永磁同步电动机说明书PPT课件
- 格式：pptx
- 大小：14.42 MB
- 文档页数：86
下载文档原格式
合集下载
《永磁同步电机》幻灯片PPT
3 2
N3(iB
iC)
iiN N32
1 0
1 2 3 2
1 2
3 2
iiiC BA
PMSM电机的FOC控制策略
考虑变换前后总功率不变，可得匝数比应为 N 3 2
N2 3
可得
ii
21 30
1 2 3 2
1 2
3 2
iiiC BA
坐标系变换矩阵：
C3/2
2
1
3 0
1 2 3 2
1 2
3 2
C 2/3
1
2 3
1 2
1 2
0
3
2
3 2
PMSM电机的FOC控制策略
如果三相绕组是Y形联结不带零线，那么有
iAiBiC0
于是
3
i i
2 1
2
0 2
iA iB
2
iA iB
3 1 6
0
1 2
i i
PMSM电机的FOC控制策略
〔2〕Park〔2s/2r〕变换
U1
VF1
VF3
VF5
H1
译
A
码
H2
电
B
H3
路
VF4
VF6
VF2
C
Y联结三三通电方式的控制原理图
PMSM和BLDC电机的工作原理
vab
0
V d
2
t
van
0
2
3V d
1 3V d
M
Y联结三三通电方式相电压和线电压波形
t
a)
VF6VF1VF2导通时合成转矩
Tc 2
b) VF1VF2VF3导通是合成转矩
永磁同步电机 ppt课件
静止学习参数时电机无转动，分两步完成：发电压、大电流， 这两步完成后学出电机参数D轴电感、Q轴电感、定子电 阻。感应电动势根据给出的电机参数计算得出。
旋转学习参数电机有转动，分三步完成：发电压、大电流、 旋转电机。前两步后学出电机参数D轴电感、Q轴电感、 定子电阻，第三步学习出感应电动势。
在电机有负载的情况下需要静止学习参数。
永磁同步电机参数学习
学习完成后，读取电机参数： F870（PMSM感应电动势1000r/min） F871（PMSM D轴电感） F872（PMSM Q轴电感） F873（PMSM定子电阻） 额定频率输出电压与F870参数的关系 额定频率输出电压=（额定频率/1000）*F870参数 F876（空载注入电流） （异步电机参数学习后，读取参数F806~F809）
永磁同步电机
永磁同步电机与异步机
永磁同步电机 交流异步机Байду номын сангаас
永磁同步电机基本原理
在电动机的定子绕组中通入三相电流，在通入电流后就会在电动机 的定子绕组中形成旋转磁场，由于在转子上安装了永磁体，永磁体 的磁极是固定的，根据磁极的同性相吸异性相斥的原理，在定子中 产生的旋转磁场会带动转子进行旋转，最终达到转子的旋转速度与 定子中产生的旋转磁极的转速相等
永磁同步电机相比交流异步电机优势
1、效率高、更加省电； 2、功率因数高，对电网影响小； 3、电机结构简单灵活； 4、可靠性高，故障率低； 5、体积小，重量轻； 6、起动力矩大、噪音小、温升低；
永磁同步变频调速功能应用
目前公司绝大部分产品都已添加同步机功能： E2000、E800、AC10、EP66、EM30、细纱机、伺服 驱动器。 在测试过程中如果涉及到新机测试、改板、换霍尔等情 况时，均需要进行同步机测试。
旋转学习参数电机有转动，分三步完成：发电压、大电流、 旋转电机。前两步后学出电机参数D轴电感、Q轴电感、 定子电阻，第三步学习出感应电动势。
在电机有负载的情况下需要静止学习参数。
永磁同步电机参数学习
学习完成后，读取电机参数： F870（PMSM感应电动势1000r/min） F871（PMSM D轴电感） F872（PMSM Q轴电感） F873（PMSM定子电阻） 额定频率输出电压与F870参数的关系 额定频率输出电压=（额定频率/1000）*F870参数 F876（空载注入电流） （异步电机参数学习后，读取参数F806~F809）
永磁同步电机
永磁同步电机与异步机
永磁同步电机 交流异步机Байду номын сангаас
永磁同步电机基本原理
在电动机的定子绕组中通入三相电流，在通入电流后就会在电动机 的定子绕组中形成旋转磁场，由于在转子上安装了永磁体，永磁体 的磁极是固定的，根据磁极的同性相吸异性相斥的原理，在定子中 产生的旋转磁场会带动转子进行旋转，最终达到转子的旋转速度与 定子中产生的旋转磁极的转速相等
永磁同步电机相比交流异步电机优势
1、效率高、更加省电； 2、功率因数高，对电网影响小； 3、电机结构简单灵活； 4、可靠性高，故障率低； 5、体积小，重量轻； 6、起动力矩大、噪音小、温升低；
永磁同步变频调速功能应用
目前公司绝大部分产品都已添加同步机功能： E2000、E800、AC10、EP66、EM30、细纱机、伺服 驱动器。 在测试过程中如果涉及到新机测试、改板、换霍尔等情 况时，均需要进行同步机测试。
永磁同步电机工作原理 ppt课件
U1
H1 H2 H3
译 码 电 路
VF1
VF3
VF5
A B
C
VF4
VF6
VF2
全控桥两两通电电路原理图
PMSM和BLDC电机的工作原理
将三只霍尔集成电路 按相位差120度安装， 产生波形如图所示。
a)
H1
0
t
H20
H3 0
2
3
4
t t
VF1、VF2
导通时合成转矩
Tac
Ta Tc a) Tbc
转子
转子采用永磁体，目前主要以钕铁硼作
为永磁材料。 采用永磁体简化了电机的 结构，提高了可靠性，又没有转子铜耗， 提高电机的效率。
PMSM和BLDC电机的结构
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 气隙较大，弱磁能力小， 扩速能力受到限制
r
3 电磁转矩： Te n p s is 2
PMSM和BLDC电机的工作原理
永磁同步电动机在 以表达如下： 标系中的数学模型可
定子电流： s s j s
3 Te n p s is 电磁转矩： s is 2
is is jis
g g
B
⊕
b
r
⊕C
⊙
X
PMSM和BLDC电机的结构
实物结构图
转子磁铁
定子绕组
霍尔传感器
PMSM和BLDC电机的结构
定子
定子绕组一般制成多相（三、四、五相不
等），通常为三相绕组。三相绕组沿定子
铁心对称分布，在空间互差120度电角度， 通入三相交流电时，产生旋转磁场。
H1 H2 H3
译 码 电 路
VF1
VF3
VF5
A B
C
VF4
VF6
VF2
全控桥两两通电电路原理图
PMSM和BLDC电机的工作原理
将三只霍尔集成电路 按相位差120度安装， 产生波形如图所示。
a)
H1
0
t
H20
H3 0
2
3
4
t t
VF1、VF2
导通时合成转矩
Tac
Ta Tc a) Tbc
转子
转子采用永磁体，目前主要以钕铁硼作
为永磁材料。 采用永磁体简化了电机的 结构，提高了可靠性，又没有转子铜耗， 提高电机的效率。
PMSM和BLDC电机的结构
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 气隙较大，弱磁能力小， 扩速能力受到限制
r
3 电磁转矩： Te n p s is 2
PMSM和BLDC电机的工作原理
永磁同步电动机在 以表达如下： 标系中的数学模型可
定子电流： s s j s
3 Te n p s is 电磁转矩： s is 2
is is jis
g g
B
⊕
b
r
⊕C
⊙
X
PMSM和BLDC电机的结构
实物结构图
转子磁铁
定子绕组
霍尔传感器
PMSM和BLDC电机的结构
定子
定子绕组一般制成多相（三、四、五相不
等），通常为三相绕组。三相绕组沿定子
铁心对称分布，在空间互差120度电角度， 通入三相交流电时，产生旋转磁场。
永磁同步电机工作原理及控制策略-PPT课件
永磁同步电动机在 以表达如下： 定子电流： 定子磁链： 电磁转矩：
坐标系中的数学模型可
j s s s
3 T i i e n p s s s s 2
is is jis
PMSM和BLDC电机的工作原理
永磁同步电动机在转子旋转坐标系d-q中的数学模 型可以表达如下： 定子电压：
PMSM和BLDC电机的结构
正弦波永磁同步电机 永磁体表面设计成抛物线，极弧大体为 120度 定子绕组为短距、分布绕组 定子由正弦波脉宽调制（SVPWM）的电压 型逆变其供电，三相电流为正弦或准正 弦波
PMSM和BLDC电机的工作原理
PMSM的数学模型
为了简化和求解数学模型方程，运用坐标变换理论,通 过对同步电动机定子三相静止坐标轴系的基本方程进 行线性变换，实现电机数学模型的解耦 。 q u s ：定子电压 B
PMSM和BLDC电机的工作原理
BLDC电机控制方式 （1）两两通电方式
每一瞬间有两个功率开关导通，每隔60度换相一次， 每次换相一个功率开关，每个功率开关导通120度电 F V F 、 V F V F 、 V F V F 、 V F V F 、 V F V F 、 V F V F . . . 角度。导通顺序为 V 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 1
转子
转子采用永磁体，目前主要以钕铁硼作
为永磁材料。 采用永磁体简化了电机的 结构，提高了可靠性，又没有转子铜耗， 提高电机的效率。
PMSM和BLDC电机的结构
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 气隙较大，弱磁能力小， 扩速能力受到限制
坐标系中的数学模型可
j s s s
3 T i i e n p s s s s 2
is is jis
PMSM和BLDC电机的工作原理
永磁同步电动机在转子旋转坐标系d-q中的数学模 型可以表达如下： 定子电压：
PMSM和BLDC电机的结构
正弦波永磁同步电机 永磁体表面设计成抛物线，极弧大体为 120度 定子绕组为短距、分布绕组 定子由正弦波脉宽调制（SVPWM）的电压 型逆变其供电，三相电流为正弦或准正 弦波
PMSM和BLDC电机的工作原理
PMSM的数学模型
为了简化和求解数学模型方程，运用坐标变换理论,通 过对同步电动机定子三相静止坐标轴系的基本方程进 行线性变换，实现电机数学模型的解耦 。 q u s ：定子电压 B
PMSM和BLDC电机的工作原理
BLDC电机控制方式 （1）两两通电方式
每一瞬间有两个功率开关导通，每隔60度换相一次， 每次换相一个功率开关，每个功率开关导通120度电 F V F 、 V F V F 、 V F V F 、 V F V F 、 V F V F 、 V F V F . . . 角度。导通顺序为 V 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 1
转子
转子采用永磁体，目前主要以钕铁硼作
为永磁材料。 采用永磁体简化了电机的 结构，提高了可靠性，又没有转子铜耗， 提高电机的效率。
PMSM和BLDC电机的结构
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 气隙较大，弱磁能力小， 扩速能力受到限制
永磁同步电动机教材29901-PPT精选文档
调速永磁同步电动机结构示意图
l－转轴 2－轴承 3－端差 4－定子绕组 5－机座 6－定子铁心 7，8－永磁体 9－转子铁心 10—风扇 11—风罩 12－位置、速度传感器 13，14－电缆 15－专用变频驱动器
永磁同步电动机的转子结构
表面式转子磁路结构
1） 凸出式 1－永磁体
2）插入式 2－转子铁心 3－转轴
• 为了保证永磁电机的电气性能不发 生变化，能长期可靠地运行，要求 永磁材料的磁性能保持稳定。通常 用永磁材料的磁性能随环境、温度 和时间的变化率来表示其稳定性， 主要包括热稳定性、磁稳定性、化 学稳定性和时间稳定性。
永磁同步电动机
概述
• 永磁同步电动机的运行原理与电励磁同步电动机 相同，但它以永磁体提供的磁通替代后者的励磁 绕组励磁，使电动机结构较为简单，降低了加工 和装配费用，且省去了容易出问题的集电环和电 刷，提高了电动机运行的可靠性；又因无需励磁 电流，省去了励磁损耗，提高了电动机的效率和 功率密度。因而它是近年来研究得较多并在各个 领域中得到越来越广泛应用的一种电动机。
永磁材料
永磁电机的性能、设计制造特点和 应用范围都与永磁材料的性能密切相关。 永磁材料种类众多，性能差别很大。因 此，在研究永磁电机之前，首先从设计 制造电机的需要出发，了解电机中最常 用的三种主要永磁材料（铁氧体、铝镍 钴、钕铁硼）的基本性能，包括磁性能、 物理性能，选用时的注意事项。
永磁体的磁稳定性
• 以前，由于同步电动机存在着自身的弱点（起 动费事，必须由异步电动机拖动，重载时有振 荡和失步的危险），一般工业设备很少用。变 频调速技术弥补了这些缺点：起动时变频器频 率逐渐上升，转速也逐渐提高，不需其他起动 设备；失步问题是由于同步转速不变，转子落 后的角度过大引起的，而变频调速中的转速和 转矩闭环控制，可以随时调节同步转速，避免 了失步现象。由于同步电机的固有优点使同步 电机的变频调速成为交流调速的一个很有潜力 的发展方向。
永磁同步电机简介PPT课件
பைடு நூலகம்
谢谢
永磁同步电机简介PPT课件
永磁同步电动机由定子、转子和端盖等部件构成。定子与 普通感应电动机基本相同，采用叠片结构以减小电动机运 行时的铁耗。转子可做成实心，也可用叠片叠压。电枢绕 组可采用集中整距绕组的，也可采用分布短距绕组和非常 规绕组。 有关特性：
电压的调节
自动调节励磁系统可以看成为一个以电压为被调量的负反馈控制系统。无功负荷电 流是造成发电机端电压下降的主要原因，当励磁电流不变时，发电机的端电压将随 无功电流的增大而降低。但是为了满足用户对电能质量的要求，发电机的端电压应 基本保持不变，实现这一要求的办法是随无功电流的变化调节发电机的励磁电流。 2、无功功率的调节： 发电机与系统并联运行时，可以认为是与无限大容量电源的母线运行，要改变发电 机励磁电流，感应电势和定子电流也跟着变化，此时发电机的无功电流也跟着变化。 当发电机与无限大容量系统并联运行时，为了改变发电机的无功功率，必须调节发 电机的励磁电流。此时改变的发电机励磁电流并不是通常所说的“调压”，而是只 是改变了送入系统的无功功率。
永磁同步电机简介PPT 课件
演讲人
目录
01
永磁同步电机简介PPT课件
02
电压的调节
永磁同步电机简介PPT课件
同步发电机为了实现能量的转换，需要有一个直流磁场。而产生这个磁场的直流电 流，称为发电机的励磁电流。由三相交流电产生的旋转电枢磁动势及建立的电枢磁 场，一方面切割定子绕组，并在定子绕组中产生感应电动势；另一方面以电磁力拖 动转子以同步转速旋转。永磁同步电动机的动态数学模型为非线性、多变量，它含 有ω与id或iq的乘积项，因此要得到精确的动态控制性能，必须对ω和id，iq解耦。 该控制方案摒弃了矢量控制中解耦的控制思想及电流反馈环节，采取定子磁链定向 的方法，利用离散的两点式控制直接对电动机的定子磁链和转矩进行调节，具有结 构简单，转矩响应快等优点。 永磁同步电动机以永磁体提供励磁，使电动机结构较为简单，降低了加工和装配费 用，且省去了容易出问题的集电环和电刷，提高了电动机运行的可靠性；又因无需 励磁电流，没有励磁损耗，提高了电动机的效率和功率密度。
谢谢
永磁同步电机简介PPT课件
永磁同步电动机由定子、转子和端盖等部件构成。定子与 普通感应电动机基本相同，采用叠片结构以减小电动机运 行时的铁耗。转子可做成实心，也可用叠片叠压。电枢绕 组可采用集中整距绕组的，也可采用分布短距绕组和非常 规绕组。 有关特性：
电压的调节
自动调节励磁系统可以看成为一个以电压为被调量的负反馈控制系统。无功负荷电 流是造成发电机端电压下降的主要原因，当励磁电流不变时，发电机的端电压将随 无功电流的增大而降低。但是为了满足用户对电能质量的要求，发电机的端电压应 基本保持不变，实现这一要求的办法是随无功电流的变化调节发电机的励磁电流。 2、无功功率的调节： 发电机与系统并联运行时，可以认为是与无限大容量电源的母线运行，要改变发电 机励磁电流，感应电势和定子电流也跟着变化，此时发电机的无功电流也跟着变化。 当发电机与无限大容量系统并联运行时，为了改变发电机的无功功率，必须调节发 电机的励磁电流。此时改变的发电机励磁电流并不是通常所说的“调压”，而是只 是改变了送入系统的无功功率。
永磁同步电机简介PPT 课件
演讲人
目录
01
永磁同步电机简介PPT课件
02
电压的调节
永磁同步电机简介PPT课件
同步发电机为了实现能量的转换，需要有一个直流磁场。而产生这个磁场的直流电 流，称为发电机的励磁电流。由三相交流电产生的旋转电枢磁动势及建立的电枢磁 场，一方面切割定子绕组，并在定子绕组中产生感应电动势；另一方面以电磁力拖 动转子以同步转速旋转。永磁同步电动机的动态数学模型为非线性、多变量，它含 有ω与id或iq的乘积项，因此要得到精确的动态控制性能，必须对ω和id，iq解耦。 该控制方案摒弃了矢量控制中解耦的控制思想及电流反馈环节，采取定子磁链定向 的方法，利用离散的两点式控制直接对电动机的定子磁链和转矩进行调节，具有结 构简单，转矩响应快等优点。 永磁同步电动机以永磁体提供励磁，使电动机结构较为简单，降低了加工和装配费 用，且省去了容易出问题的集电环和电刷，提高了电动机运行的可靠性；又因无需 励磁电流，没有励磁损耗，提高了电动机的效率和功率密度。
永磁同步电机的模型和方法课件
电流方程
电流方程描述了PMSM的定子 电流与转子位置之间的关系。
电流方程通常表示为：I = Iq×sin(θr) + Id×cos(θr)，其中 I是电流矢量，Iq是定子电流矢 量，Id是直轴电流矢量，θr是转
子位置角。
该方程反映了随着转子位置的变 化，定子电流矢量的变化情况。
磁链方程
磁链方程通常表示为：Ψ = L0×I + L1×(θr)，其中Ψ 是磁通链数，L0和L1是与电机结构有关的常数，θr 是转子位置角。
06 参考文献
参考文献
01
总结词
详细描述了PMSM的数学模型和等效电路模型，并给出了仿真结果和实
验结果。
02 03
详细描述
本文介绍了永磁同步电机的数学模型和等效电路模型，通过仿真和实验 验证了模型的准确性和有效性。该文还对PMSM的控制器设计进行了详 细讨论，为PMSM的控制提供了理论依据。
总结词
磁链方程描述了PMSM的磁通链数与转子位置角之间 的关系。
该方程反映了随着转子位置的变化，磁通链数的变化 情况。
转矩方程
转矩方程描述了PMSM的输出转矩与定子电流之间的关系。
转矩方程通常表示为：T = (P/2π)×(θr×Iq)，其中T是输出转矩，P是电机极对数，θr是转 子位置角，Iq是定子电流矢量中的直交分量。
永磁同步电机的发展趋势和挑战
发展趋势
随着技术的不断发展，永磁同步电机将朝着更高效率、更高可靠性、更小体积和更低成本的方向发展 。同时，随着智能制造和物联网技术的快速发展，永磁同步电机的智能化和网络化也将成为未来的发 展趋势。
挑战
尽管永磁同步电机具有许多优点，但在高温、高湿、高海拔等恶劣环境下运行时，仍存在一些挑战。 例如，高温会导致永磁材料性能下降，高湿会使电机腐蚀生锈，高海拔会使电机功率下降等。因此， 提高永磁同步电机的环境适应性是当前面临的重要问题之一。
《永磁同步电动机》课件
面临的挑战与解决方案
成本问题
随着高性能永磁材料价格的上涨，永磁同步电动机的成本 也随之增加。解决方案包括采用替代性材料、优化设计等 降低成本。
控制精度问题
在某些高精度应用场景中，永磁同步电动机的控制精度仍 需提高。解决方案包括采用先进的控制算法和传感器技术 提高控制精度。
可靠性问题
在高温、高湿等恶劣环境下，永磁同步电动机的可靠性可 能会受到影响。解决方案包括加强散热设计、提高材料耐 久性等提高可靠性。
总结词
风力发电系统中应用永磁同步电动机，具有 高效、可靠、低噪音等优点。
详细描述
风力发电系统需要能够在风能不稳定的情况 下高效、可靠运行的电机，永磁同步电动机 能够满足这些要求。其高效、可靠、低噪音 的特性使得风力发电系统在能源利用效率和
可靠性方面具有显著优势。
THANKS
感谢观看
工作原理
永磁同步电动机通过控制器调节电机电流，使电机转子与定子磁场保持同步， 从而实现电机的运转。其工作原理基于磁场定向控制和矢量控制技术。
种类与特点
种类
永磁同步电动机根据结构可分为 表面贴装式、内置式和无铁心式 等类型。
特点
永磁同步电动机具有效率高、节 能效果好、运行稳定、维护方便 等优点，广泛应用于工业自动化 、新能源、电动汽车等领域。
05
CATALOGUE
永磁同步电动机的发展趋势与挑战
技术发展趋势
高效能化
随着技术的不断进步，永磁同步电动机的效率和性能不断提升， 能够满足更多高效率、高负载的应用需求。
智能化
随着物联网、传感器等技术的发展，永磁同步电动机的智能化水平 不断提高，可以实现远程监控、故障诊断等功能。
紧凑化
为了适应空间受限的应用场景，永磁同步电动机的尺寸和重量不断 减小，同时保持高性能。
《永磁同步电机》课件
《永磁同步电机》 PPT课件
contents
目录
• 永磁同步电机概述 • 永磁同步电机的设计与优化 • 永磁同步电机的控制技术 • 永磁同步电机的应用实例 • 永磁同步电机的挑战与展望
01
永磁同步电机概述
定义与工作原理
定义
永磁同步电机是一种利用永久磁体产 生磁场，通过控制器对电机电流的精 确控制实现电机转子和定子磁场同步 运行的电动机。
电动汽车驱动系统
01
电动汽车驱动系统是永磁同步电机的重要应用领域之
一。
02
永磁同步电机具有高效、可靠、低噪音等优点，能够
提高电动汽车的续航里程和性能。
03
在电动汽车驱动系统中，永磁同步电机可以作为主驱
电机，提供动力输出，实现车辆的加速和减速控制。
工业自动化设备
工业自动化设备是永磁同步电 机的另一个重要应用领域。
内运行。
噪声与振动分析
03
对电机运行过程中的噪声和振动进行测试和分析，以评估其运
行平稳性。
03
永磁同步电机的控制技 术
控制策略
PID控制
传统的控制方法，通过 比例、积分、微分三个
参数调整电机性能。
模糊控制
基于模糊逻辑的方法， 处理不确定性和非线性
问题。
神经网络控制
模仿人脑神经元网络， 处理复杂的模式和预测
02
永磁同步电机的设计与 优化
电机设计
磁路设计
根据电机性能要求，选择合适的磁路结构，如径 向、轴向或横向磁路。
绕组设计
根据电机尺寸和功率要求，设计绕组的匝数、线 径和绕组方式。
冷却系统设计
为确保电机长时间稳定运行，需设计有效的冷却 系统，如风冷或水冷。
contents
目录
• 永磁同步电机概述 • 永磁同步电机的设计与优化 • 永磁同步电机的控制技术 • 永磁同步电机的应用实例 • 永磁同步电机的挑战与展望
01
永磁同步电机概述
定义与工作原理
定义
永磁同步电机是一种利用永久磁体产 生磁场，通过控制器对电机电流的精 确控制实现电机转子和定子磁场同步 运行的电动机。
电动汽车驱动系统
01
电动汽车驱动系统是永磁同步电机的重要应用领域之
一。
02
永磁同步电机具有高效、可靠、低噪音等优点，能够
提高电动汽车的续航里程和性能。
03
在电动汽车驱动系统中，永磁同步电机可以作为主驱
电机，提供动力输出，实现车辆的加速和减速控制。
工业自动化设备
工业自动化设备是永磁同步电 机的另一个重要应用领域。
内运行。
噪声与振动分析
03
对电机运行过程中的噪声和振动进行测试和分析，以评估其运
行平稳性。
03
永磁同步电机的控制技 术
控制策略
PID控制
传统的控制方法，通过 比例、积分、微分三个
参数调整电机性能。
模糊控制
基于模糊逻辑的方法， 处理不确定性和非线性
问题。
神经网络控制
模仿人脑神经元网络， 处理复杂的模式和预测
02
永磁同步电机的设计与 优化
电机设计
磁路设计
根据电机性能要求，选择合适的磁路结构，如径 向、轴向或横向磁路。
绕组设计
根据电机尺寸和功率要求，设计绕组的匝数、线 径和绕组方式。
冷却系统设计
为确保电机长时间稳定运行，需设计有效的冷却 系统，如风冷或水冷。
永磁同步电机工作原理精品PPT课件
3)转子无阻尼绕组。
永磁同步电动机在三相定子参考坐标系中的数学
模型可以表达如下：
定子电压：
us
Rsis
d s
dt
定子磁链： s
Lsis
e jr
f
电磁转矩：
Te
3 2
n
p
s
is
PMSM和BLDC电机的工作原理
永磁同步电动机在 以表达如下：
标系中的数学模型可
s s j定s子 电流：
is is jis定子磁链：
内容提要
PMSM和BLDC电机的特点 PMSM和BLDC电机的应用范围 PMSM和BLDC电机的结构 PMSM和BLDC电机的工作原理 PMSM和BLDC电机的控制策略 PMSM电机的FOC控制策略
PMSM和BLDC电机的特点
优点
（1）功率密度大； （2）功率因数高（气隙磁场主要或全部由转
能性。
PMSM和BLDC电机的应用范围
软、硬磁盘驱动器、录像机磁鼓（视频磁 头）和磁带伺服系统
体积小、容量小、控制精度高
机床、机器人等数控系统
快速性好、定位（速度和位置）精度高、 起动转矩大、过载能力强
PMSM和BLDC电机的应用范围
交通运输
电动自行车、电动汽车、混合动力车、 城轨车辆、机车牵引
Lq )id iq
PMSM和BLDC电机的工作原理
BLDC电机控制方式 （1）两两通电方式
每一瞬间有两个功率开关导通，每隔60度换相一次，
每次换相一个功率开关，每个功率开关导通120度电
角度。导通顺序为 VF1VF2、VF2VF3、VF3VF4、VF4VF5、VF5VF6、VF6VF1...
U1
PMSM和BLDC电机的结构
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
“弱磁”扩速。 径向式结构 切向式结构 混合式结构
2、内置径向式转子磁路结构
早期常用
3
4 N
1
S
应用较为广泛
2 1
3
N
4
S
SN
NS
SN
NS
S
S
N
N
(a)ห้องสมุดไป่ตู้
(b)
1—转轴 2—永磁体槽 3—永磁体 4—转子导条
2、内置径向式转子磁路结构
更大的永磁体空间 外转子结构
3
4
2
3
1
NN
4
S SN
S N
(c)
(d)
1—转轴 2—永磁体槽 3—永磁体 4—转子导条
2、内置混合式转子磁路结构
这类结构集中了径向式和切问式转子结构的优点， 但结构和制造工艺均较复杂，制造成本也比较高。图 (a)是由德国西门子公司发明的混合式转子磁路结构， 需采用非磁性转轴或采用隔磁铜套，主要应用于采用 剩磁密度较低的铁氧体永磁同步电动机。图(b)所示结 构近年来用得较多，也采用隔磁磁桥隔磁。这种结构 的径向部分永磁体磁化方向长度约是切向部分永磁体 磁化方向长度的一半。图(c)和(d)永磁体的径向部分与 切向部分的磁化方向长度相等，也采取隔磁磁桥隔磁。 但制造工艺却依次更复杂，转子冲片的机械强度也有 所下降。
1
3
N
N
4
S
S
2
1 N
S
3
N
4
S
S
S
N
N
S
S
N
N
(a)
(b)
1—转轴 2—空气隔磁槽 3—永磁体 4—转子导条
2、内置切向式转子磁路结构
这类结构的漏磁系数较大，并且需采用相应 的隔磁措施。电动机制造工艺相制造成本较径向 式结构有所增加。其优点在于一个极距下的磁通 由相临两个磁极并联提供，可得到更大的每极磁 通。尤其当电动机极数较多、径向式结构不能提 供足够的每极磁通时，这种结构的优势便显得更 为突出。此外，采用切向式转子结构的永磁同步 电动机的磁阻转矩在电动机总电磁转矩中的比例 可达40％，这对充分利用磁阻转矩，提高电动机 功率密度和扩展电动机的恒功率运行范围都是很 有利的。
S
S N S N
S N S
N
(c)
(d)
1—转轴 2—永磁体槽 3—永磁体 4—转子导条
2、内置径向式转子磁路结构
优点是漏磁系数小、转轴上不需采取 隔磁措施、极弧系数易于控制、转子冲片 机械强度高、安装永磁体后转子不易变形 等。
2、内置切向式转子磁路结构
优点：一个极距下的磁通由相临两个磁极并联 提供，可得到更大的每极磁通。
1、表面式转子磁路结构
插入式转子结构使用特点
这种结构可充分利用转子磁路的不对称性 所产生的磁阻转矩，提高电动机的功率密度， 动态性能较凸出式有所改善，制造工艺也较简 单，常被某些调速永磁同步电动机所采用。但 漏磁系数和制造成本都较凸出式大。
1、表面式转子磁路结构
总之，表面式转子磁路结构的制造工艺简 单、成本低，应用较为广泛，尤其适宜于矩形 波永磁同步电动机。但因转子表面无法安放起 动绕组，无异步起动能力，不能用于异步起动 永磁同步电动机。
1、表面式转子磁路结构
凸出式转子结构使用特点
具有结构简单、制造成本较低、转动惯量 小等优点，在矩形波永磁同步电动机和恒功率 运行范围不宽的正弦波永磁同步电动机中得到 了广泛应用。此外，表面凸出式转子结构中的 永磁磁极易于实现最优设计，使之成为能使电 动机气隙磁密波形趋近于正弦波的磁极形状， 可显著提高电动机乃至整个传动系统的性能。
一、永磁同步电动机的总体结构
永磁同步电动机也由定子、转子和端盖等部 件构成。定子与普通感应电动机基本相同， 也采用叠片结构以减小电动机运行时的铁耗。 转子铁心可以做成实心的，也可以用叠片叠 压而成。
永磁同步电动机横截面示意图
1 2 3 4
1—定子 2—永磁体 3—转轴 4—转子铁心
一、永磁同步电动机的总体结构
永磁同步电动机转子直轴磁路中永磁体的 磁导率很小，Xad较小，故一般Xad < Xaq。
分析时应注意其异于电励磁凸极同步电 动机的这一特点 。
二、永磁同步电动机的转子磁路结构
转子磁路结构不同，电动机的运行性能、控 制系统、制造工艺和适用场合也不同。按照 永磁体在转子上位置的不同，永磁同步电动 机的转子磁路结构一般可分为三种：表面式、 内置式和爪极式。
为减小电动机杂散损耗，定子绕组通常采 用星形接法。永磁同步电动机的气隙长度是一 个非常关键的尺寸，尽管它对这类电动机的无 功电流的影响不如对感应电动机那么敏感，但 是它对电动机的交、直轴电抗影响很大，进而 影响到电动机的其他性能。此外，气隙长度的 大小还对电动机的装配工艺和电动机的杂散损 耗有着较大的影响。
永磁同步电动机的转子磁路结构
1. 表面式转子磁路结构 2. 内置式转子磁路结构 3. 爪极式转子磁路结构 4. 隔磁措施
2、内置式转子磁路结构
永磁体位于转子内部，永磁体外表面与定子铁心内 圆之间有铁磁物质制成的极靴，极靴中可以放置铸铝 笼或铜条笼，起阻尼或(和)起动作用，动、稳态性能 好，广泛用于要求有异步起动能力或动态性能高的永 磁同步电动机。内置式转子内的永磁体受到极靴的保 护，其转子磁路结构的不对称性所产生的磁阻转矩也 有助于提高电动机的过载能力和功率密度，而且易于
2、内置混合式转子磁路结构
2
N 1
S
SN
NS
1 3
4
S 1
N
3
N S
N
N S
4
S
SN
NS
S
S
N
N
S N
(a)
(b)
1—转轴 2—永磁体槽 3—永磁体 4—转子导条
2、内置混合式转子磁路结构
2
3
2
3
N
N
N
4 1
NN NN
4
1
S
S
S
S
SS
S
SN
S
S
N N
NS S
N
SN
NS
SN
N S
S
SS
S
NN NN
二、永磁同步电动机的转子磁路结构
1. 表面式转子磁路结构 2. 内置式转子磁路结构 3. 爪极式转子磁路结构 4. 隔磁措施
1、表面式转子磁路结构
N
N
S
S
SN
NS
SN
NS
S N
(a)凸出式（隐极结构）
S N
(b)插入式（凸极结构）
1、表面式转子磁路结构
对采用稀土永磁的电机来说，由于永 磁材料的相对回复磁导率接近1，所以表 面凸出式转于在电磁性能上属于隐极转子 结构；而表面插入式转子的相邻两永磁磁 极间有着磁导率很大的铁磁材料，故在电 磁性能上属于凸极转子结构。
永磁同步电动机
主磁场方向不同：径向磁场式和轴向磁场式。
电枢绕组位置：内转子式（常规式）和外转 子式。
转子有无起动绕组：无起动绕组电动机（常 称为调速永磁同步电动机）和有起动绕组电 动机（常称为异步起动永磁同步电动机）。
供电电流波形：可分为矩形波永磁同步电动 机（简称为无刷直流电动机）和正弦波永磁 同步电动机（简称为永磁同步电动机）。
第二章 永磁电机 永磁电机的主要特点和应用 永磁直流电机 永磁同步电动机 永磁同步发电机
永磁同步电动机
一．永磁同步电动机的总体结构 二．永磁同步电动机的转子磁路结构
三．永磁同步电动机的稳态性能 四．永磁同步电动机的磁路分析与计算
五．永磁同步电动机的参数计算和分析
六．异步起动永磁同步电动机的起动过程
2、内置径向式转子磁路结构
早期常用
3
4 N
1
S
应用较为广泛
2 1
3
N
4
S
SN
NS
SN
NS
S
S
N
N
(a)ห้องสมุดไป่ตู้
(b)
1—转轴 2—永磁体槽 3—永磁体 4—转子导条
2、内置径向式转子磁路结构
更大的永磁体空间 外转子结构
3
4
2
3
1
NN
4
S SN
S N
(c)
(d)
1—转轴 2—永磁体槽 3—永磁体 4—转子导条
2、内置混合式转子磁路结构
这类结构集中了径向式和切问式转子结构的优点， 但结构和制造工艺均较复杂，制造成本也比较高。图 (a)是由德国西门子公司发明的混合式转子磁路结构， 需采用非磁性转轴或采用隔磁铜套，主要应用于采用 剩磁密度较低的铁氧体永磁同步电动机。图(b)所示结 构近年来用得较多，也采用隔磁磁桥隔磁。这种结构 的径向部分永磁体磁化方向长度约是切向部分永磁体 磁化方向长度的一半。图(c)和(d)永磁体的径向部分与 切向部分的磁化方向长度相等，也采取隔磁磁桥隔磁。 但制造工艺却依次更复杂，转子冲片的机械强度也有 所下降。
1
3
N
N
4
S
S
2
1 N
S
3
N
4
S
S
S
N
N
S
S
N
N
(a)
(b)
1—转轴 2—空气隔磁槽 3—永磁体 4—转子导条
2、内置切向式转子磁路结构
这类结构的漏磁系数较大，并且需采用相应 的隔磁措施。电动机制造工艺相制造成本较径向 式结构有所增加。其优点在于一个极距下的磁通 由相临两个磁极并联提供，可得到更大的每极磁 通。尤其当电动机极数较多、径向式结构不能提 供足够的每极磁通时，这种结构的优势便显得更 为突出。此外，采用切向式转子结构的永磁同步 电动机的磁阻转矩在电动机总电磁转矩中的比例 可达40％，这对充分利用磁阻转矩，提高电动机 功率密度和扩展电动机的恒功率运行范围都是很 有利的。
S
S N S N
S N S
N
(c)
(d)
1—转轴 2—永磁体槽 3—永磁体 4—转子导条
2、内置径向式转子磁路结构
优点是漏磁系数小、转轴上不需采取 隔磁措施、极弧系数易于控制、转子冲片 机械强度高、安装永磁体后转子不易变形 等。
2、内置切向式转子磁路结构
优点：一个极距下的磁通由相临两个磁极并联 提供，可得到更大的每极磁通。
1、表面式转子磁路结构
插入式转子结构使用特点
这种结构可充分利用转子磁路的不对称性 所产生的磁阻转矩，提高电动机的功率密度， 动态性能较凸出式有所改善，制造工艺也较简 单，常被某些调速永磁同步电动机所采用。但 漏磁系数和制造成本都较凸出式大。
1、表面式转子磁路结构
总之，表面式转子磁路结构的制造工艺简 单、成本低，应用较为广泛，尤其适宜于矩形 波永磁同步电动机。但因转子表面无法安放起 动绕组，无异步起动能力，不能用于异步起动 永磁同步电动机。
1、表面式转子磁路结构
凸出式转子结构使用特点
具有结构简单、制造成本较低、转动惯量 小等优点，在矩形波永磁同步电动机和恒功率 运行范围不宽的正弦波永磁同步电动机中得到 了广泛应用。此外，表面凸出式转子结构中的 永磁磁极易于实现最优设计，使之成为能使电 动机气隙磁密波形趋近于正弦波的磁极形状， 可显著提高电动机乃至整个传动系统的性能。
一、永磁同步电动机的总体结构
永磁同步电动机也由定子、转子和端盖等部 件构成。定子与普通感应电动机基本相同， 也采用叠片结构以减小电动机运行时的铁耗。 转子铁心可以做成实心的，也可以用叠片叠 压而成。
永磁同步电动机横截面示意图
1 2 3 4
1—定子 2—永磁体 3—转轴 4—转子铁心
一、永磁同步电动机的总体结构
永磁同步电动机转子直轴磁路中永磁体的 磁导率很小，Xad较小，故一般Xad < Xaq。
分析时应注意其异于电励磁凸极同步电 动机的这一特点 。
二、永磁同步电动机的转子磁路结构
转子磁路结构不同，电动机的运行性能、控 制系统、制造工艺和适用场合也不同。按照 永磁体在转子上位置的不同，永磁同步电动 机的转子磁路结构一般可分为三种：表面式、 内置式和爪极式。
为减小电动机杂散损耗，定子绕组通常采 用星形接法。永磁同步电动机的气隙长度是一 个非常关键的尺寸，尽管它对这类电动机的无 功电流的影响不如对感应电动机那么敏感，但 是它对电动机的交、直轴电抗影响很大，进而 影响到电动机的其他性能。此外，气隙长度的 大小还对电动机的装配工艺和电动机的杂散损 耗有着较大的影响。
永磁同步电动机的转子磁路结构
1. 表面式转子磁路结构 2. 内置式转子磁路结构 3. 爪极式转子磁路结构 4. 隔磁措施
2、内置式转子磁路结构
永磁体位于转子内部，永磁体外表面与定子铁心内 圆之间有铁磁物质制成的极靴，极靴中可以放置铸铝 笼或铜条笼，起阻尼或(和)起动作用，动、稳态性能 好，广泛用于要求有异步起动能力或动态性能高的永 磁同步电动机。内置式转子内的永磁体受到极靴的保 护，其转子磁路结构的不对称性所产生的磁阻转矩也 有助于提高电动机的过载能力和功率密度，而且易于
2、内置混合式转子磁路结构
2
N 1
S
SN
NS
1 3
4
S 1
N
3
N S
N
N S
4
S
SN
NS
S
S
N
N
S N
(a)
(b)
1—转轴 2—永磁体槽 3—永磁体 4—转子导条
2、内置混合式转子磁路结构
2
3
2
3
N
N
N
4 1
NN NN
4
1
S
S
S
S
SS
S
SN
S
S
N N
NS S
N
SN
NS
SN
N S
S
SS
S
NN NN
二、永磁同步电动机的转子磁路结构
1. 表面式转子磁路结构 2. 内置式转子磁路结构 3. 爪极式转子磁路结构 4. 隔磁措施
1、表面式转子磁路结构
N
N
S
S
SN
NS
SN
NS
S N
(a)凸出式（隐极结构）
S N
(b)插入式（凸极结构）
1、表面式转子磁路结构
对采用稀土永磁的电机来说，由于永 磁材料的相对回复磁导率接近1，所以表 面凸出式转于在电磁性能上属于隐极转子 结构；而表面插入式转子的相邻两永磁磁 极间有着磁导率很大的铁磁材料，故在电 磁性能上属于凸极转子结构。
永磁同步电动机
主磁场方向不同：径向磁场式和轴向磁场式。
电枢绕组位置：内转子式（常规式）和外转 子式。
转子有无起动绕组：无起动绕组电动机（常 称为调速永磁同步电动机）和有起动绕组电 动机（常称为异步起动永磁同步电动机）。
供电电流波形：可分为矩形波永磁同步电动 机（简称为无刷直流电动机）和正弦波永磁 同步电动机（简称为永磁同步电动机）。
第二章 永磁电机 永磁电机的主要特点和应用 永磁直流电机 永磁同步电动机 永磁同步发电机
永磁同步电动机
一．永磁同步电动机的总体结构 二．永磁同步电动机的转子磁路结构
三．永磁同步电动机的稳态性能 四．永磁同步电动机的磁路分析与计算
五．永磁同步电动机的参数计算和分析
六．异步起动永磁同步电动机的起动过程