通过MotionComponent软件对三相永磁同步电动机的定位、驱动和跟踪功能，进行了电机空载实验。