永磁同步电机简介 ppt课件

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适应于零速和低速运行的方法有： ●旋转高频电压信号注入 ●脉动高频电压信号注入 ●INFORM法 ●载波频率成分提取法 （2）良好的启动性能 永磁同步电机启动转矩小，启动速度慢。 启动方法主要有异步启动法和变频启动法。 异步启动使电机加工工艺变复杂，机械强度变差；变频启动 对变频器的质量和性能有较高的要求。
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永磁同步电机的特点
（1）永磁同步电机有高功率密度，与相同功率的感应电机相 比体积小，重量轻；
（2）具有小转动惯量，易于应用对电机驱动系统要求较高的 动态响应领域；
（3）与绕线式感应电机相比无滑环和电刷，可靠性提高，更 易应用于高速场合；
（4）与感应电机相比，永磁电机的转子激励不是靠感应线圈， 而是由固定的永磁铁实现的，且无直接电能消耗，电机效率 提高。
（2）电机驱动系统包括电机，驱动器，电流，位置及速度控 制器等；
（3）永磁电机是一种电能转化为机械能的装置，主要通过定 子与转子磁场相互作用产生旋转转矩，带动负载；
（4）与感应电机相比，在原理和结构等方面相似，定子结构 基本一致，永磁电机的转子激励不是靠感应线圈，而是由固 定的永磁铁实现的。
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永磁同步电机的发展历程
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第一阶段：20世纪60—70年代，主要集中在航空，航天等特殊 行业高端领域；
第二阶段：20世纪80年代，随着钕铁硼永磁材料出现和电力电 子与微电子的发展，开始扩展到工业和民用领域；
第三阶段：20世纪90年代至今，永磁材料，电力电子，微电子， 控制算法等都有了显著进步，使其应用更广泛，已经成为驱 动系统的首选电机。
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永磁同步电机的分类
转子磁铁
定子绕组
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• PMSM按转子永磁体的结构可分为两种 （1）表面贴装式（SM-PMSM）
直交轴电感Ld和Lq相同 ，定子磁场和转子磁场 相互作用时不会产生磁 阻转矩。
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（2）内埋式（IPMSM）
交直轴感:Lq>Ld 气隙较小，有较好 弱磁能力，易于实 现弱磁控制，比较 适合高速运行，但 是有磁阻转矩，增 加了转矩控制的复 杂度。
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4. 永磁同步电机的热点问题研究
（1）无传感器控制技术及各种先进智能控制 位置传感器的存在，增加了系统复杂度和成本，降低系统的鲁 棒性。难点是初始转子位置的准确性。 应于中高速运行的无传感器控制技术主要有： ●定子磁链估计法 ●模型参考自适应法 ●状态观测器法 ●滑模变结构法 ●神经网络辨识法 ●扩展卡尔曼滤波法 ●检测电机相电感变化的位置估计法
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永磁同步电机控制策略
（1）上世纪70年代西门子工程师F.Blaschke
首先提出异步电机矢量控制理论来解决交流电
机转矩控制 问题。 ~
给定
i*m
信号
控制器i*t
+
i* VR-1 i*
i*A
2/3
i*B i*C
iA 电流控制 iB 变频器 iC
s
i
im
等效直流
3/2 iβ VR
电机模型
异步电动机 it
永磁同步电机简介
武琦 2016/9/12
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（1）永磁同步电机的发展现状 （2）永磁同步电机控制技术发展状况 （3）永磁同步电机控制系统的控制算法研究现 状综述 （4）永磁同步电机的热点问题研究 （5）永磁同步电机的发展趋势
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1. 永磁同步电机的发展现状
永磁同步电机的概念
（1）永磁同步电机有高动态性能，高效率，轻量化等特点， 代表着21世纪电机驱动系统发展方向之一；
矢量控制系统原理结构图
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（2）继矢量控制之后，1984年德国鲁尔大学的 Depen Brock 又提出了交流电动机的直接转 矩控制方法，其特点是直接采用空间电压矢量 ，直接在定子坐标系下计算并控制电机的转矩 和磁通。
直接转矩控制原理图
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3. 永磁同步电机控制系统的控制算法研究现状综述
永磁同步电机是一个多变量，强耦合的非线性系统。实际 应用中电机的参数实时变化，且会受到外部干扰的影响，因此 很多的先进控制算法被应用到交流控制系统来解决上述问题。 （1）PI控制 优点：经典控制策略，方法简单，既能提高静态精度，又能改 善动态品质； 缺点：PI控制法属于线性的控制方法，适应负载能力差，抗干 扰能力差，控制性能不够稳定。 （2）滑模变结构控制 优点：不要求精确的数学模型，不受参数变化和外部扰动的影 响； 缺点：由于惯性，时间延迟等因素，存在抖振现象。
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源自文库
2. 永磁同步电机控制技术发展状况
核心器件技术发展 （1）20世纪五六十年代以晶闸管为代表； （2）20世纪七八十年代以GTO,GTR,MOSFET的发展； （3）20世纪后期的IGBT出现，成为电力电子领域的主导功率
器件； （4）以PIC,HVIC,IPM等功率集成电路为代表，将功率器件与
驱动，检测和保护于一体，使电机可靠性更高，功率密度更 大； （5）微处理器的发展，DSP的出现；同时FPGA/CPLD技术的 发展为实现PWM控制提供了新的进展。
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（3）自适应控制 优点：无需精确的控制对象，无需进行参数估计； 缺点：在线辨识和校正的时间比较长，对一些变化较快的 伺服系统，达不到理想控制效果。 （4）模糊控制 优点：无需精确数学模型，鲁棒性强，适用于解决非线性， 时变系统的问题； 缺点：难以达到较高的控制精度，其本身很难消除稳态误 差。 （5）神经网络控制 优点：可以很好改善控制系统的稳定性和鲁棒性； 缺点：算法很复杂，多用于仿真实验。