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永磁同步发电机及仿真介绍-PPT课件

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《永磁同步电机》幻灯片PPT

《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

永磁同步电机简介 ppt课件

永磁同步电机简介 ppt课件
永磁同步电机简介
武琦 2016/9/12
1
（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
2
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；
4
永磁同步电机的分类
转子磁铁
定子绕组
5
• 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。
6
（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。
矢量控制系统原理结构图
10
（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
11
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。

永磁同步电机的模型和方法ppt课件

永磁同步电机的模型和方法ppt课件
标系上表示出来。将α 、 β 、o坐标放在定子上， α 轴与A相轴
线重合， β轴超前α 轴90度，在α 、 β 、o坐标系中的电压电流，
可以直接从A 、B、C三相坐标系中的电压电流通过简单的线性
变换可以得到。一个旋转矢量从A 、B、C三相定子坐标系变换
到α 、 β 、o坐标系成为3/2变换，有
• 经过变换后得到α 、 β 、o坐标系的电压方
围。
• 力矩平衡方程式为：
• − =



+
• 从上述分析可以看出在d 、q、0坐标系下的
数学模型简单的多，方便控制
• 根据电机的数学模型，可以将永磁同步电
机简化为如图所示的d，q轴模型。永磁同
步电机的转矩方程表示发电机的电磁转矩
可以通过控制定子电流的d，q轴分量进行
控制。
程为：
• α 、 β 、o坐标系的磁链方程为：
• 其中：Ld、Lq分别是同步电机直轴交轴电感；
为永磁极产生的与定子绕组交链的磁链
在α 、 β 、o坐标系中，经过线性变换使A 、
B、C三相坐标系中的电机数学模型方程得到一定
简化。针对内永磁同步电机，因为转子的直、交
轴的不对称而具有凸极效应，因此在α 、 β 、o
永磁同步发电机控制策略
• 永磁同步发电机常用的矢量控制策略有：
（1）isd=0 控制；
• （2）最大转矩电流比控制：
• （3）单位功率因数控制；
• （4）最小损耗控制等。
• 每种控制策略都有其优缺点，于是针对永
磁同步电机不同控制目标下的矢量控制策
略进行比较分析。
• 2.1 id=0电流控制
• id=0的控制称为磁场定向控制，这种控制

永磁同步电机介绍ppt课件

永磁同步电机介绍ppt课件
.
永磁同步电机的优点
一、同步电机的概念
1. 三相永磁同步电机转子由稀土永磁材料做成； 2. 永磁同步电机转子本身能产生固定方向的磁场； 3. 交流电定子旋转磁场“拖着”转子磁场（转子）转
动； 因此工作时转子的转速一定等于同步转速，也因此叫
做同步电机。
.
永磁同步电机的优点
二、同步电机的优点
1、效率高：
▪ 由于磁路系统的小型化，绕组亦趋小，从而减少了电机的铜 损和铁损，效率提高；
▪ 在转子上嵌人稀土永磁材料后，在正常工作时转子与定子磁 场同步运行，转子绕组无感生电流，不存在转子电阻和磁滞 损耗；
▪ 定子电流中无励磁电流分量，功率因数高，定子电流小，定 子侧铜损下降，提高了电机效率。
.
永磁同步电机的优点
.
电机使用的主要问题
三、电机选型
电机节能改造或新定制设备，电机选型应应避免上述问题：
1、选用高能效电机-一级能效或二级能效电机
淘汰三级（含）能效以下电机已逐步强制淘汰。 考虑到企业节能的需求和国家引导方向，应首选一级能效电机。
2、选择合理选择电机的功率
可先进行现场测试，取得测试报告后再选型。
3、合理的控制模式
二、同步电机的优点
2、功率因数高：
▪ 稀土永磁电机转子中无感应电流励磁，定子绕组呈现阻性负载，电 机的功率因数近于1；
▪ 减小了定子电流，进一步提高了电机的效率。 ▪ 同时功率因数的提高，提高了电网的品质因数，减少了输变电线路
的损耗，输变电容量也可降低，节省电网投资。
3、起动力矩大：
▪ 在需要大启动转矩的设备（如某倍捻机）中，可以用较小容量的稀 土永磁电机替代较大容量Y系列电机；
▪ 如用18.5kW 效能。

永磁同步电机简介PPT课件

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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

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

《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》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。

永磁同步电机PPT课件

永磁同步电机PPT课件

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
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）。
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
3、爪极式转子磁路结构
1—左法兰盘 2—圆环形永磁体 3—右法兰盘 4—非磁性转轴
3、爪极式转子磁路结构
左右法兰盘的爪数相同，且两者的爪极互相 错开，沿圆周均匀分布，永磁体轴向充磁，因 而左右法兰盎的爪极分别形成极性相异，相互 错开的永磁同步电动机的磁极。爪极式转子结 构永磁同步电动机的性能较低，又不具备异步 起动能力，但结构和工艺较为简单。
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。

永磁同步电机原理及其应用ppt课件

永磁同步电机原理及其应用ppt课件
医疗机械领域 传统高速旋转的整流子电机不仅缺点率高，且寿命短、噪声大、无法做消毒 处置。用电子换向无刷直流永磁电机可以极大的提高任务可靠性，降低噪 声，延伸寿命，是开发新一代医疗器械的关键。
永磁同步变频调速电机运用案例
家电行业领域 由于永磁电机在低运转时效率极高，可以有效的降低频繁启动的损耗，是实 现家电节能的较佳技术途径之一。
永磁同步电机相比交流异步电机优势
c、由于永磁同步电机功率因数高，这样相比异步电机其电机电流更小，相应 地电机的定子铜耗更小，效率也更高。
d、系统效率高：永磁电机参数，特别是功率因数，不受电机极数的影响， 因此便于设计成多极电机〔如可以100极以上〕，这样对于传统需求经过 减速箱来驱动负载电机，可以做成直接用永磁同步电机驱动的直驱系统， 从而省去了减速箱，提高了传动效率。
永磁同步变频调速电机运用案例
船舶电力推进领域 推进电机是船舶综合电力系统的重要组成部分、永磁同步推进电机具有体积 小、分量轻、效率高、噪声低、易于实现集中遥控、可靠性高、可维护性好 等优点，是船舶推进电机的理想选择。
永磁同步变频调速电机运用案例
挤出机领域 螺杆驱动电机是挤出机动力系统的重要组成部分、永磁同步电机具有体积 小、分量轻、效率高、噪声低、可靠性高、可维护性好等优点，是挤出机 驱动电机的理想选择。
永磁同步电机相比交流异步电机优势
5、体积小，功率密度大：
永磁同步变频调速电机体积小，功率密度大的优势，集中表达在驱动低速大 扭矩的负载时，一个是电机的极数的增多，电机体积可以减少。还有就是： 电机效率的增高，相应地损耗降低，电机温升减小，那么在采用一样绝缘等
级 的情况下，电机的体积可以设计的更小；电机构造的灵敏性，可以省去电机 内许多无效部分，如绕组端部，转子端环等，相应体积可以更小。

永磁同步电动机教材ppt课件

永磁同步电动机教材ppt课件

• 与异步电机不同，同步电机不能采用调理 转差的方法，只能调频调速。根据对频率 进展控制的不同方法，同步电机变频调速
系统可以分为它控式和自控式。当同步电
机定子电压频率由一个外部频率控制安装 进展控制时，称为他控方式。当同步电机
定子电压频率由其轴上位置传感器发出的 脉冲来控制变频安装的触发脉冲时，称为 自控方式。
2. 由永磁体来产生磁场 由于永磁资料的固有特性，它经过预先磁化[充磁]
以后，不再需求外加能量就能在其周围空间建立磁场。
• 与传统的电励磁电机相比，永磁电机，特别是 稀土永磁电机具有构造简单，运转可靠；体积 小，质量轻；损耗少，效率高；电机的外形和 尺寸可以灵敏多样等显著优点。因此运用范围 极为广泛，几乎普及航空航天、国防、工农业 消费和日常生活的各个领域。
在变频技术日新月异地开展的同时，交流电动机 控制技术获得了突破性进展。
1.2 感应电动机调速的根本方法
n 6 0 f1 (1 s)/P n n 0 (1 s)
• 感应电动机的调速方法分为变频调速、变极对 数调速和调转差率调速三种。
• 详细的说常见的根本种类有：①降电压调速； ②电磁转差离合器调速；③绕线转子感应电机 转子回路串电阻调速；④绕线转子感应电机串 级调速；⑤变极对数调速；⑥变压变频调速等。
永磁资料
永磁电机的性能、设计制造特点和 运用范围都与永磁资料的性能亲密相关。 永磁资料种类众多，性能差别很大。因 此，在研讨永磁电机之前，首先从设计 制造电机的需求出发，了解电机中最常 用的三种主要永磁资料〔铁氧体、铝镍 钴、钕铁硼〕的根本性能，包括磁性能、 物理性能，选用时的本卷须知。
永磁体的磁稳定性
• U 1 f1 常值。此时采用带低频定子电阻压降 补偿的恒电压频率比控制，其电压、频率关系 如图中曲线所示。假设电动机在不同转速下都 有额定电流，那么电机能在温升允许的情况下 长期运转，这时转矩根本上随磁通变化。由于 维持了气隙磁通恒定，电机将作恒转矩运转。

永磁同步电机简介PPT课件

永磁同步电机简介PPT课件
•12
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
•6
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。
•15
5. 永磁同步电机的发展趋势
（1）大功率，高转速，高转矩，高效率，质量轻 （2）轻型化，微型化，高功能化，专业化 （3）动力传动一体化的电机驱动系统 （4）高性能，高档永磁同步电机伺服系统
•16
•11
（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。
•3
永磁同步电机的分类
转子磁铁
定子Байду номын сангаас组
•4
• PMSM按转子永磁体的结构可分为两种 （1）表面贴装式（SM-PMSM）

永磁同步电机课件

永磁同步电机课件

通过集成传感器和智能化技术，实现 对电机运行状态的实时监测和故障诊 断，提高电机的可靠性和寿命。
先进控制算法
采用先进的控制算法和策略，实现电 机的快速响应、高精度控制和节能运 行。
应用拓展
新能源汽车
随着新能源汽车市场的不断扩大，永磁同步电机在电动汽车、混 合动力汽车等领域的应用越来越广泛。
工业自动化
可靠性
寿命
永磁同步电机的寿命较长，能够在恶劣的环境下稳定运行。
维护
永磁同步电机维护成本较低，因为其结构简单，部件较少。
05
永磁同步电机的优化设计
材料选择
01
02
03
永磁材料
选择具有高磁导率、高矫 顽力和高剩磁的永磁材料 ，如钕铁硼和钐钴等，以 提高电机的性能。
导磁材料
选用具有高磁导率和低损 耗的导磁材料，如硅钢片 和坡莫合金等，以降低电 机的铁损和涡流损耗。
保护等，以防止电机在异常情况下损坏。
04
控制器的设计需要考虑到电机的参数、控制算法、控 制精度和动态响应等因素，以确保电机能够高效、稳 定地运行。
驱动器
驱动器是永磁同步电机控制系统的执 行机构，负责将控制器发出的控制指 令转换为电机的实际运行状态。
驱动器的设计需要考虑到电机的参数 、驱动能力、效率、可靠性和安全性 等因素，以确保电机能够高效、稳定 地运行。
应用
永磁同步电机广泛应用于工业自 动化、电动汽车、风力发电等领 域，特别是在需要高效率、高转 矩密度和宽广调速范围的场合。
02
永磁同步电机的结构
定子
绕组
定子绕组是永磁同步电机中的重要组 成部分，通常由铜线绕制而成，其作 用是产生磁场。
铁芯
定子铁芯由硅钢片叠压而成，用于固 定和加强定子绕组，同时帮助集中磁 力线。

华中科技永磁同步电机课件-PPT

华中科技永磁同步电机课件-PPT
令实部、虚部分别相等，即可得
对 C3s 2s 求逆即可得到 C2s 3，s 即
1
ii i0
2 3
0
1
1 2 3 2 1
1 2
3
2
1
ia
ia
ib
C3s / 2s
ib
ic
ic
2 2 2
1
ia ib
C2s
3s
i i
1 2
ic
i0
1 2
0
3 2 3 2
1
i
• 六拍型供电的变频电路使电机定子磁势只有6个空间位置状态，定子旋转磁势是
一个步进式的旋转磁势，每一个定子磁势要对应于转子60°电角度的位置区域，可知，
力矩的脉动也就不可避免 。
FS
FR
T KFS Ff sinsf
4. 矢量控制思想的引入
S f Sf
KFS FR sins KFf FR sin f
fa fb fc 与 fS
一样，在空间也是一个按正 弦规律分布的量，因此也可 以表示成空间矢量:
当三相电流对称时， 三相合成磁势为
Fa
2N3
p
ia a
Fb
2N3
p
ibb
Fc
2N3
p
icc
FS
Fa Fb Fc
2N3
p
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➢ 凸极同步电机气隙不均匀，适合于中速或低速旋转场合 ➢ 隐极同步电机在不考虑齿槽效应时，气隙均匀，适合3 于
高速旋转
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机组配置 All a WEC needs …
失效－安全、自调节、空气冷却
磁钢 Magnets 铁芯叠片
Laminated core
绕组 Winding
风 Wind
外转子发电机: 大的外表面，利于散热
自然冷却, 不必使用强迫风冷
通风道 Cooling channel
转子 Rotor
定子 Stator
电 机 理 论 ：p=60f/n0 发 电机结 构 ：D=2P ‫ז‬ l2电机设计：PN=1/C*ND
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机组配置
电容和控制系统 Capacitor and control system
齿形带 Toothed belt
叶片 Rotor blade
变桨驱动 Pitch drive
皮带轮 Belt pulley
永磁同步发电机及仿真介绍
1) 一般性介绍（性能、结构、特点） 2) 数学模型及仿真模块 3) 仿真分析
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永磁风力发电机是一种同步发电机，与大电网中的发电机属 同一类型，所不同的是，它用永磁体替代普通发电机的励磁， 省去电刷滑环，结构简单可靠，同时也节约了励磁功率，提 高了发电机效率。随着风电机转速的变化，永磁风力发电机 所发电力的频率也是不断变化的，所以还必须用一台全功率 的变频器，将这些电能改变为恒频恒压的交流电，才能输入 电网。
长寿命变桨装置 采用齿形同步带
对冲击载荷的低敏感性
无需润滑
三个独立的交流变桨驱动电机
双层电容的后备电源，免维护
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机组配置 All a WEC needs …
高效的变流装置（变频）
智能的电网及设备保护 低的电网载荷 – 内置电网滤波 符合 EON-准则 能够抵御电网故障 发电机、塔架没有高频载荷 无需音频抑制器
永磁风力发电机的一般特点 1. 直驱永磁同步发电机 2. 稀土永磁电机 3. 复合励磁稀土永磁电机 4. 同步异步二次发电风电系统 5. 新型永磁无刷直流发电机 6. 浓缩风能型风力发电机
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永磁发电机具有以下显著特点：
1.体积小，重量轻 转子部分采用高磁场的永磁体取代电磁线圈，永磁体的体积要小得多，因此该发
直驱机组配置 All a WEC needs …
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(1) 叶轮 叶片 (2) 轮毂 (3) 变桨系统 (4) 发电机转子（外转子） (5) 发电机定子 (6) 偏航系统 (7) 风速风向采集系统 (8) 底板 (9) 塔架 (10) 提升机
(1) Rotor blade (2) Casted hub (3) Blade pitch system (4) Generator rotor (5) Generator stator (6) Yawing system (7) Wind measurement system (8) Machine base (9) Tower (10) Auxillary winch
电机的体积和重量要小于常规电励磁发电机。 2.效率高，节能效果显著
由于永磁体能产生恒定不变的磁场，这样就省去了励磁耗能，因此PMG系列单相永 磁同步发电机比常规电励磁发电机明显节约能量。 其效率能提高10—15%，燃 油消耗率降低20%，是一种节能产品。 3.电压波形质量好，适用于各种负载情况。
由于采用机电一体化技术，发电机在各种不同负载（包括感性和容性负载）情况下 都可使电压波形畸变率保持在较小的范围内。 4.电机过载能力强，适合于在恶劣环境下工作。
Efficient frequency converter
Intelligent electronics protect grid and device: Low grid-load – integrated grid filter Complies with new EON-directive Insensitive to grid failure No HF load of generator and tower No audio frequency suppressor required
电机的损耗小，温升低，过载能力强，更适合于在各种恶劣环境下工作。 5.无电刷，结构简单，可靠性高，使用寿命长。
无电刷和滑环，同时转子上既无线圈，也无电子元器件，转子上的永磁磁体和铁心 固定成为一个刚性整体，结构非常简单，其可靠性 和使用寿命都远优于常规的电励 磁发电机。 6.电磁干扰小，电磁兼容性好。
该机型采用了多种创新设计技术，与目前国际市场上现有的直接驱动机 型相比，具有以下优点： （1） 发电机效率高，变速范围宽（11rpm－20rpm）； （2） 无励磁损失； （3） 无碳刷和滑环，减少了维护量，提高了可利用率； （4） 发电机结构紧凑，尺寸小； （5） 变桨系统采用带传动，无需润滑，免维护； （6） 变桨系统采用无刷交流电机，电容作为后备电源，寿命长，免维护； （7） 变频装置采用经过验证的成熟技术，谐波分量低。 （8） 机舱结构设计采用了人性化设计方案，尽可能地方便运行人员检查维 修，在设计中加入爬升助力机构，使运行人员在 维护过程中攀登梯子时变 5 得格外轻松。
电机的电磁噪声极小，对通讯设备和电子仪器的干扰非常微小，其影响几乎可忽略 不计。
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直驱永磁风力发电机
1. 直驱永磁风力发电机取消了沉重的增速齿轮箱，发电机轴直接连 接到 风 机轴上，转子的转速随风速而改变，其交流电的频率也随之 变化，经过置于地面的大功率电力电子变换器，将频率不定的交流 电整流成直流电，再逆变成与电网同频率的交流电输出。国际先进 的无齿轮箱直驱风力发电机，多沿用低速多极永磁发电机，并使用 一台全功率变频器将频率变化的风电送入电网 . 2. 由于其被设计成在几乎所有的风况下都能获得较大的空气动力效 率，提高了捕捉风能的效率。试验表明，在平均风速6.7m/s时，变 速风电机要比恒速风电机多捕获15%的风能。同时，由于机舱重量 减轻和改善了传动系统各部件的受力状况，可使风机的支撑结构减 轻，基础等费用也可降低，运行维护费用也较低，这是一种很有发 展前途的技术，属于国际前沿先进项目。的总体设计方案，其优点如下： （1）由于传动系统部件的减少，提高了风力发电机组的可靠性和可利用率； （2）永磁发电技术及变速恒频技术的采用提高了风电机组的效率； （3）机械传动部件的减少降低了风力发电机组的噪音； （4）可靠性的提高降低了风力发电机组的运行维护成本； （5）机械传动部件的减少降低了机械损失，提高了整机效率； （6）利用变速恒频技术，可以进行无功补偿； （7）由于减少了部件数量，使整机的生产周期大大缩短。