交流永磁同步直線電機(jī)介紹及其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　制造業(yè)中需要的線形驅(qū)動(dòng)力，傳統(tǒng)的方法是用旋轉(zhuǎn)電機(jī)加滾珠絲杠的方式提供。實(shí)踐證明，在許多高精密、高速度場合，這種驅(qū)動(dòng)已經(jīng)顯露出不足。在這種情況下直線電機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。直線電機(jī)直接產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)，沒有中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，動(dòng)力是在氣隙磁場中直接產(chǎn)生的，可獲得比傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)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(jī)基礎(chǔ)上進(jìn)行基于矢量變換控制的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用。

2. 交流永磁同步直線電機(jī)工作原理

　　直線電機(jī)的工作原理上相當(dāng)于沿徑向展開后的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。交流永磁同步直線電機(jī)通入三相交流電流后，會(huì)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(jí)相互作用產(chǎn)生電磁推力，使初級(jí)和次級(jí)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。圖1所示為開發(fā)設(shè)計(jì)的交流永磁同步直線電機(jī)。

3. 永磁同步直線電機(jī)矢量控制原理

　　由于矢量控制動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，相比較標(biāo)量控制，在很快的時(shí)間內(nèi)就能達(dá)到穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。經(jīng)過30多年工業(yè)實(shí)踐的考驗(yàn)、改進(jìn)與提高，目前已經(jīng)達(dá)到成熟階段[3]，成為交流伺服電機(jī)控制的首選方法。因此，直線電機(jī)采用了交流矢量控制驅(qū)動(dòng)的方法。

　　直線電機(jī)初級(jí)的三相電壓（U、V、W相）構(gòu)成了三相初級(jí)坐標(biāo)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(jī)矢量變換理論，設(shè)定兩相初級(jí)坐標(biāo)系（α-β軸系），由三相初級(jí)坐標(biāo)系到直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換稱為Clark變換，見式（1）。

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