无刷直流电动机与永磁同步电动机的结构和性能比较

电动机类型及特点一、同步电机与异步电机区别：均属交流电机结构：同步电机和异步电机的定子绕组是相同的,主要区别在于转子的结构;同步电机的转子上有直流励磁绕组,所以需要外加励磁电源,通过滑环引入电流；而异步电机的转子是短路的绕组,靠电磁感应产生电流又称感应电机;相比之下,同步电机较复杂,造价高;应用：同步电机大多用在大型发电机的场合;而异步电机则几乎全用在电动机场合;同步电机效率较异步电机稍高,在2000KW以上的电动机选型时,一般要考虑是否选用同步电机;二、单相异步电动机与三相异步电动机：单项电动机：当单相正弦电流通过定子绕组时,电机就会产生一个交变磁场,这个磁场的强弱和方向随时间作正弦规律变化,但在空间方位上是固定的,所以又称这个磁场是交变脉动磁场;这个交变脉动磁场可分解为两个以相同转速、旋转方向互为相反的旋转磁场,当转子静止时,这两个旋转磁场在转子中产生两个大小相等、方向相反的转矩,使得合成转矩为零,所以电机无法旋转;当我们用外力使电动机向某一方向旋转时如顺时针方向旋转,这时转子与顺时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变小；转子与逆时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变大;这样平衡就打破了,转子所产生的总的将不再是零,转子将顺着推动方向旋转起来;通常根据电动机的起动和运行方式的特点,将单相异步电动机分为单相电阻起动异步电动机、单相电容起动异步电动机、单相电容运转异步电动机、单相电容起动和运转异步电动机、单相罩极式异步电动机五种;区别：三相异步电动机采用380V三相供电,是用220V的电源,而且都是小功率的,最大只有;相比于同转速同功率的三相电机,单项电机的效率低、功率因数低、运行平稳性差、且体积大,成本高,但由于单相电源方便,且调速方便,因此广泛用于电动工具、医疗器械、家用电器等;三、无刷直流电机1、无刷直流电机：无刷直流电机是永磁式同步电机的一种,而并不是真正的直流电机;无刷直流电机不使用机械的电刷装置,采用方波自控式永磁同步电机,以霍尔传感器取代碳刷换向器,以钕铁硼作为转子的永磁材料,性能上相较一般的传统直流电机有很大优势,是当今最理想的调速电机;直流无刷电机由电动机主体和驱动器组成,在电动机内装有位置传感器检测电动机转子的极性,驱动器由功率电子器件和集成电路等构成,其功能是：接受电动机的启动、停止、制动信号,以控制电动机的启动、停止和制动；接受位置传感器信号和正反转信号,用来控制逆变桥各功率管的通断,产生连续转矩；接受速度指令和速度反馈信号,用来控制和调整转速；提供保护和显示等等;特点：●全面替代直流电机调速、变频器+变频电机调速、异步电机+减速机调速；●具有传统直流电机的所有优点,同时又取消了碳刷、滑环结构；●可以低速大功率运行,可以省去减速机直接驱动大的负载；●体积小、重量轻、出力大；●转矩特性优异,中、低速转矩性能好,启动转矩大,启动电流小；●无级调速,调速范围广,过载能力强；●软启软停、制动特性好,可省去原有的机械制动或电磁制动装置；●效率高,电机本身没有励磁损耗和碳刷损耗,消除了多级减速耗,综合节电率可达20%~60%,仅节电一项一年收回购置成本；●可靠性高,稳定性好,适应性强,维修与保养简单；●耐颠簸震动,噪音低,震动小,运转平滑,寿命长；●没有无线电干扰,不产生火花,特别适合爆炸性场所,有防爆型；●根据需要可选梯形波磁场电机和正旋波磁场电机;2、无刷直流电机与有刷直流电机和直流电机是2个概念;虽然直流无刷电机名字带直流,实际上是不是直流电机;从分类上来看,直流电机是一类,而直流无刷电机则属于;1无刷电机的优点●无电刷、低干扰：没有了有刷电机运转时产生的电火花,极大减少了电火花对遥控无线电设备的干扰;●噪音低,运转顺畅：没有了电刷,运转时摩擦力大大减小,运行顺畅,发热量低,效率高,噪音低,对于模型运行稳定性是一个巨大的支持;●寿命长,低维护成本：无刷电机的磨损主要是在轴承上,从机械角度看,无刷电机几乎是一种免维护的电动机了,必要的时候,只需做一些除尘维护即可;但有刷电机低速扭力性能优异、转矩大等性能特点是无刷电机不可替代的2从趋势上论,无刷减速电机可能取代有刷减速电机●适用范围：无刷电机通常被使用在控制要求比较高,转速比较高的设备上,如航模,精密仪器仪表等对电机转速控制严格,转速达到很高的设备；通常动力设备使用的都是有刷电机,如吹风机,工厂的电动机,家用的抽油烟机等；●使用寿命：无刷电机通常使用寿命在几万小时这个数量级,主要取决于轴承的不同；通常有刷电机的连续工作寿命在几百到1千多个小时,到达使用极限就需要更换碳刷；●使用效果：无刷电机通常是数字变频控制,可控性强,从每分钟几转,到每分钟几万转都可以很容易实现;碳刷电机启动以后工作转速恒定,调速不是很容易,串激电机也能达到20000转/秒,但是使用寿命会比较短;●节能环保方面：相对而言,无刷电机采用变频技术控制的会比串激电机节能很多,最典型的就是变频空调和冰箱;●维修方面：碳刷电机需要更换碳刷,而无刷电机,使用寿命很长,日常维护基本不需要;●噪音方面：与是否是有刷电机无关,主要是看轴承和点击内部组件的配合情况;3、无刷直流电机与交流电机无刷直流电机,定子是旋转磁场,拖着转子磁场转动；交流同步电机,也是定子旋转磁场拖着转子磁场转动；它们的不同是,旋转磁场旋转的原因不同：1交流同步电机,定子磁场转动的原因是彼此落后120度的三相对称交流电,定子磁场的转动是交流电的变化快慢；2直流电机,是直流电源不变的恒定电压,与线圈连接实际位置的改变形成的,而且与线圈连接实际位置的改变是转子转动的快慢；这样,它们的调速方法就不同：1交流同步电机,定子磁场转动的原因是彼此落后120度的三相对称交流电,定子磁场的转动是交流电的变化快慢；只要改变交流电变化的快慢,就能改变电机的转速,即变频调速；2直流电机,是直流电源不变的恒定电压,与线圈连接实际位置的改变形成的,而且与线圈连接实际位置的改变只与转子转动的快慢相关；只要改变转子的转速就可以调速,而转子的转速与电压成正比,改变电压就可改变转速,即调压调速；直流调速不改变电机的负载性质,而交流调速改变了负载的性质；交流调速变频,频率不同时,交流电机的感抗大小不同,负载性质随之改变,是一个极不稳定的系统,很难实现精细调速;直流调速变压,电压不同时,直流电机的电阻大小不变,负载性质不变,是一个非常稳定的系统,很容易实现精细调速,几个毫伏的电压速度都可以分辨;由于无刷直流电动机的励磁来源于永磁体,没有激磁损耗的问题,由于转子中无交变磁通,其转子上既无铜耗又无铁耗,综合效率比同容量异步电动机高出10~20%左右依据功率大小而定;无刷直流电动机具有高效率、高转矩、高精度的三高特性,非常适合使用在24小时连续运转的机械,同时具有体积小,重量轻,可作成各种体积形状,产品性能超越传统直流电机的所有优点,是当今最理想的调速电机;比较：直流电机具有优良的启动特性和调速特性,但造价较高；交流电机造价低,电源方便,但启动特性和调速特性稍差；4、无刷直流电机与交流伺服电机直流无刷电机：无刷直流电机感应反电动势也是梯形波的;无刷直流电机的控制需要位置信息反馈,必须有位置传感器或是采用无位置传感器估计技术,构成自控式的调速系统;控制时各相电流也尽量控制成方波,逆变器输出电压按照有刷直流电机PWM的方法进行控制即可;本质上,无刷直流电机也是一种永磁同步电动机,调速实际也属于变压变频调速范畴;交流伺服电机：通常说的交流永磁同步伺服电机具有定子三相分布绕组和永磁转子,感应电动势波形为正弦,外加的定子电压和电流也应为正弦波,一般靠交流变压变频器提供;永磁同步电机控制系统常采用自控式,也需要位置反馈信息,可以采用矢量控制磁场定向控制或直接转矩控制的先进控制方式;区别：方波和正弦波控制导致的设计理念不同;最后明确一个概念,无刷直流电机的所谓“直流变频”实质上是通过逆变器进行的交流变频,从电机理论上讲,无刷直流电机与交流永磁同步伺服电机相似,应该归类为交流永磁同步伺服电机；但习惯上被归类为直流电机,因为从其控制和驱动电源以及控制对象的角度看,称之为“无刷直流电机”也算是合适的;四、电机调速1、直流电机调速：转子电路串联电阻短时调速、转子电路电压广泛应用,调节范围0—基速、改变磁通只能提高转速,基速以上,恒功率调速1电压调速：可控电源调速、PWM脉宽调制调速广泛应用与老式的可控直流电源调速系统相比,PWM调速系统有以下优点：a、采用全控型器件的PWM调速系统,其脉宽调制电路的开关频率高,因此系统的频带宽,响应速度快,动态抗扰能力强;b、由于开关频率高,仅靠电动机电枢电感的滤波作用就可以获得脉动很小的直流电流,电枢电流容易连续,系统的低速性能好,稳速精度高,调速范围宽,同时电动机的损耗和发热都较小;c、PWM系统中,主电路的电力电子器件工作在开关状态,损耗小,装置效率高,而且对交流电网的影响小,没有晶闸管整流器对电网的“污染”,功率因数高,效率高;d、主电路所需的功率元件少,线路简单,控制方便;目前,受到器件容量的限制,PWM直流调速系统只用于中、小功率的系统;国内的超大功率调速还要依靠可控硅实现可控整流来实现直流电机的调压调速2、交流电机调速：1三相异步电动机：a、变极对数调速方法：改变定子绕组的接线方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的;特点：具有较硬的机械特性,稳定性良好；无转差损耗,效率高；接线简单、控制方便、价格低；有级调速,级差较大,不能获得平滑调速；可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用,获得较高效率的平滑调速特性;本方法适用于不需要无级调速的生产机械,如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等;b、变频调速：改变电动机定子电源的频率,从而改变其同步转速的调速方法;变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器,变频器可分成交流－直流－交流变频器和交流－交流变频器两大类,目前国内大都使用交－直－交变频器;其特点：效率高,调速过程中没有附加损耗；应用范围广,可用于笼型异步电动机；调速范围大,特性硬,精度高；技术复杂,造价高,维护检修困难;本方法适用于要求精度高、调速性能较好场合;c、串级调速：绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电势来改变电动机的转差,达到调速的目的;根据转差功率吸收利用方式,串级调速可分为电机串级调速、机械串级调速及晶闸管串级调速形式,多采用晶闸管串级调速,其特点为：可将调速过程中的转差损耗回馈到电网或生产机械上,效率较高；装置容量与调速范围成正比,投资省,适用于调速范围在额定转速70％－90％的生产机械上；调速装置故障时可以切换至全速运行,避免停产；晶闸管串级调速功率因数偏低,谐波影响较大;本方法适合于风机、水泵及轧钢机、矿井提升机、挤压机上使用;d、串入附加电阻：绕线式异步电动机转子串入附加电阻,使电动机的转差率加大,电动机在较低的转速下运行;串入的电阻越大,电动机的转速越低;此方法设备简单,控制方便,但转差功率以发热的形式消耗在电阻上;属有级调速,机械特性较软;e、定子调压调速：由于电动机的转矩与电压平方成正比,因此最大转矩下降很多,为了扩大调速范围,调压调速应采用转子电阻值大的笼型电动机,如专供调压调速用的力矩电动机,或者在绕线式电动机上串联频敏电阻;为了扩大稳定运行范围,当调速在2：1以上的场合应采用反馈控制以达到自动调节转速目的;调压调速的主要装置是一个能提供电压变化的电源,目前常用的调压方式有串联饱和电抗器、自耦变压器以及晶闸管调压等几种;晶闸管调压方式为最佳;调压调速的特点：调压调速线路简单,易实现自动控制；调压过程中转差功率以发热形式消耗在转子电阻中,效率较低;调压调速一般适用于100KW以下的生产机械;f、电磁调速：特点：装置结构及控制线路简单、运行可靠、维修方便；调速平滑、无级调速；对电网无谐影响；速度失大、效率低;本方法适用于中、小功率,要求平滑动、短时低速运行的生产机械;g、液力耦合器调速：特点：功率适应范围大,可满足从几十千瓦至数千千瓦不同功率的需要；结构简单,工作可靠,使用及维修方便,且造价低；尺寸小,能容大；控制调节方便,容易实现自动控制;本方法适用于风机、水泵的调速;2单相异步电动机：和力矩电机相比,它恒转矩；和变频电机相比它不节能；和直流电机相比,它控制的精度低；单相异步电动机和三相异步电动机一样,它的转速调节较困难;如采用变频调速则设备复杂、成本高;为此一般只进行有极调速,主要的调速方法有：a、串电抗器调速降压调速：将电抗器与电动机定子绕组串联,利用电抗器上产生的压降使加到电机定子绕组上的电压低于电源电压,从而达到降低电动机转速的目的;此种调速方法,只能是由电机的额定转速往低调;多用在吊扇及台扇上;b、电动机绕组内部抽头调速：通过调速开关改变中间绕组与启动绕组及工作绕组的接线方法,从而达到改变电动机内部气隙磁场的大小,达到调节电动机转速的目的;有L型和T型两种接法;c、交流晶闸管调速：利用改变晶闸管的导通角,来实现调节加在单相电动机上的交流电压的大小,从而达到调速的目的;此方法可以实现无级调速,缺点是有一些电磁干扰;常用于电风扇的调速上;五、电机启动1、直流电机启动1启动方法直接合闸起动：直接合闸起动就是将电动机直接接入到额定电压的电源上启动;由于直流电机电枢回路电阻和电感都较小,而转动体具有一定的机械惯性,起动的开始阶段电流很大,最大可达额定电流的15～20倍;因为电动机启动电流很大,所以启动转矩大,电动机启动迅速,但这一电流会使电网受到扰动、机组受到机械冲击、换向器发生火花;它只适用于功率不大于4千瓦小型电动机,如家用电器中的直流电机;串电阻起动：在启动时将一组启动电阻RP串人电枢回路,以限制启动电流,而当转数上升到额定转数后,再把启动变阻器从电枢回路中切除;启动电流小,但是变阻器比较笨重,启动过程中要消耗很多的能量;降电压起动：在启动时通过暂时降低电动机供电电压的办法来限制启动电流,需要有一套可变电压的直流电源,这种方法只适合于大功率直流电机;2启动转矩直流电机的由你自己设定,假如全压直接起动,可以达到额定转矩的20多倍,这样将使机械损毁,所以必须加入以减少起动电流,从而减少,一般加入的使为额定转矩的倍左右,这样电机及机械可以承受,启动过程也能加快;2、交流电机启动（1）启动方法全压启动：在电网容量和负载两方面都允许全压直接起动的情况下,可以考虑采用全压直接起动;优点是操纵控制方便,维护简单,而且比较经济;主要用于小功率电动机的起动,从节约电能的角度考虑,大于11kw的电动机不宜用此方法;自耦减压起动：利用自耦变压器的多抽头减压,既能适应不同负载起动的需要,又能得到更大的起动转矩,是一种经常被用来起动较大容量电动机的减压起动方式;它的最大优点是起动转矩较大,当其绕组抽头在80%处时,起动转矩可达直接起动时的64%;并且可以通过抽头调节起动转矩;至今仍被广泛应用;Y-Δ起动：正常运行的定子绕组为三角形接法的鼠笼式异步电动机,在起动时将定子绕组接成星形,待起动完毕后再接成三角形,降低起动电流,减轻对电网的冲击;起动电流只是原来按三角形接法直接起动时的1/3,起动转矩也降为原来按三角形接法直接起动时的1/3;适用于无载或者轻载起动的场合;同任何别的减压起动器相比较,其结构最简单,价格也最便宜;除此之外,当负载较轻时,可以让电动机在星形接法下运行,这样能使电动机的效率有所提高,并节约了电力消耗;软起动器：利用可控硅的移相调压原理来实现电动机的调压起动,起动效果好但成本较高;可控硅工作时谐波干扰较大,对电网有一定的影响;另外电网的波动也会影响可控硅元件的导通,特别是同一电网中有多台可控硅设备时;因此可控硅元件的故障率较高,因为涉及到电力电子技术,因此对维护技术人员的要求也较高;变频器：因为涉及到电力电子技术,微机技术,因此成本高,对维护技术人员的要求也高,因此主要用在需要调速并且对速度控制要求高的领域;总之,星三角起动,自藕减压起动因其成本低,维护相对软起动和变频控制容易,目前在实际运用中还占有很大的比重;但因其采用分立电气元件组装,控制线路接点较多,在其运行中,故障率相对比较高;2启动转矩启动转矩表征了电动机的启动能力,启动转矩大于额定转矩,一般电机样板上标有两者的关系倍数,一般2倍左右,它与启动方式有关如星三角起动,变频调速起动等,直接起动鼠笼式一般为额定力矩的到倍;通常起动转矩为额定转矩的125%以上;与之对应的电流称为起动电流,通常该电流为额定电流的6倍左右;一般自耦变压器的抽头有65%和80%两组,需要较大启动转矩时接80%,否则接65%；六、电机制动1、：在电机断开电源后,在电机的电源上加上与正常运行电源反相的电源,加快电机的减速;有一个最大的缺点：当电机转速为0时,如果不及时撤除反相后的电源,电机会反转;因此,不允许反转的机械,如一些车床等,制动方法就不能采用反接制动了,而只能采用或机械制动;2、：中通以直流电,从而产生一个固定不变的磁场,转子按旋转方向切割磁力线,产生一个制动力矩;由于是在定子绕组中通以直流电来制动,因而能耗制动又叫直流注入制动;在一些要求制动时间短和制动效果好的场合,一般不使用此制动方法;3、再生制动：当电机的转子速度超过电机同步磁场的旋转速度时,转子绕组所产生的电磁转矩的旋转方向和转子的旋转方向相反,电机处于制动状态;此时,可以采取一定的措施把产生的电能回馈给电网,因此,再生制动也叫发电制动;再生制动会出现在以下两种场合：1、起重机重物下降时,电机转子在重物重力的手动下,转子的转速有可能超过同步转速,此时,电机处于再生制动状态;2、变频调速时,当变频器把频率降低时,同步转速也随之降低;但转子转速由于负载惯性的作用,不会马上降低,此时,电机也会处于再生制动状态,直至拖动系统的速度也下降为止;4、机械制动采用机械装置使电动机断开电源后迅速停转的制动方法;如电磁抱闸、电磁离合器等电磁铁制动器;七、伺服电机1、直流伺服电机与直流无刷电机直流和是2类,概念上不存在交集;简言之：特指直流;无刷电机体积小,重量轻,出力大,响应快,速度高,惯量小,转动平滑,力矩稳定;控制复杂,容易实现智能化,其电子换相方式灵活,可以正弦波换相;电机免维护,效率很高,运行温度低,电磁辐射很小,长寿命,可用于各种环境;2、交流伺服电机与直流伺服电机直流伺服电机：就是把直流电机加上编码器形成闭环控制,电机通过改变电的大小来改变电机的扭矩、速度等参数;直流伺服电机的结构和普通直流电机差不多,只是直流电机为满足低惯量采用细长电枢,盘形或空心杯的,或者改成了永磁电机,是最理想的调速系统,这就导致直流伺服电机比较容易实现调速,控制精度较高;缺点是直流伺服电机有碳刷,容易造成电机的磨损,而且维护成本高操作麻烦;交流伺服电机：是交流电机的一种,通过伺服驱动器的矢量控制理论控制电机的扭矩,速度、位置等等,交流伺服电机的转子电阻一般很大,这样可以防止自转,当控制电压消失后,由于有励磁电压,此时的交流伺服电机中会有脉振磁动势,交流伺服就是是一种带编码器的同步电机,效果比直流伺服稍微差一点,但维护方便;缺点是价格高、精度没直流的好推荐使用交流伺服电机,直流伺服电机太热,控制精度不好,使用寿命短;永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较,主要优点有：⑴无电刷和换向。

五种新型电机简介姓名：赵涛学号：20121102491、超声波电机简介：原理：超声波电机就是利用超声波频率范围内的机械振动来获得动力源的装置，借助摩擦传递弹性超声波振动以获得动力。

超声波电机获得能量的超声波振动源又与压电陶瓷有着密切联系，当对压电陶瓷施加交变电压时，压电陶瓷本身或压电陶瓷和金属的混合体就会产生周期性地伸缩，即逆压电效应，通过这种伸缩，电机产生了动力。

人耳所能听到的的声音频率约为20Hz-20KHZ，而当频率超过20KHz以上，人耳便无法辨识，成为超声波。

对超声波电机的压电材料输入电压所产生的是晶体的形变，因此利用压电材料来带动转子，其前进的距离相当小，约是微米等级，因此若要此电机做长距离运动，就必须输入超声波的高频电压，使定子产生极高的振动频率才能得到合适的转速，这也正是超声波电机的由来。

特点: 1、超声波电机弹性振动体的振动速度和依靠摩擦传递能量的方式决定了它是一种低速电机，同时其能量密度是电磁电机的5到10倍左右，使得它不需要减速机构就能低速时获得大转矩，可直接带动执行机构。

2、超声波电机的构成不需要线圈与磁铁，本身不产生电磁波，所以外部磁场对其影响较小。

3、超声波电机断电时，定子与转子之间的静摩擦力使电机具有较大的静态保持力矩，从而实现自锁，省去了制动闸，简化了定位控制，其动态响应时间也较短。

4、超声波电机依靠定子的超声振动来驱动转子运动，超声振动的振幅一般在微米数量级，在直接反馈系统中，位置分辨率高，容易实现较高的定位控制精度。

应用:1、超声波电机可用于照相机的自动聚焦系统的驱动器；航空航天领域的自动驾驶仪伺服驱动器；机器人或微型器械自动控制系统的驱动器；高级轿车门窗和座椅靠头调节的驱动装置；窗帘或百叶窗自动启闭装置；2、医学领域的人造心脏驱动器、人工关节驱动器；强磁场环境下设备的驱动装置，如磁悬浮列车的控制系统；不希望驱动装置产生磁场的场合，如磁通门的自动测试转台等。

2、 无刷直流电动机 ：原理：无刷永磁电动机伺服系统主要由4个部分组成：永磁同步电动机MS 、转子位置检测器BQ 、逆变器和控制器。

13调速永磁同步电机在用户已经掌握RMxprt 基本使用的前提下，我们将一些过程简化，以便介绍一些更高级的使用。

有关RMxprt 的详细介绍请参考第一部分的章节。

13.1基本原理调速永磁同步电机的转子转速是通过调节输入电压的频率来控制的。

与标准的直流无刷电机不同，这种电机不需要位置传感器。

永磁同步电机的转子上安装永磁体（有内转子与外转子之分），定子上嵌有多相电枢绕组，其极数与转子相同。

永磁同步电机既可用作发电机，也可用作电动机。

当电机工作在电动状态时，定子多相绕组可由正弦交流电源供电或由直流电源经DC/AC 变换来供电。

当电机工作在发电状态时，定子多相绕组为负载提供交流电源。

13.1.1 定子绕组正弦交流电源供电永磁同步电机分析方法与三相凸极同步电机相同，电机既可工作在发电状态也可工作在电动状态，通常采用频域矢量图来分析电机的特性。

电机发电状态矢量图如图13.1a ，电机电动状态矢量图如图13.1b 。

发电机b. 电动机图13.1 同步电机相量图图13.1中，R 1、X d 、X q 分别为定子电枢的电阻、d 轴同步电抗和q 轴同步电抗。

aq1q ad 1d X X X X X X +=+=(13.1)上式中，X 1为电枢绕组漏电抗，X ad 和X aq 分别为d 轴电枢反应电抗和q 轴电枢反应电抗。

以输入电压U 为参考矢量， I 滞后U 的角度为φ， 称φ为功率因数角， 则电流矢量为：ϕ-∠=I I(13.2)令I 滞后E 0的角度为ψ。

则可得d 轴和q 轴的电流为：⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡=ψψcos sin I I I q d I (13.3)所以：qd 1I I -=tan ψ (13.4)13.1.1.1 发电机模型在图13.1a ，OM 所代表的矢量可表示为：)j j (aq 11X X R OM +++=I U (13.5)OM 所代表的矢量可用来确定E 0的位置。

令U 滞后E 0的角度为θ，对于发电机称θ为功角，则角度ψ为θϕψ+=(13.6)对于给定的功角θ，我们有；⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡-θθsin cos U U E I I X R R X 0q d q 11d (13.7)求得I d 和I q 为：⎥⎦⎤⎢⎣⎡--+-+=⎥⎦⎤⎢⎣⎡θθθθsin )cos (sin )cos (U X U E R U R U E X X X R 1I I d 0110q qd 21q d(17.8)功率角φ：θψϕ-=(13.9)输出电功率：ϕcos UI 3P 2=(13.10)输入机械功率：)(Fe Cua fw 21P P P P P +++= (13.11)式中P fw 、P Cua 、P Fe 分别为风摩损耗、电枢铜损和铁心损耗输入机械转矩：ω11P T =(13.12)ω为同步角速度rad/s13.1.1.2 电动机模型在图13.1， OM 所代表的矢量可表示为：)j j (aq 11X X R OM ++-=I U (13.5’)OM 所代表的矢量可用来确定E 0的位置。

专升本《电力拖动与控制系统》一、（共75题，共150分)1。

异步电动机在采用能耗制动时需要( ）。

(2分）A.转子回路串电阻B.定子回路串电阻C.把定子回路从电源断开,接制动电阻D。

定子回路通直流电流。

标准答案：D2。

三相桥式交叉连接可逆调速电路需要配置（）个限环流电抗器。

（2分)A.1B.2C.3D.4。

标准答案:B3。

闸管反并联可逆调速电路中采用配合控制可以消除( ). (2分）A.直流平均环流B.静态环流C。

瞬时脉动环流 D.动态环流.。

标准答案：A4。

为了检测直流电流信号，且与系统主电路隔离,常用的电流检测方法是( ）。

（2分）A。

串联采样电阻 B。

并联采样电阻C。

采用电流互感器 D.采用霍尔传感器。

标准答案:D5. 电流可反向的两象限直流PWM调速系统稳态工作时，当输出电压的平均值小于电机反电势时，电机工作在( ）象限。

（2分）A。

1 B。

2 C.3 D。

4.标准答案：B6。

直流斩波调速系统在回馈电流可控的回馈发电制动时，直流电动机的反电势( ）直流电源的电压。

（2分）A.大于B.等于 C。

小于。

标准答案：C7。

异步电动机串级调速系统，当调速范围较小时,一般采用的起动方法是（）. (2分）A.用串级调速装置起动 B。

定子降压起动。

标准答案：B8。

串级调速系统中，串级调速装置的容量（）. （2分）A.随调速范围D的增大而增加；B.随调速范围D的增大而减少；C。

与调速范围D无关..标准答案:A9。

绕线转子异步电动机的串级调速属于( )的调速方法。

(2分）A。

转差功率消耗型 B。

转差功率回馈型C.转差功率不变型.标准答案：B10。

永磁无刷直流电动机的调速系统中功率变换器的变频方式是（ )。

（2分）A.他控式变频 B。

自控式变频；C.矢量控制式变频。

标准答案：B11。

无刷直流电动机调速系统的位置检测器使用的是（ ) （2分)A.增量式位置检测器 B。

正余弦变压器.标准答案：A12. 永磁无刷直流电动机与永磁同步电动机结构非常相似，永磁无刷直流电动机的气隙磁密波形是（） (2分）A.近似方波 B。

电机控制技术《直流无刷电机的基本结构及工作原理和应用》直流无刷电机的基本结构及工作原理和应用一、直流无刷电机的工作原理直流无刷电机是同步电机的一种，也就是说电机转子的转速受电机定子旋转磁场的速度及转子极数(P)影响： N=120．f / P。

在转子极数固定情况下，改变定子旋转磁场的频率就可以改变转子的转速。

直流无刷电机即是将同步电机加上电子式控制(驱动器)，控制定子旋转磁场的频率并将电机转子的转速回授至控制中心反复校正，以期达到接近直流电机特性的方式。

也就是说直流无刷电机能够在额定负载范围内当负载变化时仍可以控制电机转子维持一定的转速。

直流无刷驱动器包括电源部及控制部如图 (1) ：电源部提供三相电源给电机，控制部则依需求转换输入电源频率。

电源部可以直接以直流电输入(一般为24V)或以交流电输入(110V/220 V)，如果输入是交流电就得先经转换器(converter)转成直流。

不论是直流电输入或交流电输入要转入电机线圈前须先将直流电压由换流器 (inverter)转成3相电压来驱动电机。

换流器(inverter)一般由6个功率晶体管(Q1～Q6)分为上臂(Q1、Q3、Q5)/下臂 (Q2、Q4、Q6)连接电机作为控制流经电机线圈的开关。

控制部则提供PWM(脉冲宽度调制)决定功率晶体管开关频度及换流器(inverter)换相的时机。

直流无刷电机一般希望使用在当负载变动时速度可以稳定于设定值而不会变动太大的速度控制，所以电机内部装有能感应磁场的霍尔传感器(hall- sensor)，做为速度之闭回路控制，同时也做为相序控制的依据。

但这只是用来做为速度控制并不能拿来做为定位控制。

图一：直流无刷驱动器包括电源部及控制部要让电机转动起来，首先控制部就必须根据hall-sensor感应到的电机转子目前所在位置，然后依照定子绕线决定开启(或关闭)换流器 (inverter)中功率晶体管的顺序，如下（图二） inverter中之AH、BH、CH(这些称为上臂功率晶体管)及AL、BL、CL(这些称为下臂功率晶体管)，使电流依序流经电机线圈产生顺向(或逆向)旋转磁场，并与转子的磁铁相互作用，如此就能使电机顺时/逆时转动。

永磁直流无刷电机和永磁同步电机1. 引言说到电机，很多人可能觉得这就是个硬邦邦的技术话题，其实啊，电机就像我们生活中的小助手，默默为我们的日常服务。

今天，我们就来聊聊两种电机：永磁直流无刷电机（BLDC）和永磁同步电机（PMSM）。

它们都是以“永磁”命名，听起来是不是很高大上？实际上，这两位“电机明星”各有千秋，各有自己的粉丝群体，来，咱们一起深入了解一下它们的故事。

2. 永磁直流无刷电机（BLDC）2.1 什么是BLDC？首先，永磁直流无刷电机就像是一位现代的“高科技小伙”，它的无刷设计让它比传统的有刷电机更加出色。

大家知道，电机里有刷子，像是老古董，容易磨损，还得频繁换，真是让人烦。

可是BLDC就不同了，它彻底告别了刷子，效率高得惊人，使用寿命也大大延长。

听说，有的人用了好几年都没出毛病，简直就像是电机界的“长青树”！2.2 BLDC的应用场景说到应用，BLDC可不是个闲人，简直可以说是无处不在。

无论是电动车、空调，还是咱们常见的吸尘器，甚至是智能手机里的马达，BLDC都有一席之地。

试想一下，当你在炎热的夏天打开空调，清凉的风吹来，那可都是BLDC在默默工作呢！而且，它运行的时候安静得就像小猫咪，让你在家里享受宁静时光。

3. 永磁同步电机（PMSM）3.1 PMSM的特性再来说说永磁同步电机，PMSM也不甘示弱。

它像是一位稳重的绅士，拥有极高的扭矩密度和出色的控制性能。

这位绅士可是电机界的“技术流”，使用的是同步原理，能在各类负载下稳定工作，简直是个全能选手。

很多时候，PMSM被广泛应用在工业领域，比如数控机床、自动化设备等。

它的表现就像一位经验丰富的老手，踏实稳重，给人一种值得信赖的感觉。

3.2 PMSM的优缺点当然，PMSM也有自己的小脾气。

相比BLDC，它的制造成本稍高，毕竟技术含量在那里。

不过，物有所值，使用寿命和运行效率可都是杠杠的，能让你省不少电费呢！这就好比买了个高档手机，虽然贵，但它的性能和体验真心让人满意。

电机在家用的电器内都是比较普通的设备，没有特殊的规格和作用；而工业电机则不同，比如永磁电机，用于矿业筛选，极大提高作业效率；那么永磁电机跟普通电机有什么区别呢？
无刷直流电机通常情况下转子磁极采用瓦型磁钢，经过磁路设计，可以获得梯形波的气隙磁密，定子绕组多采用集中整距绕组，因此感应反电动势也是梯形波的。

嘉轩（JXS智能驱动，分体式）
无刷直流电机的控制需要位置信息反馈，必须有位置传感器或是采用无位置传感器估计技术，构成自控式的调速系统。

控制时各相电流也尽量控制成方波，逆变器输出电压按照有刷直流电机PWM的方法进行控制即可。

本质上，无刷直流电动机也是一种永磁同步电动机，调速实际也属于变压变频调速范畴。

通常说的永磁同步电动机具有定子三相分布绕组和永磁转子，在磁路结构和绕组分布上保证感应电动势波形为正弦，外加的定子电压和电流也应为正弦波，一般靠交流变压变频器提供。

永磁同步电机控制系统常采用自控式，也需要位置反馈信息，可以采用矢量控制（磁场定向控制）或直接转矩控制的先进控制策略。

那么永磁电机跟普通电机的区别就可以很明显的区分了
普通电机：主要家用，比如风扇/洗衣机等内部电机，电源则是220V家用电，相应功率和应用范围比较小；
永磁电机：主要用于工业，比如煤矿磁选等等，使用环境和场地的要求也比较严格。

电动机的种类及其优缺点（一）目的意义为了了解电动机的种类以及根据种类及其优缺点在现实应用中更加合理经济的选择电动机。

（二）电动机的划分1.按工作电源种类划分电动机：（1）直流电动机：无刷直流电动机铝镍钴永磁直流电动机有刷直流电动机：永磁直流电动机：稀土永磁直流电动机铁氧体永磁直流电动机电磁直流电动机：串励直流电动机并励直流电动机他励直流电动机复励直流电动机（2）交流电动机：单相电动机三相电动机按结构和工作原理划分电动机：（1）直流电动机（2）异步电动机：感应电动机：单相异步电动机三相异步电动机罩极异步电动机交流换向器电动机：单向串励电动机交直流两用电动机推斥电动机（3）同步电动机：永磁同步电动机磁阻同步电动机磁滞同步电动机按启动与运行方式划分电动机：电容启动式单相异步电动机电容运转式单相异步电动机电容启动运转式单相异步电动机分项式单相异步电动机按转子的结构划分电动机：鼠笼式异步电动机绕线型异步电动机按用途划分电动机：驱动用电动机：电动工具用电动机家用电动机通用小型机械设备用电动机控制用电动机：步进电动机伺服电动机按运转速度划分电动机：（1）低速电动机：齿轮减速电动机电磁减速电动机力矩电动机（2）高速电动机：爪极电动机（3）恒速电动机：有极恒速电动机无极恒速电动机（4）调速电动机：有极变速电动机无极变速电动机电磁调速电动机直流调速电动机Pwm调速电动机开关磁阻调速电动机按电机结构尺寸分类，可将电机分为大型、中型、小型1）16号机座及以上，或机座中心高大于630mm，或者定子铁心外径大于990mm的，属于大型电动机。

2）11～15号机座，或机座中心高在355mm～630mm，或者定子铁心外径在560～990mm之间的，的属于中型电动机；3）10号及以下机座，机座中心高在80mm～315mm，或者定子铁心外径在125～560mm之间的，属于小型电动机；（三）部分电动机的优缺点1.永磁同步电动机特点：永磁同步电动机结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高，和直流电机相比它没有直流电机的换向器和电刷等缺点。