交流永磁同步直線電機介紹及其控制系統(tǒng)設(shè)計

　制造業(yè)中需要的線形驅(qū)動力，傳統(tǒng)的方法是用旋轉(zhuǎn)電機加滾珠絲杠的方式提供。實踐證明，在許多高精密、高速度場合，這種驅(qū)動已經(jīng)顯露出不足。在這種情況下直線電機應(yīng)運而生。直線電機直接產(chǎn)生直線運動，沒有中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，動力是在氣隙磁場中直接產(chǎn)生的，可獲得比傳統(tǒng)驅(qū)動機構(gòu)高幾倍的定位精度和快速響應(yīng)速度。

本文是在我系研制的交流永磁同步直線電機基礎(chǔ)上進行基于矢量變換控制的驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用。

2. 交流永磁同步直線電機工作原理

　　直線電機的工作原理上相當(dāng)于沿徑向展開后的旋轉(zhuǎn)電機。交流永磁同步直線電機通入三相交流電流后，會在氣隙中產(chǎn)生磁場，若不考慮端部效應(yīng)，磁場在直線方向呈正弦分布。行波磁場與次級相互作用產(chǎn)生電磁推力，使初級和次級產(chǎn)生相對運動。圖1所示為開發(fā)設(shè)計的交流永磁同步直線電機。

3. 永磁同步直線電機矢量控制原理

　　由于矢量控制動態(tài)響應(yīng)快，相比較標量控制，在很快的時間內(nèi)就能達到穩(wěn)態(tài)運行。經(jīng)過30多年工業(yè)實踐的考驗、改進與提高，目前已經(jīng)達到成熟階段[3]，成為交流伺服電機控制的首選方法。因此，直線電機采用了交流矢量控制驅(qū)動的方法。

　　直線電機初級的三相電壓（U、V、W相）構(gòu)成了三相初級坐標系（a，b，c軸系），其中的三相繞組相角相差120?，即在水平方向上互差1/3極距。參照旋轉(zhuǎn)電機矢量變換理論，設(shè)定兩相初級坐標系（α-β軸系），由三相初級坐標系到直角坐標系轉(zhuǎn)換稱為Clark變換，見式（1）。

　　從靜止坐標系到旋轉(zhuǎn)坐標系的變換稱為Park變換，見式（2）。反之稱Park逆變換。