線性霍爾傳感器在永磁同步電動機矢量控制器中的應用

    江曉光

(上海交通大學，上海200230)

    中圖分類號：tm341    文獻標識碼：e

    文童編號：1004—7018(21110)04—0073—01

1永磁同步電動機物理模型

    分析永磁同步電動機數學模型前，本文先進行一些設定：

    (1)磁路為線眭，并且忽略磁路飽和；

    (2)永磁材料不導電，永磁材料的磁導率和空氣中的磁導率相等，不計磁滯和渦流損耗；

    (3)轉子i一沒有阻尼繞組，定子相繞組中感應電動勢波形是正弦波。

    (4)電機結構型式為面裝式交流永磁同步電動機，轉子磁鋼和位置傳感器的表面磁密為正弦波形，三相繞組的反電動勢波形為正弦波形，也就是正弦波交流永磁同步電動機。

    而裝式交流永磁同步電動機物理模型如圖1所示。

    為了避免定子繞組對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機轉子磁鋼分開，但需與轉子磁鋼同軸安裝，并且位置檢測磁鋼的充磁也和轉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。位置磁鋼和電動機轉子的安裝方式如圖2所示。

   如圖2所示，位置檢測磁鋼和電動機轉子磁鋼的中心線對齊，也就是位置檢測磁鋼能直接檢測電動機轉子磁極角度，通過檢測與轉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，輸入集成在數字處理電路里的a／d轉換輸入，就可以知道轉子的位置θ和對應轉子角度的正余弦值，簡化了軟件設計的查表等。具體推導如下：

在圖1的線性霍爾位置測得三個傳感器的電壓信號進行定標后可得到如下：

轉子磁鋼空間位置電角度與式(4)～式(6)電壓信號成對應關系，因此上述電角度就是轉子位置與定子a相定子繞組的角度值。

2線性霍爾傳感器作為轉子位置傳感器實現電機矢量控制工作原理

    近年來，雖然數字控制電路和高性能的單片機電路在永磁同步電動機驅動控制器中得到廣泛應用，但本文介紹的采用線性霍爾傳感器的交流永磁同步驅動器實現簡單，與旋轉變壓器+專用電路作為轉子位置方案比較，具有系統硬件成本低廉；與采用光電式轉子傳感器系統比較，具有成本低廉、工作可靠等優點。同時采用線性霍爾轉子傳感器實現的矢量控制器，軟件設計不需要查表計算轉子角度對應正余弦值，軟件開銷小，設計簡單。

    下面介紹線性霍爾檢測轉子磁極位置實現矢量控制實現方法。永磁同步電動機矢量控制結構圖如圖3所示。

    式(8)給出了轉子位置的正余弦值：適芝囊或在dsp或單片機內部的a／d采樣電路，將轉子轉焦焉正余弦值可直接采樣得到。  

    根據永磁同步電動機矢量控制理論永磁同步電動機三相定子繞組的電流ia、ib,ic和α-β等效葬止坐標系里的電流ia,iβ及轉子同步旋轉坐標d-q的電流id,iq之間的轉換關系

永磁同步電動機實現轉子磁場定向控制后，由于面裝式轉子永磁同步電動機的直軸電感和交軸電感相同，轉子輸出電磁轉矩可簡化為：

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機電磁轉矩具有良好的線型可控陸

3仿真結果

    給定圖4中的直流分量id,iq，由式(11)確定了電動機三相繞組電流ia,ib,ic，也就是直流兩相坐標到相交流旋轉坐標的變換。對上述轉換關系建立數學模型，通過simulink仿真，驗證用線性霍爾傳感器實現交流永磁同步電動機矢量控制的有效性，如圖4所示。