永磁同步电机的转子是永磁体,定子是三相交流绕组。
由于磁力的作用,转子N极一直与定子的S极相互吸引,转子S极一直与定子的N极相互吸引。
我们让定子绕组产生的磁场旋转起来,转子也就会跟随着旋转。我们让定子绕组产生的磁场停止旋转,转子也就停止旋转。
如何让定子产生的旋转磁场?答案是通入三相交流电。
实际上,用三相交流电产生旋转的磁场来驱动电机,在工业上早已广泛运用,最经典的例子是鼠笼式异步电机。
三相交流电是正弦波的电流,如果能控制正弦波的波形及频率,就能控制电机的运动状态。
克拉克变换
根据大学专业课《电路原理》可知,三相交流电可以描述为三个夹脚为120度的矢量:。
为了后续分析,我们需要将这三个向量,变成垂直的两个矢量。变化过程也很容易,只需向这两个向量投影即可:
还是为了方便计算(想让),投影后做了一定的缩放,加了个系数。
帕克变换
我们在转子上建立一个坐标系,Q轴垂直于转子磁场方向,D轴与转子磁场方向。
经过克拉克变换后,可以用一对垂直的向量,来描述电流的变化。定子磁场(电流)旋转,这对垂直的向量也在旋转。而转子是与定子磁场吸在一起的,也就是说转动的时候,Q-D轴也在转动,那么能否将Q-D轴与轴等价呢?答案是不能。
如果电机只有一对永磁铁(一对磁极),那么电机旋转一圈,螺线管里的正弦波正好一个周期(电角度转一圈)。
但是很多电机有多对永磁铁(多对磁极),那么电机旋转一圈,螺线管里的正弦波会经过好几个周期(电角度转好几圈)。
我们用表示是电角度,它和电机转角的关系为:
于是可以得到Q-D坐标系与坐标的转换关系:
在电机控制中,产生的磁场与定子磁场方向一致,表现为定子与转子的吸合力。产生的磁场与定子磁场垂直,表现为转矩。
至此,我们已经可以根据想要的转矩()和角度(),计算出三相电。
帕克变换逆变换与克拉克变换逆变换
克拉克变换和帕克变换是根据推导出,而在编程的时候,我们是根据求,所以要反过来,整理一下公式: