2．1．1交流永磁同步电机的结构
永磁同步电机的种类繁多，按照定子绕组感应电动势的波形的不同，可以分为正 弦波永磁同步电机(PMSM)和梯形波永磁同步电机(BLDC)【261。正弦波永磁同步电机
定子由三相绕组以及铁芯构成，电枢绕组常以Y型连接，采用短距分布绕组；气隙场
设计为正弦波，以产生正弦波反电动势；转子采用永磁体代替电励磁，根据永磁体在 转子上的安装位置不同，正弦波永磁同步电机又分为三类：凸装式、嵌入式和内埋式。 本文中采用的电机为凸装式正弦波永磁同步电机，结构如图2一l所示，定子绕组一
般制成多相，转子由永久磁钢按一定对数组成，本系统的电机转子磁极对数为两对，
则电机转速为n=60f／p，f为电流频率，P为极对数。
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图2一l凸装式正弦波永磁同步电机结构图
目前，三相同步电机现在主要有两种控制方式，一种是他控式(又称为频率开环
控制)；另一种是自控式(又称为频率闭环控制)[27】。他控式方式主要是通过独立控
N#l-部电源频率的方式来调节转子的转速不需要知道转子的位置信息，经常采用恒压
频比的开环控制方案。自控式永磁同步电机也是通过改变外部电源的频率来调节转子
的转速，与他控式不同，外部电源频率的改变是和转子的位置信息是有关联的，转子
转速越高，定子通电频率就越高，转子的转速是通过改变定子绕组外加电压(或电流)
频率的大小来调节的。由于自控式同步电机不存在他控式同步电机的失步和振荡问
题，并且永磁同步电机永磁体做转子也不存在电刷和换向器，降低了转子的体积和质
量，提高了系统的响应速度和调速范围，且具有直流电动机的性能，所以本文采用了
自控式交流永磁同步电机。当把三相对称电源加到三相对称绕组上后，自然会产生同
步速的旋转的定子磁场，同步电机转子的转速是与外部电源频率保持严格的同步，且
与负载大小没关系。
抓瓜2．1．2交流永磁同步电机的工作原理
本系统采用的是自控式交直交电压型电机控制方式，由整流桥、三相逆变电路、
断纸机控制电路、三相交流永磁电机和位置传感器构成，其结构原理图如图2—2所示。在
麻将纸牌图2—2中，50HZ的市电经整流后，由三相逆变器给电机的三相绕组供电，三相对称
电流合成的旋转磁场与转子永久磁钢所产生的磁场相互作用产生转矩，拖动转子同步
旋转，通过位置传感器实时读取转子磁钢位置，变换成电信号控制逆变器功率器件开
关，调节电流频率和相位，使定子和转子磁势保持稳定的位置关系，才能产生恒定的
转矩，定子绕组中的电流大小是由负载决定的。定子绕组中三相电流的频率和相位随
转子位置的变化而变化的，使三相电流合成一个与转子同步的旋转磁场，通过电力电
子器件构成的逆变电路的开关变化实现三相电流的换相，代替了机械换向器。
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图2—2自控式电机结构原理图
正弦波永磁同步电机属于自控式电机，只是电动机的定子反电势和电流波形均为
正弦波，并且保持同相，其可以获得与直流电机相同的转矩特性，而且能实现恒转矩
的调速特性。本位置伺服系统是通过正弦波永磁同步电机来实现位置伺服功能的。
2．1．3旋转式编码器
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由自控式正弦波PMSM构成的伺服系统，需要实时检测电机转子的位置及转速，
本系统是通过旋转编码器来获取相关的信息。根据编码器的工作原理不同可分为磁性
