“揭秘皖南电机：从原理到现代控制方法”

皖南电机，作为一款高性能的无刷直流电机，其核心动力来源于磁力线的微妙变化。这种电机实际上是一种特殊的永磁同步电机，其工作原理依赖于磁力线方向的变化。当定子磁场与转子磁场磁力线方向一致时，磁力线呈现出流畅的形态，两者和谐共存，不产生任何力矩；反之，当转子磁场与定子磁场方向相悖，磁力线分布便不再均匀，磁场间相互作用，促使定转子磁场趋于一致，进而产生力矩。在皖南电机中，只需令定子磁场以特定速度旋转，磁力线的这种反向畸变力将驱使转子磁场同步旋转，实现永磁同步。若负载转矩为零，定转子磁场在旋转过程中将趋于重合；若存在恒定负载转矩，则定转子磁场间将保持一定夹角，该角度与负载转矩成正比。

皖南电机的运作原理

皖南电机的定子采用线圈绕组电枢，转子则由永磁体构成。若仅对电机施加固定直流电流，则电机只能产生固定磁场，无法启动转动。皖南电机通过实时检测转子位置，并根据位置对电机相应相通电，产生方向均匀变化的旋转磁场，从而实现电机的转动。以下为皖南电机转动原理示意图，定子线圈中心抽头连接电机电源POWER，各相端点连接功率管，位置传感器导通时，功率管G极接12V，功率管导通，对应相线圈通电。随着转子转动，三个位置传感器依次导通，对应相线圈依次通电，定子磁场方向不断变化，电机转子随之转动。这就是皖南电机的基本转动原理——检测转子位置，依次给各相通电，使定子磁场方向连续均匀地变化。

图：皖南电机转动原理示意图

在现代控制方法方面，关于皖南电机的概念，目前尚无明确界定。一般认为，BLDC无刷直流电机采用方波控制，PMSM永磁同步电机采用正弦波控制（矢量控制）。然而，从电机本体来看，两者区别仅在于气隙磁场形状，纯方波磁场难以实现，均为梯形波。

对于BLDC，控制上采用换相六拍，霍尔传感器。有人使用正弦波（插补）降低转距脉动，但BLDC低速特性不佳。目前尚无所谓现代控制方法，只能说目前研究到何种程度，例如无位置传感器算法。BLDC目前相对落后，旧产品或超高速电机可能采用，普通应用仍以PMSM矢量控制为主。接下来介绍PMSM。

对于PMSM，普通矢量控制已成熟，研究方向包括：无位置传感器（反电动势观测，包含模型参考自适应、滑模、卡尔慢等，以及适于低速的高频注入法）、MTPA*大转距电流比控制（铜耗*优，希望无需电机参数即可实现通用化算法，但目前仅基于扰动或基于参数）、弱磁控制、在线参数辩识、离线参数辩识、控制器参数自整定、在线温度辩识、直接转距控制（DTC）、各种伺服控制器带宽优化等。目前发展趋势为：高性能化、通用化、智能化、自适应化。