低速永磁同步电动机的设计研究

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低速大转矩永磁同步电动机设计

和功率因数特性，有着异步电机无法比拟的优势。低速大转矩永磁同步电动机为取消减速机，实现低速大转矩直驱提供可能性。低速大转矩永磁同步电动机设计的关键是消除各种谐波引起的转矩脉动¨ 。本文研究低速大转矩永磁同步电动机设ｊ计的一般方法，并讨论如何消除各种谐波引起的
ｓａｃｅｅｒｈｄ．Ｉｒｅｏｅｉｎｔｏｑｅｆｃｕｔｏｔｌｗｐｅｎｏｄｒｔｌｍｉａｅｔｒｕｕｔａｉｎａｏｓｅｄ，ｔｅｍｅｓｒｓｓｃｓｆａｔｎｌｌｈａｕｅｕｈａｒｃｉａｏ
ＡｂｔａｔＣｏｉｇｗｉ５ＷｉｅｔｄｉｅＰＳｆｒｏｌｄａｕｍｐａｐｉａｉｎ，ａｕｓｒｃｍｂｎｔａ１ｋｄｒｃ — ｒｖＭＭｏｉｒｗｎｐｈ－ｐｌｃｔｏ — ｎｖｒａｔｏｆｄｓｇｉｇｌｗ－ｐｅｉｈｔｒｕＭＳａｄｉｏｒｌｔｖｒｂｅｒｅｉｅｓｌｍｅｈｄｏｅｉｎｎｏｓｅｄｈｇ－ｏｑｅＰＭｎｔｃｒｅａｉｅｐｏｌｍｓｗｅｅｒ・ｓ－
摘要结合一台１ｋ抽油机用直驱式永磁同步电动机，５Ｗ研究了低速大转矩永磁同步电动机的一般设计方法和相关问题；消除低速时的转矩脉动，用了分数槽绕组、为采合理设计极弧系数、定子斜槽等措施；Ａｓｆ软件对气隙磁密波形、用ｎｏｔ磁场分布、反电动势波形的仿真结果表明，这些措施可以有效消除气隙磁场的高次谐波，而消除低速时的转矩脉动；进实际样机的工作特性曲线及反电势波形表明的设计方法是正确有效的。关键词低速大转矩；永磁同步电动机；直驱；转矩脉动

永磁同步电动机的分析与设计

永磁同步电动机的分析与设计永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）是一种采用永磁材料作为励磁源的同步电机。

相较于传统的感应电机，永磁同步电机具有高效率、高功率因数、高转矩密度和高速控制响应等特点，因此在许多应用领域中得到广泛应用。

本文将介绍永磁同步电机的分析与设计内容。

首先，分析永磁同步电机的基本原理。

永磁同步电机由永磁铁和电磁绕组组成。

当绕组通电后，产生的磁场与永磁铁的磁场相互作用，使电机转子产生旋转力矩。

通过分析电机的磁动特性和电动力学特性，可以得到电机的数学模型和控制方程，为电机设计和控制提供理论依据。

其次，设计永磁同步电机的结构参数。

永磁同步电机的结构参数包括定子绕组的匝数、线圈的截面积和磁链密度等。

这些参数的选择将直接影响电机的性能，如转矩、效率和功率因数等。

通过优化设计，可以使电机在给定的体积和功率范围内获得最佳性能。

然后，进行永磁同步电机的电磁设计。

电磁设计包括计算电机的电磁参数，如磁链、磁势和磁密等。

在设计过程中，需要考虑电机的工作条件和负载要求，选择合适的磁路结构和电磁铁材料，以提高电机的效率和转矩密度。

接下来，进行永磁同步电机的电气设计。

电气设计包括计算电机的电气参数，如电压、电流和功率等。

通过分析电机的电气性能，可以确定电机的绕组参数和功率电路的参数，以满足电机的输出要求和电力系统的特性。

最后，进行永磁同步电机的控制设计。

控制设计是永磁同步电机应用中至关重要的一环。

通过采用合适的控制策略和控制器，可以实现电机的速度、位置和转矩精确控制，提高电机的动态响应和工作效率。

总之，永磁同步电机的分析与设计是实现高效电机控制的关键步骤。

通过对电机的原理分析、结构参数设计、电磁设计、电气设计和控制设计等方面的研究，可以实现电机的优化设计和性能优化，推动永磁同步电机技术在各个领域的应用发展。

基于MATLAB平台的低速永磁同步电动机设计

Ｏ引言
高性能低速永磁同步电动机是实现电梯无齿轮曳引技术的基础Ｊ电梯无齿轮曳引驱动系统。
力。它适用于专业技术人员自行编写各种工程设
计程序。
１低速永磁同步电动机的设计特点
低速永磁同步电动机的主要尺寸由驱动系统需要的最大转矩Ｔｍ和动态响应性能指标确定，取决于所选定的电磁负荷。在一般电磁式电动机中，所选定的磁负荷可以通过电激磁系统的设计来实
ｕ＇ｓｆｒｓｐｒｓｉｎｏｈｏｑｅｒｐｌｓａｏｓｅｄ，ｐｅｅｔｈｒｇａｌｏｕｐｅｓｏｆｔｅｔｒｕｐｅｔｌｗｐｅｅｉｒｓｎｓｔｅｐｏｒｍｍｉｇｍｅｈｄｎｔｏｓｏｈｏｕｅ — ｉｅｅｉｏｆｒｔｅｃｍｐｔｒａｄｄｄｓｇｆＰＭＳｕｉｇＭＡＴＬｎＭｓｎＡＢ，ｇｖｓｔｅｔｓｅｕｔｆｐｏｏｙｉｅｈｅｔｒｓｌｏｒｔｔｐｅｓｍｏｏ，ａｄｖｒｆｅｈｔｔｅｄｓｇｄａａｄｍｅｈｄａｅｃｒｅｔｔｒｎｅｉｓｔａｈｅｉｉｅｔｏｙｏｒｃ．ｉｎｎＫｅｒｓＰｅａｅｔｍａｎｔｓｎｈｏｏｓｍｏｏｙｗｏｄｍｒｎｎ — ｇｅｙｃｒｎｕｔｒ，ｌｗｐｅｏｓｅｄ，Ｍａｌｂ，ｄｓｇ．ｔａｅｉｎ
维普资讯
防爆电机
（ＸＰＯＩＥＬＳＯＮ—ＰＯＦＥＥＴＩＣＨＩＥ）ＲＯＬＣＲＣＭＡＮ
２００６年第６期第４卷（第１３期）ｌ总３

一种低压低速多支路永磁同步电动机设计

将定子绕组设计成多支路结构，再将这些支
路组成独立的对称绕组，对称布置在定子上，并
ｍｅｎｆｈｏｕｅ－ｉｅｉｎ．ｈｓｆｓｆｒｓａｓｏｅｃｍｐｔｒａｄｄｓｇＴｅＡｎｏｔｏｔｔｗａｅｗａａｐｉｄｔｎｌｚｎｉｌｔｈｗｏｄｍｅｓｏｄｌｐｌｏａａｙｅａｄｓｍｕａｅｔｅｔ — ｉｎｉｎｍｏｅｅ
极、相、支路低压低速兆瓦级多支路永磁同步３６
电机为例，说明此种电机的一般设计方法。１１结构特点．
ｓｅｄｓｎｈｏｏｓｍｏｏｔｌ — ａｎｔｒｎｈｗａｐｅｙｃｒｎｕｔｒｗｉｍｕｔｍｇｅｉｂａｃｓｈｉｃ
《电机技术》２１年第５・ｌ０１期ｌ・
理论与设计
和其转速之比或汁算转矩来决定的。功率和对转速一定的电机，其定子冲片
永磁电机的定子槽数为２８又因电机体积较８槽。大，使用成型线圈，将线圈的主绝缘需要在下线以前包扎好并进行浸烘处理，为了电机的嵌线方便，并保证其绝缘性能更加可靠，电机的槽型可没计为开ｕ槽，其槽型示意图如图３。
ＳｉｏｊｈｕｆＹ
ＴｉｌｎｇＮｏｍａｅｉｒｌＣｏｌｅｅｌｇ
摘要：出了一种低压低速多支路永磁同步电动提
机的设计方案。出了确定电机定、子尺寸、给转绕组安排和转子磁路结构的方法。通过计算机辅助设计，得出电机的设计方案，用Ａｎｏｔ应ｓｆ软件对电机进行二维建模仿

关于编制永磁低速同步电动机项目可行性研究报告编制说明

永磁低速同步电动机项目可行性研究报告编制单位：北京中投信德国际信息咨询有限公司编制时间：高级工程师：高建关于编制永磁低速同步电动机项目可行性研究报告编制说明（模版型）【立项批地融资招商】核心提示：1、本报告为模板形式，客户下载后，可根据报告内容说明，自行修改，补充上自己项目的数据内容，即可完成属于自己，高水准的一份可研报告，从此写报告不在求人。

2、客户可联系我公司，协助编写完成可研报告，可行性研究报告大纲（具体可跟据客户要求进行调整）编制单位：北京中投信德国际信息咨询有限公司专业撰写节能评估报告资金申请报告项目建议书商业计划书可行性研究报告目录第一章总论 (1)1.1项目概要 (1)1.1.1项目名称 (1)1.1.2项目建设单位 (1)1.1.3项目建设性质 (1)1.1.4项目建设地点 (1)1.1.5项目主管部门 (1)1.1.6项目投资规模 (2)1.1.7项目建设规模 (2)1.1.8项目资金来源 (3)1.1.9项目建设期限 (3)1.2项目建设单位介绍 (3)1.3编制依据 (3)1.4编制原则 (4)1.5研究范围 (5)1.6主要经济技术指标 (5)1.7综合评价 (6)第二章项目背景及必要性可行性分析 (7)2.1项目提出背景 (7)2.2本次建设项目发起缘由 (7)2.3项目建设必要性分析 (7)2.3.1促进我国永磁低速同步电动机产业快速发展的需要 (8)2.3.2加快当地高新技术产业发展的重要举措 (8)2.3.3满足我国的工业发展需求的需要 (8)2.3.4符合现行产业政策及清洁生产要求 (8)2.3.5提升企业竞争力水平，有助于企业长远战略发展的需要 (9)2.3.6增加就业带动相关产业链发展的需要 (9)2.3.7促进项目建设地经济发展进程的的需要 (10)2.4项目可行性分析 (10)2.4.1政策可行性 (10)2.4.2市场可行性 (10)2.4.3技术可行性 (11)2.4.4管理可行性 (11)2.4.5财务可行性 (12)2.5永磁低速同步电动机项目发展概况 (12)2.5.1已进行的调查研究项目及其成果 (12)2.5.2试验试制工作情况 (13)2.5.3厂址初勘和初步测量工作情况 (13)2.5.4永磁低速同步电动机项目建议书的编制、提出及审批过程 (13)2.6分析结论 (13)第三章行业市场分析 (15)3.1市场调查 (15)3.1.1拟建项目产出物用途调查 (15)3.1.2产品现有生产能力调查 (15)3.1.3产品产量及销售量调查 (16)3.1.4替代产品调查 (16)3.1.5产品价格调查 (16)3.1.6国外市场调查 (17)3.2市场预测 (17)3.2.1国内市场需求预测 (17)3.2.2产品出口或进口替代分析 (18)3.2.3价格预测 (18)3.3市场推销战略 (18)3.3.1推销方式 (19)3.3.2推销措施 (19)3.3.3促销价格制度 (19)3.3.4产品销售费用预测 (20)3.4产品方案和建设规模 (20)3.4.1产品方案 (20)3.4.2建设规模 (20)3.5产品销售收入预测 (21)3.6市场分析结论 (21)第四章项目建设条件 (22)4.1地理位置选择 (22)4.2区域投资环境 (23)4.2.1区域地理位置 (23)4.2.2区域概况 (23)4.2.3区域地理气候条件 (24)4.2.4区域交通运输条件 (24)4.2.5区域资源概况 (24)4.2.6区域经济建设 (25)4.3项目所在工业园区概况 (25)4.3.1基础设施建设 (25)4.3.2产业发展概况 (26)4.3.3园区发展方向 (27)4.4区域投资环境小结 (28)第五章总体建设方案 (29)5.1总图布置原则 (29)5.2土建方案 (29)5.2.1总体规划方案 (29)5.2.2土建工程方案 (30)5.3主要建设内容 (31)5.4工程管线布置方案 (32)5.4.1给排水 (32)5.4.2供电 (33)5.5道路设计 (35)5.6总图运输方案 (36)5.7土地利用情况 (36)5.7.1项目用地规划选址 (36)5.7.2用地规模及用地类型 (36)第六章产品方案 (38)6.1产品方案 (38)6.2产品性能优势 (38)6.3产品执行标准 (38)6.4产品生产规模确定 (38)6.5产品工艺流程 (39)6.5.1产品工艺方案选择 (39)6.5.2产品工艺流程 (39)6.6主要生产车间布置方案 (39)6.7总平面布置和运输 (40)6.7.1总平面布置原则 (40)6.7.2厂内外运输方案 (40)6.8仓储方案 (40)第七章原料供应及设备选型 (41)7.1主要原材料供应 (41)7.2主要设备选型 (41)7.2.1设备选型原则 (42)7.2.2主要设备明细 (43)第八章节约能源方案 (44)8.1本项目遵循的合理用能标准及节能设计规范 (44)8.2建设项目能源消耗种类和数量分析 (44)8.2.1能源消耗种类 (44)8.2.2能源消耗数量分析 (44)8.3项目所在地能源供应状况分析 (45)8.4主要能耗指标及分析 (45)8.4.1项目能耗分析 (45)8.4.2国家能耗指标 (46)8.5节能措施和节能效果分析 (46)8.5.1工业节能 (46)8.5.2电能计量及节能措施 (47)8.5.3节水措施 (47)8.5.4建筑节能 (48)8.5.5企业节能管理 (49)8.6结论 (49)第九章环境保护与消防措施 (50)9.1设计依据及原则 (50)9.1.1环境保护设计依据 (50)9.1.2设计原则 (50)9.2建设地环境条件 (51)9.3 项目建设和生产对环境的影响 (51)9.3.1 项目建设对环境的影响 (51)9.3.2 项目生产过程产生的污染物 (52)9.4 环境保护措施方案 (53)9.4.1 项目建设期环保措施 (53)9.4.2 项目运营期环保措施 (54)9.4.3环境管理与监测机构 (56)9.5绿化方案 (56)9.6消防措施 (56)9.6.1设计依据 (56)9.6.2防范措施 (57)9.6.3消防管理 (58)9.6.4消防设施及措施 (59)9.6.5消防措施的预期效果 (59)第十章劳动安全卫生 (60)10.1 编制依据 (60)10.2概况 (60)10.3 劳动安全 (60)10.3.1工程消防 (60)10.3.2防火防爆设计 (61)10.3.3电气安全与接地 (61)10.3.4设备防雷及接零保护 (61)10.3.5抗震设防措施 (62)10.4劳动卫生 (62)10.4.1工业卫生设施 (62)10.4.2防暑降温及冬季采暖 (63)10.4.3个人卫生 (63)10.4.4照明 (63)10.4.5噪声 (63)10.4.6防烫伤 (63)10.4.7个人防护 (64)10.4.8安全教育 (64)第十一章企业组织机构与劳动定员 (65)11.1组织机构 (65)11.2激励和约束机制 (65)11.3人力资源管理 (66)11.4劳动定员 (66)11.5福利待遇 (67)第十二章项目实施规划 (68)12.1建设工期的规划 (68)12.2 建设工期 (68)12.3实施进度安排 (68)第十三章投资估算与资金筹措 (69)13.1投资估算依据 (69)13.2建设投资估算 (69)13.3流动资金估算 (70)13.4资金筹措 (70)13.5项目投资总额 (70)13.6资金使用和管理 (73)第十四章财务及经济评价 (74)14.1总成本费用估算 (74)14.1.1基本数据的确立 (74)14.1.2产品成本 (75)14.1.3平均产品利润与销售税金 (76)14.2财务评价 (76)14.2.1项目投资回收期 (76)14.2.2项目投资利润率 (77)14.2.3不确定性分析 (77)14.3综合效益评价结论 (80)第十五章风险分析及规避 (82)15.1项目风险因素 (82)15.1.1不可抗力因素风险 (82)15.1.2技术风险 (82)15.1.3市场风险 (82)15.1.4资金管理风险 (83)15.2风险规避对策 (83)15.2.1不可抗力因素风险规避对策 (83)15.2.2技术风险规避对策 (83)15.2.3市场风险规避对策 (83)15.2.4资金管理风险规避对策 (84)第十六章招标方案 (85)16.1招标管理 (85)16.2招标依据 (85)16.3招标范围 (85)16.4招标方式 (86)16.5招标程序 (86)16.6评标程序 (87)16.7发放中标通知书 (87)16.8招投标书面情况报告备案 (87)16.9合同备案 (87)第十七章结论与建议 (89)17.1结论 (89)17.2建议 (89)附表 (90)附表1 销售收入预测表 (90)附表2 总成本表 (91)附表3 外购原材料表 (93)附表4 外购燃料及动力费表 (94)附表5 工资及福利表 (96)附表6 利润与利润分配表 (97)附表7 固定资产折旧费用表 (98)附表8 无形资产及递延资产摊销表 (99)附表9 流动资金估算表 (100)附表10 资产负债表 (102)附表11 资本金现金流量表 (103)附表12 财务计划现金流量表 (105)附表13 项目投资现金量表 (107)附表14 借款偿还计划表 (109) (113)第一章总论总论作为可行性研究报告的首章，要综合叙述研究报告中各章节的主要问题和研究结论，并对项目的可行与否提出最终建议，为可行性研究的审批提供方便。

永磁同步电动机设计关键技术与方法研究

2017年第24卷第7期技术与市场技术研发永磁同步电动机设计关键技术与方法研究曹敏(深圳市安托山特种机械有限公司，广东深圳518000)摘要：永磁同步电动机在节能方面有着非常高效的特征，在国防方面，航空航天方面、工业以及农业的生产方面等应用广泛。

传统的永磁同步电动机的设计方式以及在技术上的分析方式，已不适应当前先进技术及研发技术的发展要求，所以，也需要利用一些更加科学更加现代化的计算方式来进行技术与方法的创新。

对永磁同步电动机在当前的发展以及设计方式等进行了分析和研究。

关键词：永磁同步电动机；设计关键技术；方法doi：10. 3969/j.issn.1006 - 8554. 2017.07.0801永磁同步电动机的发展概况永磁电动机的发展是与永磁材料的发展相同步的，有着非常密切的关系。

永磁材料的技术性能以及价格，在很大的程度上决定了永磁电动机的使用性能。

永磁材料的发展之初，出现了碳钢、钨钢、钴钢等很多种的材料。

20世纪30年代开始，铝钴磁钢等材料的出现，让永磁电动机有了真正意义上的使用价值，并且得到了很快的发展。

20世纪50年代，出现了铁氧体永磁材料，并且因为其本身的价格比较便宜，一些比较小型的电动机都开始应用到了永磁体励磁，也就使得永磁电动机在一些视听设备、家用电器、医用设备、办公用品等多方面都有了非常广泛的应用。

但是，因为以上两种永磁材料都在本身的性能上有着一定程度的缺陷，在剩磁密度等方面都有着一定的缺点，在永磁电动机的使用过程中会受到一定的限制。

这种情况直到在20世纪60年代的稀土永磁材料问世之后被改变，并且让永磁电动机进人到了一个全新的发展阶段。

钐钴永磁是最早进行开发的一种稀土永磁，但是因为钐、钴等材料都是属于稀有金属，在价格上比较贵，在实际的应用过程中有一定的困难，在最初进行研究的时候主要是应用在一些航空航天以及以及一些不需要考虑价格因素的方面。

而第三代稀土永磁，也就是钕铁硼的出现，给永磁电动机的发展带来了很有益的作用。

空调压缩机用永磁同步电动机的研究

空调压缩机用永磁同步电动机的研究摘要:本文主要研究了空调压缩机用永磁同步电动机的关键技术，涵盖了永磁同步电动机的概述、空调压缩机应用背景、空调压缩机用永磁同步电动机优点、永磁材料的选择和应用、电动机的电磁设计、冷却技术的研究、控制策略与调速系统、系统仿真与实验验证、性能分析与优化以及应用前景与挑战等方面。

通过对这些方面的研究，我们得出了许多有意义的结论，为永磁同步电动机在空调压缩机领域的应用提供了重要的理论依据和技术支持。

关键词：永磁同步电动机; 空调压缩机; 性能引言随着市场对压缩机成本和能效要求的不断提高，空调压缩机的提效需求已经成为一个重要的研究课题。

永磁同步电动机作为一种高效、节能的电机，其在空调压缩机领域的应用前景广阔。

本文主要针对空调压缩机用永磁同步电动机展开研究，对提高空调压缩机的效率具有重要意义。

1永磁同步电动机概述永磁同步电动机是一种利用永磁体提供的永磁转矩进行驱动的高效同步电动机。

其转子结构通常包括永磁体和转子铁芯[1]。

其工作原理是将永磁体置于电动机的转子铁芯上，当定子绕组通电时，产生的磁场与永磁体的磁场相互作用，产生旋转力矩，驱动电机旋转。

由于使用了永磁体，该电机具有较高的功率密度和效率，同时具有较低的能耗。

永磁同步电动机具有高效、节能、调速范围宽及体积小、重量轻等优点，因此，在许多领域得到广泛应用[2]。

2 空调压缩机应用背景空调压缩机是空调系统中的核心部件，随着人们对空调能耗和噪音的要求越来越高，对于压缩机的要求也同步提高，电机作为压缩机的关键部件，其性能的提升是压缩机提效的一种重要措施。

而永磁同步电动机具有结构简单、运行可靠、体积小、重量轻、损耗少、效率高等显著优点，因此将永磁同步电动机应用于空调压缩机中可以显著提高空调系统的性能[3]。

3 空调压缩机用永磁同步电动机优点(1) 高效：由于该电动机的转子无激励电流，所以其工作效率比一般的三相交流变频电动机要高。

在速度调节区间， PMSM的平均效率也比较高，特别是在低速状态下[4]。

自起动低速大转矩永磁同步电动机的设计分析

自起动低速大转矩永磁同步电动机的设计分析摘要:现在有很多场合需要用到低速大转矩的驱动电机,直驱式电机相比传统驱动电机具有显著的优点。

依照低速大转矩自起动永磁同步电动机的技术要求初步设计了一种电机,介绍了该电机的基本结构,计算了电机的主要参数,并利用ANSYS、MATLAB软件,采用时步有限元法进行了仿真计算,并对仿真结果进行了一定的分析。

关键词:低速自起动永磁同步电动机设计分析随着科学技术的发展,越来越多的场合需要用到低速大转矩的驱动装置,普通电机转速较高,在日常应用中需辅助一定的减速机构,这既降低了效率,又造成设备上的浪费。

文献[5]提出根据pn=60f,在频率确定情况下,增加电机的极对数可大幅度地降低转速,同时输出较大转矩,这种电机可用于低速直接传动,能够省齿轮箱等笨重的减速机构,因此具有很好的应用前景。

本文提出的多极永磁同步电动机,在极对数数倍于普通电机的情况下,铁芯槽数并不提高太多,与极数接近,提高了电机的单位体积出力。

从文献[1]可知本电机的结构和设计方法均与传统电机有很多不同之处,与传统的永磁同步电动机相比,其显著的特点有:多极的磁路安排,绕组分配特殊;电机重量减轻,电机体积小,具有高功率密度(单位体积所产生的转矩大);具有自起动能力。

文章给出了设计方案,介绍了该电机的结构,然后给出了电机时步有限元仿真结果,并对仿真结果进行一定的分析研究,最后提出了设计的不足之处和需要改进的地方。

1 电机的基本设计方案1.1 模型机规格此电机的极数为30,定子槽数为36,由于极槽数接近,与传统交流电机的一个极下有3相绕组的结构形式有较大差别,每极每相槽数为分数,即2/5。

电机永磁体嵌放于转子侧,采用内置切向式结构。

电机的主要尺寸是依照Y400-6系列电机的规格作为参考确定的。

永磁同步电动机为减小过大的杂散损耗,降低电动机的振动与噪声和便于电动机的装配,其气隙长度?一般要比同规格的感应电动机的气隙大。

基于扩展卡尔曼滤波的永磁同步电动机低速研究

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基于扩展卡尔曼滤波的永磁同步电动机低速研究
丁宇汉，焦振宏，百军，孙郑勇
０引言
永磁同步电动机由于本身的许多优点比如结构简单、转矩／惯性大、功率密度大、效率高、维护容易等，被广泛应用于数控机床、航空航天、机器人等高精度控制系统。在永磁同步电动机控制系统中，１１矢量控制的使用，使得能够模拟直流电动机一样对永磁同步电机进行控制，而获得较高的调速性从能。高性能控制系统一般都需要高精度的位置传感器，这些传感器的价格较贵。通常使用光电编码器在一个旋转周期发出固定的脉冲数，过计算通
ｂｓｄｏｘｅｄｄＫａｍａｌｒｗｓｐｏｏｅｓｉｔｈｎｔｎａｅｕｐｅｎｏｄｔｒｕ．Ｔｉｓａｅａｅｅａｅｎｅｔｎｅｌｎｆｔａｒｐｓｄｔｅｔｉｅｏｍａｅｔｅｉｓｔｎｏｓｓｅｄａｄｌａｑｅｈｓｔｔｇｃｎｇｔｒ — ａｏｒｙａ — ｉｒｃｓｏｏｏｉｏｌｔｍｅｐｅｉｅｒｔｒｐｓｉｎ．ｓｅｄａｄｌａｏｑｅｅｅｎｅｏｄｔｎｏｓｎｏａｃｒｃｎｏｅ．Ｂｓｎｓｉｔｐｅｎｏｄｔｒｕｖｎｕｄｒｃｎｉｏｆｕｉｇｌｗ— ｃｕａｙｅｃｄｒｙｕｉｇｅｔｉ — ｍａｅｏｉｏｎｐｅｎａｉｇｅｔｔｄｌａｏｑｅａｅｄｆｒｒｏｅｓｔｎｏＩｃｎｒｌｒｔｅｃｎｒｌｐｒｔｄｐｓｉｎａｄｓｅｄａｄｔｋｎｓｍａｅｏｄｔｒｕｓｆｅ－ｏｗａｄｃｍｐｎａｉｆＰｏｔｌ，ｈｏｔｅ — ｔｉｏｏｅｏｆｒｎｅｃｎｂｍｐｏｅｒａｌ．ｏｓｄｒｇｔａｎｒｉｈｎｅｈｄｇｅｔｉｆｕｎｅｏｈｂｅｖｒｔｅｒｃｒｉｅｌａｔｏｍａｃａｅｉｒｖｄｇｅｔＣｎｉｅｎｈｔｉｅｔｃａｇａａｎｅｃｎｔｅｏｓｒｅ，ｈｅｕｓｅｓｙｉａｒｌｖｓｕｒｓｍｅｈｄｗｓｕｅｏｉｅｔｙｔｅｉｅｔｉｈｃｎｂｓｄｔｒｖｈｏｕｔｅｓｏｅｏｓｒｅ．Ｓｍｕａｉｎｒ — ｑａｅｔｏａｓｄｔｎｉｎｒｉｗｈｃａｅｕｅｏｉｏｅｔｅｒｂｓｎｓｆｈｂｅｖｒｉｌｔｅｄｆｈａｍｐｔｏｓｈｅｆｈｆｃｉｅｅｓｏｒｐｓｄｓｈｍｅｕｓｖｒｙｔｅｅｆｔｎｓｆｐｏｏｅｃｅ．ｉｅｖＫｅｒｓｐｎｎｎｇｅｙｃｒｎｕｔｒｌｗ－ｐｅｏｔｌｅｔｎｅｌｎｆｔｒｒｃｒｉｅｌａｔｓｕｒｓｙｗｏｄ：ｅｍａｅｔｍａｎｔｓｎｈｏｏｓｍｏｏ；ｏｓｅｄｃｎｒ；ｘｅｄｄＫａｍａｌ；ｅｕｓｅｓｑａｅｏｉｅｖ

永磁同步电动机调速控制系统的设计和研究的开题报告

永磁同步电动机调速控制系统的设计和研究的开题报告
一、选题背景与意义
随着现代智能制造技术的不断进步，电动机已成为广泛应用于工业生产领域的重要设备。

其中，永磁同步电动机凭借其高效、精度高、动态响应快等优势，已逐渐成为电力驱动系统中的重要位置，因此对其调速控制系统进行深入研究，对于提高永磁同步电动机的应用水平，具有十分重要的意义。

二、研究内容和方法
本课题的研究内容主要是永磁同步电动机调速控制系统的设计与研究。

首先，需要对永磁同步电动机的电气特性进行深入分析，并选择合适的控制算法，以实现永磁同步电动机的高效、快速、准确的调速控制。

其次，需要设计电源模块、控制模块及驱动模块，搭建出具有良好性能的永磁同步电动机调速控制系统。

最后，需要通过各种测试和实验验证调速控制系统的性能及可靠性等方面，确保其具有良好的工程应用价值。

三、预期目标及意义
本课题旨在实现永磁同步电动机调速控制系统的设计及研究，重点探究永磁同步电动机的永磁实现方式、调速控制及应用等方面，提高永磁同步电动机的运行效率和系统稳定性。

通过本课题的研究，可为工业自动化及动力系统领域的发展与应用提供依据，具有很强的理论及实践应用性。

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P6cos ( 6ω 1 t) + … ( 3)
1 PMSM 谐波转矩产生的原因
本设计是针对现代高性能电梯开展的 ,因此对电梯的平层精度、对乘客的舒适感、对减小驱动电机的振动和噪声 ,尤其对低速甚至在接近零转速时驱动电机运转的平稳性均有高的要求。为此 ,必须尽可能减小转矩的脉动。
转矩的区域主要在永磁体两侧的拐角处 , 而不是整个永磁体。转子每转过一个齿距 λ 后 ,两侧产生的脉动转矩之和即构成了齿槽转矩 , 如图 3 所示。可以看出这是一个周期函数 ,其基波分量的波长等于定子齿距。
(a) 剖面图
(b) 定子齿槽与永磁体
图2 面装式 PMSM 一个极下的物理模型
Im7 ( Em1 + Em13) + Im11 ( Em5 + Em17) + …]
式中 :Ω 是转子的机械角速度。将式 ( 2) ～ ( 5) 代入式 ( 6) 得 Tem ( t ) = T0 + T6cos ( 6ω 1 t ) + T12 cos ( 12ω 1 t) +
T18cos ( 18ω 1 t) + … ( 7)
电力电子技术、钕铁硼永磁材料 , 以及具有快速运算能力的信号处理器 DSP 的发展 , 为永磁同步电动机带来新的契机。现代电梯所用的低速无齿轮永磁同步电动机就是一种新的曳引技术。转子上的位置传感器 ,实时给出转子位置信息 , 在专用变频器供电下 ,始终实时控制定子电流综合矢量在 q 轴上 , 从而使 PMSM 获得与直流电动机一样优良的转矩特性。为了获得准确的平层精度 ,电动机必须在极低的转速甚至接近零转速时 , 保持运转平稳 , 且振动小 , 噪声低。低速平稳性是宽调速永磁同步电动机一个重要的技术指标 ,因此对电动机设计带来严格要求。
写成矩阵形式 ,有
Em7 Em13 + Em1 Em19 - Em5 Em25 - Em11 Em11 Em17 - Em5 Em23 - Em1 Em29 - Em7 Im1 Im5 Im7 Im11 ( 8)
从上述分析可见 , 次数相同的感应电动势谐波和电流谐波相互作用产生平均转矩 , 不同次数谐波电动势和电流间相互作用将产生脉动频率为基波频率 6 倍次的纹波转矩 ,各纹波转矩的幅值与感应电动势和电流的波形畸变程度有关。图 1 形象地说明在给定感应电动势和电流波形下 ,产生纹波转矩的情况。
T0 T6 T12 T18 = Em1 Em7 - Em5 3 2Ω Em13 - Em11 Em19 - Em17 Em5 Em11 - Em1 Em17 - Em7 Em23 - Em13
3 [I (E - Em17) + Im5 ( Em23 - Em13) + 2Ω m1 m19
Im7 ( Em25 - Em11 ) + Im11 ( Em29 - Em7) + …]
收稿日期 :2001 07 31
同理 ,B 相和 C 相的电磁功率为 2 2 π ) + P4cos4(ω π ) + eB ( t ) iB ( t ) = P0 + P2cos2 (ω 1t 1t 3 3 2 π ) + … (4) P6cos6(ω 1t 3 4 4 π ) + P4cos4(ω π ) + eC ( t) i C ( t) = P0 + P2cos2(ω 1t 1t 3 3 4 π ) + … ( 5) P6cos6 (ω 1t 3
Abstract : This paper introduces and analyzes the reasons and corresponding countermeasures of torque fluctuation in gearless perma2 nent magnet synchronous motor ( PMSM) which is applied in elevator. Prototype motor has been assembled in elevator , and results of exami2 nation proved the correctness of design philosophy. Keywords : permanent magnet synchronous motor with low speed ; elevator ; ripple torque ; alveolus torque
26
微特电机 2001 年第 6 期
电磁转矩为
Tem =
1 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) () Ω[ eA t iA t + eB t iB t + eC t iC t ] 6
T6 =
3 [ I ( E - Em5) + Im5 ( Em11 - Em1 ) + 2Ω m1 m7
( Shanghai Jiaotong University ,Shanghai 200030 ,China)
摘要 : 详细介绍和分析了用于电梯的无齿轮低速永磁同步电动机 ( 以下简称 PMSM) 产生转矩波动的原因和消除转矩波动的种种对策。样机已经装梯试验 , 试验结果证明了设计思想的正确性。关键词 : 低速永磁同步电动机 ; 电梯 ; 纹波转矩 ; 齿槽转矩中图分类号 :TM35 文献标识码 :A 文章编号 :1004 - 7018( 2001) 06 - 0026 - 03
图6 电梯用 PMSM 组装试验照片图5 电动机的转矩 - 电流的关系 (1r/ min)
设计分析
低速永磁同步电动机的设计研究
肖杭 , 金敏捷 , 谭娃 , 金如麟 , 董隆予 , 方凯
( 上海交通大学 , 上海 200030)
Design Study of Permanent Magnet Synchronous Motor with Low Speed
XIAO Hang , J IN Min - Jie , TAN Fu - wa , J IN L u - lin , DONG Long - yu , FANG Kai
为产生恒定转矩 , PMSM 的感应电动势和电流应为正弦波。但在实际电动机中 ,永磁转子的励磁磁场或定子绕组的空间分布都不是理想的正弦波 ,此外给定子供电的变频装置 ,虽已采用了快速电流跟踪控制技术 ,尽可能跟踪正弦波 , 但定子电流还不免含有高次谐波。因感应电势和定子电流波形畸变所产生的谐波转矩称为纹波转矩。而因定子齿槽的存在引起的脉动转矩 ,称为齿槽转矩。以下分析上述两种谐波转矩产生的原因并讨论减小谐波转矩的措施。 1 . 1 纹波转矩产生的原因以下定量分析磁场定向控制 PMSM 的纹波转矩。假定 : ( 1) 磁路不饱和 ,忽略交轴电枢反应的影响 ; ( 2) 不考虑转子永磁钢和转子铁心的阻尼效应 ; ( 3 ) 定子绕组三相对称 , 连接型式为 Y 型无中线 ,定子电流中不含 3 次和 3 次倍数的谐波 , 定子电流中亦不含偶次谐波。可将 A 相电流和感应电动势表达如下 : i A ( t ) = Im1 sin (ω 1 t ) + Im5 sin ( 5ω 1 t) +
图1 波纹转矩的产生
当系统运行在高速区 ,或采用外转子方案时 ,纹波转矩可能被转子惯量所吸收。但当电梯运行在极低的速度 ,它会使转子速度发生波动 ,严重影确度。我们在设计时 ,应充分重 2 . 1 减小纹波转矩的措施视 ,尽量减少纹波转矩。为了减小纹波转矩 , 则应该尽可能减小感应电动 1 . 2 齿槽转矩产生的原因齿槽效应是由永磁钢与定子齿间作用力的切向分势和定子电流的谐波 ,我们在设计中采用了下列措施 : (1) 尽可能增大每极每相槽数 q , 以削弱感应电量所构成。齿槽转矩会降低电梯平层精度 , 尤其在低速时更严重 ,它还会带来振动和噪声。图 2 展示了面动势的高次谐波。因本次设计均系低速电机 , 极数一装式 PMSM 在一个极下的物理模型。当转子旋转时 , 般较多 , 为提高绕组占槽面积 , 一般不易采用太多槽处于永磁体极中心线中间部分的定子齿与永磁体间的数 , 故我们采用了分数槽绕组 , 可提高等效的整数槽绕。这一方面对削弱感应电动势的磁导几乎不变 ,因此这些定子齿周围的磁场也基本不组每极每相槽数 q′ 变 ,而与永磁体的侧面 A 和 B 对应的由一个或两个定高次谐波是有利的 ; 另一方面 , 由于采用分数槽绕组 , 子齿所构成的一小段封闭区域内 ,磁导变化却很大 ,引每极下定子槽数不等 , 这对减小 PMSM 的定位力矩也起磁场储能变化 , 从而产生齿槽力矩。因此产生齿槽是有利的。定位力矩是永磁电动机在绕组不通电时所
Im7 sin ( 7ω 1 t) + … eA ( t ) = Em1 sin (ω 1 t ) + Em3 sin ( 3ω 1 t) + Em5 sin ( 5ω 1 t ) + Em7 sin ( 7ω 1 t ) + … ( 2) ( 1)
式中 :ω1 为基波角频率 , 稳态时 , 它是转子电角频率。 A 相的电磁功率为 ( eA t ) i A ( t ) = P0 + P2cos ( 2ω 1 t ) + P4 cos ( 4ω 1 t) +
低速永磁同步电动机的设计研究 27
2 减小谐波转矩的措施
呈现的特征 ,该力矩力图使电动机转子定位于某一位体 ,都可以有效地抑制 PMSM 的定位力矩。置。定位力矩主要是由转子中的永磁体与定子开槽的 3结论相互影响而产生的。 (2) 定子绕组选择适合的短距比 β, 以削弱感应根据上述设计思想 ,研制的 9. 5kW 低速 PMSM ,已电动势和磁动势的谐波。必要时还可以采用正弦绕组成功经历了实验室的全部试验 ,即便在 1r/ min ( 相当电的设计。源频率 f = 0. 167Hz) 时仍能平稳运行 , 且保持着优良 (3) 应使定子电流尽可能逼近理想的正弦波。目的线性转矩特性 , 如图 5 所示。图 6 系机组组装试验前的变频装置 ,均使定子电流快速跟踪正弦参考值 ,所照片。样机并已成功地应用于国内某著名电梯公司试以定子电流中低次谐波含量已不大 , 而是含有较高次验电梯上 ,具有体积小、重量轻、效率高、功率因数高、的谐波分量 ,但次数愈高 , 其幅值愈低 , 由此而产生的转矩大、转矩脉动小、振动小、噪声小的优点 ,并使电梯高频转矩波动 ,极易被转子滤去。平层精度显著提高。 ( 4) 尽可能选择合适的磁极形状与尺寸 , 从而使转子励磁磁场的波形尽可能按正弦分布。 2 . 2 减小齿槽转矩的措施为了减小齿槽转矩 ,本设计采用了下列措施 : ( 1) 在不影响定子嵌线的前提下 , 尽可能选择小的槽口宽度 ; 或采用磁性槽楔 ,以降低定子槽开口引起的气隙磁导变化或采用无槽定子结构。 ( 2) 在不影响磁钢利用率的情况下 , 尽可能增大气隙的尺寸。 ( 3) 定子斜槽 ,斜一个齿距 ,可消除所有齿槽转矩谐波 ,而对基波影响不大。但定子斜槽一般会影响导体占槽面积 ,从而使铜耗增大。 (4) 亦可采用转子磁极斜极的方式。对于面装式的磁钢结构 ,可以直接采用磁钢扭斜的工艺。而对于插入式的磁钢结构 ,因工艺因素 ,只能采用如图 4 所示的磁极连续移位的斜极方式。