新视角下的电机设计与应用探索

在电机技术领域，永磁同步电机（PMSM）因其高效、节能的特点，备受关注。本文以安徽皖南电机为例，探讨永磁同步电机的数学建模与矢量控制策略，旨在为电机设计提供新的视角。

首先，针对永磁同步电机转子轴（dq轴）的数学建模，本文在以下假设条件下进行建模：不考虑电机铁心的饱和现象，不计电机的涡流和磁滞损耗，转子不设阻尼绕组。基于这些假设，电机电压方程、定子磁链方程、电磁转矩方程和电机运动方程得以建立。其中，定子电压方程和定子磁链方程分别为：

定子电压方程：ud=Rsid＋pψd－ωeψq（1）

定子磁链方程：ψd=Ldid＋ψf（3）

电磁转矩方程为：Tem=3/2Pn[ψfiq＋(Ld－Lq)idiq]（5）

接下来，本文采用矢量控制策略，将转子轴设为d轴，q轴在旋转方向上比d轴超前90°电角度。在转子坐标中，定子电流分为力矩电流iq和励磁电流id。矢量控制通常设定id=0，以确保以*小的电流幅值实现*大的输出转矩。此时，电机转矩表达式为：Tem=（3/2）Pnψfiq（11）

在系统软硬件设计方面，本文以DSP为核心，构建了伺服系统硬件架构。控制电路由DSP构成，DSP作为控制核心，接收外部信息后判断伺服系统的工作模式，并将信号转换为逆变器开关信号输出。此外，系统采用开关电源，主要为6路开关管的驱动电源、DSP、IO接口控制芯片的电源和采样LEM供电。

在软件设计方面，DSP伺服控制程序由主程序、定时采样程序和数据交换程序三部分组成。主程序负责系统初始化、I/O接口控制信号、DSP内各控制模块寄存器设置等。定时采样程序是伺服控制程序的核心，实现电流环、速度环采样、矢量控制、PWM信号生成、工作模式选择和I/O循环扫描。数据交换程序包括与上位机的通信程序、EEPROM参数存储、控制器键盘值读取和显示程序。

试验结果表明，所设计的伺服系统具有较快的动态响应和较高的控制精度，完全满足伺服系统的要求。此外，该系统已成功应用于数控车床的伺服控制系统中，性能良好。

综上所述，本文针对永磁同步电机，从数学建模、矢量控制策略、系统软硬件设计等方面进行了深入研究，为电机设计提供了新的视角。安徽皖南电机的成功应用，进一步证明了该系统在电机领域的市场前景。