三相永磁同步电动机变频调速系统设计

永磁同步电动机的电磁设计与分析摘要永磁同步电动机（PMSM）是一种新型电机，永磁同步电动机具有结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高等优点，和直流电机相比，它没有直流电机的换向器和电刷等缺点。

和异步电动机相比，它由于不需要无功励磁电流，因而具有效率高，功率因数高，转矩惯量大，定子电流和定子电阻损耗小等特点。

本文主要介绍永磁同步电动机（PMSM）的发展背景和前景、工作原理、发展趋势，以异步起动永磁同步电动机为例，详细介绍了永磁同步电动机的电磁设计，主要包括额定数据和技术要求，主要尺寸，永磁体计算，定转子冲片设计，绕组计算，磁路计算，参数计算，工作特性计算，起动性能计算，还列举了相应的算例。

还通过Ansoft软件的Rmxprt模块对永磁同步电动机了性能分析，得出了效率、功率、转矩的特性曲线，并且分别改变了电机的三个参数，得出这些参数对电机性能的影响。

又通过Ansoft软件Maxwell 2D的瞬态模块对电机进行了仿真，对电机进行了磁场分布计算，求出了电流、转矩曲线和电机的磁力线、磁通密度分布图。

关键词永磁同步电动机；电磁设计；性能分析The design of Permanent-MagnetSynchronous MotorAbstractPMSM (Permanent-Magnet Synchronous Motor) is a new type of motor, which has the advantages of simple structure, small volume, light weight, low loss, high efficiency. Compared with the DC motor, it has no DC motor commutator and brush. Compared with the asynchronous motor, because it does not require no power excitation current, It has the advantages of high efficiency, high power factor, large moment of inertia, stator current and small stator resistance loss .The paper mainly introduces the PMSM's development background and foreground, working principle, development trend, taking asynchronous start permanent magnet synchronous motor as an example, it introduces in detail the electromagnetic design of PMSM, that mainly includes the rated data and technical requirements, main dimensions, permanent magnet calculation, rotor and stator punching, winding calculation, magnet circuit calculation, parameters calculation, performance calculation, calculation of starting performance , and also lists the revevant examples. We aslo can analyse the performance of PMSM through the Rmxprt module of Ansoft software and conclude that the characteristic curve of efficiency, power, torque. By changing two parameters of the motor, I get the optimal scheme of the motor. Through transient module of Ansoft software Maxwell 2D to simulate the motor parameters, the magnetic field distribution of the motor is calculated, I can be obtained the curves of the current and the torque, the distribution of magnetic line of force and the distribution of magnetic flux density.Keywords PMSM; Motor design; Performance analysis目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (4)1.1 课题背景 (4)1.2 永磁电机发展趋势 (5)1.3 本文研究主要内容 (6)第2章永磁同步电动机的原理 (7)永磁材料 (7)2.1.1 永磁材料的概念和性能 (7)2.1.2 钕铁硼永磁材料 (8)永磁同步电动机的基本电磁关系 (9)2.2.1 转速和气隙磁场有关系数 (9)2.2.2 感应电动势和向量图 (10)2.2.3 交直轴电抗及电磁转矩 (12)小结 (13)第3章永磁同步电动机的电磁设计 (14)3.1 永磁同步电机本体设计 (14)3.1.1 永磁同步电动机的额定数据和主要性能指标 (14)3.1.2 定子冲片和气隙长度的确定以及定子绕组的设计 (15)3.1.3 转子铁心的设计 (16)永磁同步电动机本体设计示例 (18)3.2.1 额定数据及主要尺寸........................................ 错误!未定义书签。

2022 年永磁耦合与调速驱动器从美国引进我国，在美国已大量应用于冶金、石化、采矿、发电、水泥、纸浆、海运、军舰等行业，国内现在应用案例主要有浙江嘉兴电厂，山东海化自备热电厂, 华电东华电厂, 华能南京电厂, 中石化北京燕山石化, 枣庄煤业集团蒋庄煤矿等大型企业集团。

永磁磁力驱动技术首先由美国 MagnaDrive 公司在 1999 年获得了突破性的发展。

该驱动方式与传统的同步式永磁磁力驱动技术有很大的区别，其主要的贡献是将永磁驱动技术的应用大大拓宽。

它不解决密封的问题，但是它解决了旋转负载系统的对中、软启动、减震、调速、及过载保护等问题，并且使永磁磁力驱动的传动效率大大提高，可达到 98.5%。

目前，由 MagnaDrive 公司和美国西北能效协会组成专门小组对该技术设备进行商业化推广。

由于该技术创新，使人们对节能概念有了全新的认识。

在短短的几年中， MagnaDrive 获得了很大的发展，现已经渗透到各行各业，在全球已超过 6000 套设备投入运行。

永磁磁力耦合调速驱动(PMD)是通过铜导体和永磁体之间的气隙实现由电动机到负载的转矩传输。

该技术实现了在驱动(电动机)和被驱动(负载)侧没有机械链接。

其工作原理是一端希有金属氧化物硼铁钕永磁体和另一端感应磁场相互作用产生转矩，通过调节永磁体和导体之间的气隙就可以控制传递的转矩，从而实现负载速度调节。

由下图所示， PMD 主要由导体转子、永磁转子和控制器三部份组成。

导体转子固定在电动机轴上，永磁转子固定在负载转轴上，导体转子和永磁转子之间有间隙(称为气隙)。

这样电动机和负载由原来的硬(机械)链接转变为软(磁)链接，通过调节永磁体和导体之间的气隙就可实现负载轴上的输出转矩变化，从而实现负载转速变化。

由上面的分析可以知道，通过调整气隙可以获得可调整的、可控制的、可以重复的负载转速。

磁感应原理是通过磁体和导体之间的相对运动产生。

也就是说， PMD 的输出转速始终都比输入转速小，转速差称为滑差。

同步电动机启动原理与励磁系统分析摘要：对于同步电动机而言，它的起动方法有好几种，例如：辅助电动机起动法、变频起动法和异步起动法。

而异步起动法就是同步电动机在转子上装有类似感应电动机笼型绕组的起动绕组（即阻尼绕组），电动机转子由磁极冲片叠片而成的磁极、圆筒磁轭等组成，磁极设有横、纵阻尼绕组。

当电动机接通电源后，便能产生异步转矩起动电动机到接近同步转速，然后设法将电动机牵入同步。

大多数同步电动机都是采用此方法起动的。

本文对同步电动机启动原理与励磁系统进行分析，以供参考。

关键词：同步机；启运原理；励磁分析引言压缩空气储能（Ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ-Ａｉｒ-Ｅｎｅｒｇｙ-Ｓｔｏｒａｇｅ，ＣＡＥＳ）是一种具有储能容量大、使用周期长、响应速度快等优点的大规模储能技术方案，同时较电池储能更加安全可靠，较抽水蓄能不那么依赖于地理环境，近年来引起国内外大型企业及研究机构的高度关注，国内也相继建成多个集成示范项目。

其中压缩空气储能环节，因为压缩机空气流量及出口压力一般都比常规压缩机要大很多，及在项目装机容量和建设规模的要求，所以一般选择大型同步电动机作为压缩机的驱动。

同时，同步电动机也以其优异的功角特性及良好的性能在动力拖动中有着广泛的应用。

1永磁同步电动机控制方法简述永磁同步电动机控制方法主要采用变频调速方法。

交流电动机的变频调速系统主要控制形式分为开环控制和闭环控制。

比较2种控制方式，因永磁同步电动机在开环控制方式下无法将电机转子位置信号和电机运行的实际速度信号作为实时反馈信号，易出现电机运行失步和突然停车等问题，从而造成永磁同步电动机退磁故障，所以开环控制的变频调速系统并不适用于永磁同步电动机。

为精确得到电机的转子位置信息和电机运行速度信息，实现永磁同步电动机的闭环控制，目前主要采用的方法是在电机的转轴上安装高精度的传感器。

其中，电梯行业常见的传感器主要为光电编码器来检测电机的转子位置信息和电机转速。

FOC控制是一种使用变频器来控制三相交流电机的技术。

作者简介： 吴亚麟（９３一 ， 福建福州人， １ ５ ）男， 副教授， 研究方向： 变流技术与控制技术 ， 稀土永磁电机设计开发与应用， ｍ ｉｗｌｌ ６ Ｅ ａ ：ｙｚ ｌ ｆ＠１３
的， 无需 励磁 电流 和励 磁损 耗 ， 同步 转 速运 行 转 子
在 电力 拖 动 系统 中采 用 调速 措 施 可 以提 高 节 能 效果 ， 例如 直 流 电动 机 调速 、 流 电动 机 变极 调 交 速 或变 频调 速 ， 有 采 用 机 械传 动 结 构 变速 等 ， 还 但 是 机械 传动 结构 变 速 和变 极 调 速 属 于有 级 的 调速 方 式 ， 流 电动机 虽 然 具 有较 好 的调 速 性 能 ， 直 但存 在换 向火 花 的缺 点 ， 制 了调 速 的 容 量 和 应 用 环 限 境， 而变频 调 速 是 一 种 高 效 节 能 型 的无 级 调 速 方
３ ％左 右 ， ０ 而且 在 中 、 轻载 运行 时 ， 土永磁 同 步 稀
电动机仍具 有较 高 的效率 和功率 因数 特点 ， 决 了 解
抽 油机配 用异 步电动 机 出现 “ 马拉 小 车 ” 造成 大 而
稀 能源浪费的现象。该项 目 ２０ 年通过福建省级 系统 相媲美 ， 土永磁 电动 机变 频调 速要 比异步 电 于 ０２ ％ 因此 ， 土永 稀 科技成 果鉴 定 （ 闽科鉴 字 ［０２ 第 ３ ２０ ］ ２号 ） 近 年来 动机变 频 调速 节 能 效 果 高 ５ 以上 ， ， 大批 量生产 投放 在各 油 田推 广应用 。 磁调速 同步 电动 机 （ 以下简 称 “ 速 Ｒ Ｐ Ｓ ） 调 Ｅ Ｍ Ｍ” 在 电动 机 及其 驱 动 系统 的耗 电量 约 占工业 用 电 水 泵 、 风机 、 电梯 设 备 和轨 道 交 通 系 统等 得 到 广 泛 总量 的三分 之二左 右 ，０６年 国际 电工 委员会 ＩＣ ２０ Ｅ 的应用 。文 中介 绍 基 于矢 量 控 制 变频 调 速 的 ６极 制定 了 ＩＣ ０ ３ ３ Ｅ ６ ０ ４— ０电动机 新 标 准 ， 目的在 于 ５ ５ｋ 调 速 Ｒ Ｐ Ｍ 的 设 计 、 制 与 试 验 ， 分 其 ． Ｗ Ｅ ＭＳ 试 并 淘汰低效 率 电动机 ， 开发 与应用 高效 率和超 高效 率 析技 术性 能 和 经济 指 标 （ 课 题 列入 福 州市 ２ ０ 本 ０８ 电动 机 ， 国 在 Ｎ ＭＡ高 效 电机 的基 础 上 又 制 定 美 Ｅ 年 高校科 技计 划基 金项 目） 。 了新 Ｎ ＭＡ 高效 标 准 ， 效 率 指 标 再 提 高 ２ 一 Ｅ 把 ％ ．ｋ Ｅ ＭＳ ３ ， ％ 在我 国“ 十一五 ” 划 的节 能 工程 中涉及 到 更 １ ６极 ５ ５ Ｗ 调 速 Ｒ Ｐ Ｍ 的设 计 规 本课 题 ６极 ５ ５ｋ 调速 Ｒ Ｐ Ｓ 是在 Ｙ系 ． Ｗ ＥＭＭ 新 和淘 汰低效率 电动 机及 高耗 电设 备 ， 推广 高效节 ３ 图 能电动机、 稀土永磁电动机、 高效传动系统等 ， 列异 步 电动机 １ ２机 座上设 计 的 ， １所示 为结 构 所以

永磁同步电动机矢量控制模型的设计与仿真交流调速理论包括矢量控制和直接转矩控制。

1971年，由F．Blaschke 提出的矢量控制理论第一次使交流电机控制理论获得了质的飞跃。

矢量控制采用了矢量变换的方法，通过把交流电机的磁通与转矩的控制解耦使交流电机的控制类似于直流电动机。

矢量控制方法在实现过程中需要复杂的坐标变换，而且对电机的参数依赖性较大。

直接转矩控制是1985年Depenbrock教授在研究异步电机控制方法时提出的。

该方法是在定子坐标系下分析交流电机的数学模型，强调对电机的转矩进行直接控制，对转矩进行砰一砰控制，无需解耦，省掉了矢量旋转变换计算。

控制定子磁链而不是转子磁链，不受转子参数变化的影响，但不可避免地产生转矩脉动，低速性能较差，调速范围受到限制。

而且由于它对实时性要求高、计算量大，对控制系统微处理器的性能要求也较高。

矢量控制的基本思想是在普通的三相交流电动机上设法模拟直流电动机转矩控制的规律，在磁场定向坐标上，将电流矢量分解成为产生磁通的励磁电流分量和产生转矩的转矩电流分量，并使得两个分量互相垂直，彼此独立，然后分别进行调节。

这样交流电动机的转矩控制，从原理和特性上就和直流电动机相似了。

控制策略的选择上是PID控制，传统的数字PID控制是一种技术成熟、应用最为广泛的控制算法，其结构简单，调节方便。

1 永磁同步电机的数学模型1.1 永磁同步电机系统的结构永磁同步电机的基本组成：定子绕组、转子、机体。

定子绕组通过三相交流电，产生与电源频率同步的旋转磁场。

转子是用永磁材料做成的永磁体，它在定子绕组产生的旋转磁场的作用下，开始旋转。

1.2 坐标变换坐标变换，从数学角度看，就是将方程中原来的一组变量，用一组新的变量来代替。

线性变换是指这种新旧变量之间存在线性关系。

电动机中用到的坐标变换都是线性变换。

在永磁同步电机中存在两种坐标系，一种是固定在定子上的它相对我们是静止的，即：α,β 坐标系，它的方向和定子三相绕组的位置相对固定，它的方向定位于定子绕组 A 相的产生磁势的方向，另一种是固定在转子上的旋转坐标系，我们通常称之为 d,q 坐标，其中 d 轴跟单磁极的 N 极方向相同，即和磁力线的方向相同，q 轴超前 d 轴 90 度下图所示。

永磁同步发电机矢量控制系统设计Design of Vector Control System of PMSG学 院：专 业 班 级：学 号：学 生 姓 名：指 导 教 师： （教授）2012年 6月摘要在永磁同步发电机应用在发电系统中，存在着一些问题。

由于无转子励磁电流，所以转子磁场存在着不可控性，也就是说，永磁同步发电机的输出电流和输出电压存在着不可控性。

为解决上述问题，提出了利用三相桥式有源逆变电路的控制策略，并基于AT89C51单片机为核心，介绍了三相桥式逆变器的控制单元电路、各种检测保护电路、IGBT驱动电路和软件控制的设计原理与设计过程，应用PWM控制技术和永磁同步电机的矢量控制方法，基于三相电压型逆变电路的工作原理，运用PWM技术使输出电压、电流接近正弦波。

逆变器采用89C51单片机及单相PWM集成电路SA4828后，控制电路大为简化、器件减少，结构紧凑、降低了成本，提高了可靠性。

并通过编程来有效的控制永磁同步发电机的输出电压及输出电流。

通过调试运行取得了比较理想的结果。

关键字：永磁同步发电机；三相桥式逆变电路；PWM；单片机；矢量控制AbstractThere is still some problem remaining to be solved when permanent magnet synchronous generator applies in system. Because of No rotor exciter current, rotor field is uncontrollable, which means the output current and voltage of permanent magnet synchronous generator is uncontrollable. In order to solve the aforementioned problem, someone has come up with this device called three-phase bridge which has a function of reverse current, and uses AT89C51 SCM as a core, three-phase bridge type inverter is introduced. Its Control unit circuit, all kinds of test protection circuit, IGBT driver circuit and the design principle and procedure of the software control, which unitizes PMW control technology and the vector control method of permanent-magnet synchronous motor, based on the working principle of the three phase bridge inverter circuit, applies PMW technology to enable output voltage, make current close to Sine wave. After 89C51 SCM and Single-phase PWM integrated circuit SA4828 of the converter is applied, the control circuit has been simplified essentially, component has been reduced, the cost is lowered, and more reliability is ensured. What's more, controlled by programming technology has effectively controlled the output voltage and output current of the permanent magnet synchronous generator. A satisfactory result is obtained by adjusting the setting.Keywords: PMSG; DSP; adaptive control; direct torque control目录摘要 (I)Abstract ......................................................................................................................... I I 第1章绪论 .. (1)1.1 研究背景、目的和意义 (1)1.2 课题国内外研究现状及趋势 (2)1.3 论文的主要研究内容 (5)1.4 本论文的结构安排 (5)第2章理论分析和论述 (6)2.1 永磁同步发电机数学模型和矢量分析 (6)2.2 矢量控制技术 (9)2.3 IGBT的工作原理 (11)2.4 三相逆变桥电路及其控制 (13)2.5 PWM控制技术 (17)2.6 89C51单片机介绍 (19)2.7 SA4828芯片介绍 (23)第3章硬件电路设计 (26)3.1 永磁同步发电机基本控制电路 (26)3.2 单片机外围电路 (26)3.3 检测电路的设计 (28)第4章永磁同步发电机控制系统的软件设计 (29)4.1 控制器主程序设计 (30)4.2 控制系统子程序设计 (31)第5章结论 (33)参考文献 (34)致谢 (35)第1章绪论1.1 研究背景、目的和意义工业自动化技术和装备设计多个学科领域，其中所应用的计算机相当于人的大脑，负责对信息进行数值计算、逻辑推理、决策判断，并发出控制指令。

子绕组漏抗压降得U1 E1，即只要维持 U1 f1 常数（恒电压频率比）既可维持气隙磁通恒定。
1. 基频下列调速
• 当感应电机在低频时，定子电动势 E1 较小，定
子电阻压降旳影响不能忽视，必须有意抬高 U1
而对定子电阻压降加以补偿， 才干近似维持
1. 基频下列调速
• 要保持气隙磁通 Φm 额定不变，必须采用恒电 动势频率比旳控制方式，即变频过程中须维持
E1 f1 常值。但定子电动势为内部量，难以直 接测量、控制。
• 根据感应电机定子电压方程式
U1 E1 I1Z1 E1 I1(R1 jX1 ) • 可知，当频率较高，电动势较大时，可忽视定
1．表面凸出式 构造简朴、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 功率运营范围不宽旳正弦波永磁同步电动机中 得到了广泛应用。另外，表面凸出式转子构造 中旳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旳磁极形 状，可明显提升电动机乃至整个传动系统旳性 能。
永磁同步电动机旳总体构造
1. 高效永磁同步电动机构造示意图
l－转轴 2－轴承 3－端差 4－定子绕组 5－机座 6－定子铁心 7－转子铁心 8－永磁体 9－起动笼 10—风扇 11—风罩
永磁直流无刷电动机构造示意图
l－转轴 2－前端差 3－螺钉 4－调整垫片 5－轴承 6－定子组件 7－永磁转子组件 8－位置传感器转子 9－后端差 10—位置传感器定子
• 详细旳说常见旳基本种类有：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。
感应电动机调速旳基本措施
• 按照交流感应电动机旳基本原理，从定子 传入转子旳电磁功率 Pem 可分为两部分：一 部分是拖动负载旳有效功率 Pmech (1 s)Pem， 即机械功率；另一部分是转差功率 PS sPem ， 与转差率成正比。从能量转换旳角度看， 转差功率是否增大，是消耗掉还是得到回 收，显然是评价调速系统效率高下旳一种 标志。从这点出发，能够把感应电机旳调 速系统提成三类。

正弦波PMSM属于自控式、无刷结构同步电动机
10.1.2 正弦波PMSM的结构特点与矩角特性
表面永磁同步电动机 内置式永磁同步电动机 1. 正弦波表面永磁PMSM
图10.2 表面永磁同步电动机的结构
A、表面永磁同步电动机的特点：
永磁体粘接到转子铁心表面，转子转速低； 有效气隙较大，则同步电抗小，电枢反应小；
根据式（10-6）以及结构特点，得正弦波表面永磁PMSM的控制方案如下：
当 0时,单位电枢电流所产生的电磁转矩也最大。因此， （基速）以下，正弦波表面永磁PMSM多采用 0的控制方式，以 获得恒转矩性质的调速特性。 在额定转速（基速）以上，表面永磁同步电动机可以工作在弱磁 调速范围内,但因 电枢反应以及同步电抗较小,弱磁调速范围较窄.
由图可见，随着转速的增加，椭圆将收缩。
10.1.5 正弦波PMSM调速系统的组成
图10.14 一种典型的正弦波永磁同步电动机调
用途： 高性能伺服系统，如数控机床、机器人、载人飞船等； 家用电器，如高档洗衣机、变频空调、电动自行车等 类型：无刷永磁直流电动机是一种典型的机电一体化电机。
对表面永磁同步电动机, f =常数,当保持内功率因数角 固定不变,通过控制定子绕组相电流的幅值便可以调整表面永磁
PMSM的电磁转矩。 完当全相 同 0(见（图亦1即0.8E)E.0故0与自Ia 控同式相正）弦时波,上表式面与永直磁流PM电S机M的有转时矩也特称性为 无刷直流电动机.
图10.8 正弦波表面永磁同步电动机的相量图(当 0 时）
第10章 三相永磁同步电动机 的建模与分析
内容简介：
涉及下列两类永磁同步电动机基本运行原理、电磁过程、数学模型及运行特性 正弦波永磁同步电动机 梯形波永磁同步电动机（永磁无刷直流电动机）

任务5 通用变频器控制 永磁同步电动机
使用变频器控制永磁同步电机注意事项
1.永磁同步电动机的标称功率是额定频率下（我国 一般标注50Hz）的功率，而电动机的调频范围一般要大 于额定频率，当电动机运行在大于额定频率区间时，电 动机轴侧的输出功率要大于标称功率值，因此选择传动 变频器时，应考虑电动机的运行频率范围。 2.变频器压频比参数应符合电动机要求，特别是调频 范围比较宽、最终转速比较高的同步电动机。
任务5 通用变频器控制 永磁同步电动机
知识点：永磁同步电动机
型 号 FTY 180-4 转子材料 永磁铁氧体 电压/频率 220V/50Hz 最大频率 85Hz 标称功率 180W 标称电流 1.8A 最大转速 2550rpm
任务5 通用变频器控制 永磁同步电动机
同步电动机是转子的转速始终与定子旋转 磁场转速相同的一类电动机。 永磁同步电动机的转子使用永磁材料，目 前多使用铷铁硼等稀土材料。 ——稀土永磁同步电动机
永磁同步电动机的标称功率是额定频率下我国一永磁同步电动机的标称功率是额定频率下我国一般标注般标注50hz50hz的功率而电动机的调频范围一般要大于的功率而电动机的调频范围一般要大于额定频率当电动机运行在大于额定频率区间时电动额定频率当电动机运行在大于额定频率区间时电动机轴侧的输出功率要大于标称功率值机轴侧的输出功率要大于标称功率值因此选择传动变因此选择传动变频器时应考虑电动机的运行频率范围频器时应考虑电动机的运行频率范围
任务5 通用变频器控制 永磁同步电动机
800W稀土永 磁同步电动机 SYGT53-6与 相应的三相异 步电动机Y536损耗分配和 效率的比较
任务5 通用变频器控制 永磁同步电动机
控制精度高，调速范围宽
同步电动机的变频器控制系统无需采用闭环控 制，就可保证电动机的转速精度达到0.1~0.01%。 如果采用高精度变频器，在开环控制的情况下，就 能达到 0.01% 的调速精度，且调速范围可达100%。

电动自行车永磁同步电机矢量控制调速策略的设计江剑峰;曹中圣;杨喜军;雷淮刚【摘要】电动自行车(E-Bike)传动系统的发展日益强调节能降耗和优良调速性能.采用矢量控制的电动自行车永磁同步电机(PMSM)变频调速策略,相比无刷直流电机的120°或180°导通调制策略,具有转矩脉动小、机械噪声低等优点.在描述电动自行车传动系统结构基础上,描述了电动自行车转子磁链定向PMSM矢量调速、单零矢量开关损耗最小空间矢量脉宽调制( SVPWM)、三相定子电流重构的基本原理,在利用MATLAB/Simulink仿真分析后,设计了基于单片机uPD78F1213的实际系统,试验结果表明上述设计方案是可行的,具有良好的性能价格比.【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2011(038)006【总页数】5页(P21-25)【关键词】电动自行车;永磁同步电机;矢量控制;电流重构【作者】江剑峰;曹中圣;杨喜军;雷淮刚【作者单位】上海交通大学电气工程系,上海200240;上海交通大学电气工程系,上海200240;上海交通大学电气工程系,上海200240;上海大学自动化系,上海200072【正文语种】中文【中图分类】TM301.2:TM3510 引言作为一种清洁环保的交通工具，电动自行车(E-Bike)因其生产和使用方面具有许多优点，市场前景非常广阔。

目前为止，E-Bike的电动机大都采用永磁无刷直流电动机(Brushless DC Motor，BLDCM)，这种电动机的反馈装置和控制结构都比较简单，生产成本也较低。

但是定子电流和气隙磁通为方波或梯形波，带来了转矩脉动大的固有不足，特别是低速时，脉动更加明显，静音效果差。

E-Bike量大面广，由蓄电池供电，要求其传动系统具有更高的效率。

基于以上考虑，可以采用基于矢量控制的永磁同步电动机(Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM)代替 BLDCM，可以克服以上问题。

永磁调速装置与变频器调速的对比摘要：本文从调速原理、技术特点、寿命周期、改造费用等四个方面对永磁调速装置与变频调速进行了综合比较。

结果表明，永磁调速装置相对于变频器调速具有可靠性高、使用寿命长、改造费用低、无谐波污染、环境适应性强、安装维护简单等显著优势，可以在钢铁、电力、石化等众多领域推广应用。

关键词：永磁调速装置；变频器；调速原理；技术特点；改造总成本一、引言近年来，离心式风机和水泵大量的应用于工业生产中，其每年消耗的电能总量占全国发电总量的20%以上。

但是在实际的生产中，水泵和风机的设计量通常要大于现场生产工况所需的量，现场常采用阀门调节方式进行流量或压力调节以满足现场生产工艺。

这样的调节方式将大量能量消耗在了阀门挡板上，造成了能量浪费。

然而利用传动装置调节转速方式调节水泵和风机的流量、压力，在降低压力的同时减小流量，则此时水泵或风机仍然在高效区间内运行，可达到既节约电能又不影响系统稳定运行的目的。

根据国家节能减排规划的要求，推进使用永磁调速装置和变频器进行风机和水泵的节能改造，逐步淘汰阀门控制方式。

本文将就永磁调速装置和变频器的调速原理、技术特点和改造费用等方面进行综合的比较和分析。

二、调速装置简介2.1 永磁调速装置简介永磁调速装置是一款纯机械结构的传动装置，它主要由永磁调速装置本体和电动执行机构组成。

永磁调速装置本体为盘式结构，由连接在电机侧的导体盘和连接在负载侧的永磁体盘组成，导体盘和永磁体盘通过空气连接，无刚性连接。

电机侧导体盘转动通过磁力作用带动永磁体盘侧的负载转动，系统通过电动执行机构调节导体盘和永磁体盘直接的间隙，从而实现对负载转速的调节。

永磁传动技术实现了能量的空中传递，从而颠覆了传统的传动理念，实现了传动技术的绿色节能，该技术集高科技、节能、环保、低碳排放于一身，被誉为传动史上的一次革命，是世界领先和独家占有的革命性技术。

永磁调速装置结构示意图如图1所示：永磁调速装置结构示意图2.2 变频器简介变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。

永磁同步电机是利用永磁体建立励磁磁场的同步电机，其定子产生旋转磁场，转子用永磁材料制成。同步电 机实现能量转换需要一个直流磁场，产Leabharlann 这个磁场的直流电流称为电机的励磁电流。
永磁无刷电机包括永磁无刷直流电机和永磁无刷交流电机两种类型，作为电动机运行时均需变频供电。前者 只需要方波型逆变器供电，后者需要正弦波型逆变器供电。
矢量控制技术诞生于上世纪 70年代初，永磁同步电机的矢量控制系统是参照直流电机的控制策略，利用坐 标变换将采集到的电机三相定子电流、磁链等矢量按照转子磁链这一旋转矢量的方向分解成两个分量，一个沿着 转子磁链方向，称为直轴励磁电流；另一个正交于转子磁链方向，称为交轴转矩电流。根据不同的控制目标调节 励磁电流和转矩电流，进而实现对速度和转矩的精确控制，使控制系统获得良好的稳态和动态响应特性。
图3永磁同步电机概念图
永磁同步电机由两个关键部件组成，即一个多极化永磁转子和带有适当设计绕组的定子。
数学模型
两相旋转坐标系下，定子电压方程为: 式(1) 图4永磁同步电机稳态运行相量图根据式(1)得两相旋转坐标系下的永磁同步电机稳态运行相量图，如图1所 示。
分类
按励磁电流的 供给方式分类
按供电频率分 类
永磁同步电机
发电机、电动机种类
01 结构
03 数学模型
目录
02 工作原理 04 分类
05 控制方式
07 研究热点
目录
06 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。

课程设计三相异步电动机(15KW电机）变频调速开环V/F控制系统参数的设置与应用（616G5）学校:XXXX大学院系:机电工程学院专业:电气工程及其自动化指导老师:XXX姓名:XXX学号:0805107XX设计要求学生应熟悉各种电气设备，电动机，变频器，传感器，PID调节器等。

要求完成资料收集工作、提出设计方案并完成全部设计工作。

在设计工作中，对所提供的各部分图纸应符合制图标准，并要求所有电气工程符号应采用国家统一标准。

目录一交流调速系统概述二变频调速系统概述三电机选择及参数四安川变频器（616g5）特点与优势五三相异步电动机（5.5KW）变频调速开环V/F控制系统（616g5）参数设定六结束语参考文献一交流调速系统概述1.1 交流调速系统的特点对于可调速的电力拖动系统，工程上往往把它分为直流调速系统和交流调速系统两类。

这主要是根据采用什么电流制型式的电动机来进行电能与机械能的转换而划分的，所谓交流调速系统，就是以交流电动机作为电能—机械能的转换装置，并对其进行控制以产生所需要的转速。

纵观电力拖动的发展过程，交、直流两大调速系统一直并存于各个工业领域，虽然由于各个时期科学技术的发展使得它们所处的地位有所不同，但它们始终是随着工业技术的发展，特别是随着电力电子元器件的发展而在相互竞争。

在过去很长一段时期，由于直流电动机的优良调速性能，在可逆、可调速与高精度、宽调速范围的电力拖动技术领域中，几乎都是采用直流调速系统。

然而由于直流电动机其有机械式换向器这一致命的弱点，致使直流电动机制造成本高、价格昂贵、维护麻烦、使用环境受到限制，其自身结构也约束了单台电机的转速，功率上限，从而给直流传动的应用带来了一系列的限制。

相对于直流电动机来说，交流电动机特别是鼠笼式异步电动机具有结构简单，制造成本低，坚固耐用，运行可靠，维护方便，惯性小，动态响应好，以及易于向高压、高速和大功率方向发展等优点。

因此，近几十年以来，不少国家都在致力于交流调速系统的研究，用没有换向器的交流电动机实现调速来取代直流电动机，突破它的限制。

２ ２ 同步电 动机 ．
磁材料 ， 起初由于技术等各方面的因素 ， 开发的第一 代、 二代 永 磁产 品 由于其 磁 性 能较 差 ， 能 积 第 磁 （ Ｈ ｍ ｘ相当低 ， Ｂ ）ａ 因此用于电动机产品 的开发仅局
限于微型电动机或控制电动机领域 ， 而对于中小型、 甚至大型永磁 电动机 的开发只是 个梦想 ； 但随着近 几年第三代 Ｎ Ｆ Ｂ磁性材料的开发 ， ｄｅ 加上加工技术
维普资讯
纺织机械
２０ ０７年第 １ 期
・ 纺织 电气 ・ ２ ７
Ｆ Ｐ系列 节 能 型 ２ Ｔ
纺 织永 磁 变 频 调 速 三相 同 步 电动 机
王 明兴
（ 无锡 市亨达 电机有 限公 司 ２ ４ ３ ） １ １ １
摘 要 论述了ＦＴ ２ Ｐ系列节能型纺织永磁变频三相同步电动机的特点， 并通过与异步电动机的
特点 ：
步后铝转子 中无 电流存在） 再采用优质硅钢片来 降
转子转速与定子电流频率 ｆ 间维持着严格的关 系 ｎ ０／ （ ｍ ｎ ； ＝６ｆｐｒ ｉ） ／ ｔ
低其铁耗、 特制的小铝风扇降低其风摩耗 ， 效率可提 高到 ９ ． ％。一天可节约（７０９ ８ ７０９ ２ × ４２ １／．０ —１／．４ ） ２ ＝１ ４ ６ ２度 电， 电动 机运 行 ５年 ， 如 每年工作 ３０ ０
１ 夏继强 等 ． 现场 总线工业 控制 网络技术 ［ ． Ｍ］北京 ： 北京
航空航天 大学出版社 ，０ ５ ２０ ． ２ 唐济杨 ． 现场 总线 （ Ｒ Ｆ Ｂ ） Ｐ Ｏ Ｉ ＵＳ 技术应用指南 ３ Ｉ ＴＩ ７ ０ ＳＭＡ Ｃ ｓ —３ ０可编程控 制系统 手册 ． 门子 （ 国） 西 中 有 限公 司 ，ｏ５ ２０ ．

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊安徽工业大学毕业设计(论文)任务书课题名称基于S7-200PLC的变频调速电梯控制系统设计学院电气与信息工程学院专业班级自动化101班姓名学号毕业设计(论文)的主要内容及要求：根据电梯的设计要求和性能指标，确定PLC的控制任务，完成PLC的硬件设计、I/O地址分配、变频器的参数设置，绘制出PLC、曳引系统、显示系统、旋转编码器、门机电机等模块之间的硬件连接、系统框图。

在此基础上，分模块画出程序流程图，设计PLC的梯形图。

要求具备以下能力：（1）熟练使用STEP7编程软件（2）查阅相关文献了解电梯变频控制系统的组成及原理（3）基于 S7-200 PLC 和 FR-A540 通用变频器的实现六层电梯的控制，并运用与之相配的STEP7编程软件，通过STL和LAD两种编程语言编制控制程序。

指导教师签字：┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊摘要电梯是高层建筑不可缺少的垂直方向的交通运输工具。

由于传统的电梯运行逻辑控制系统采用的是继电器逻辑控制线路。

采用这种控制线路，存在易出故障、维护不便、运行寿命较短、占用空间大等缺点。

从技术发展来看，这种系统将逐渐被淘汰。

随着电梯拖动技术、控制技术的快速发展，电梯已从直流电动机拖动到交流单速、交流双速电动机驱动，到交流调压调速控制，发展到交流调压调频技术控制，其逻辑控制也由PLC代替原来的继电器控制，使得电梯运行的可靠性、安全性、舒适感、平层精度、运行速度、节能降耗、降低噪音等方面得到了极大的发展。

新制造的电梯都采用了对电动机实现线性调速的调压调频技术，由于vwF电梯采用微机控制，有完善的自检测、自诊断、自保护功能，因而十分安全可靠。

在研究电梯基本结构的基础上，阐述了电梯的拖动原理和控制原理，重点分析了电梯改造中如何用变频器和PLc来完善电梯控制系统，研究并提出了基于PLc和变频器的电梯控制系统的实现方案，利用FR-A540型变频器可编制速度曲线的特点为电梯舒适度的提高，提供了技术支持。

基于Matlab/Simulink的永磁同步电机（PMSM）矢量控制仿真高延荣，舒志兵，耿宏涛摘要在现代交流伺服系统中，矢量控制原理以及空间电压矢量脉宽调制（SVPWM）技术使得交流电机能够获得和直流电机相媲美的性能。

永磁同步电机（PMSM）是一个复杂耦合的非线性系统。

本文在Matlab/Simulink环境下，通过对PMSM本体、d/q坐标系向a/b/c坐标系转换等模块的建立与组合，构建了永磁同步电机控制系统仿真模型。

仿真结果证明了该系统模型的有效性。

关键词：Matlab/Simulink，永磁同步电机，电压空间矢量脉宽调制，仿真0、引言永磁同步电机（PMSM）是采用高能永磁体为转子，具有低惯性、快响应、高功率密度、低损耗、高效率等优点，成为了高精度、微进给伺服系统的最佳执行机构之一。

永磁同步电机构成的永磁交流伺服系统已经向数字化方向发展。

因此如何建立有效的仿真模型具有十分重要的意义。

对于在Matlab中进行永磁同步电机（PMSM）建模仿真方法的研究已经受到广泛关注。

本文介绍了电压空间矢量脉宽调制原理并给出了坐标变换模块、SVPWM模块以及整个PMSM闭环矢量控制仿真模型，给出了仿真模型结构图和仿真结果。

1、电压空间矢量脉宽调制原理1.1电压空间矢量电机输入三相正弦电压的最终目的是在空间产生圆形旋转磁场，从而产生恒定的电磁转矩。

直接针对这个目标，把逆变器和异步电机视为一体，按照跟踪圆形旋转磁场来控制PWM电压，这样的控制方法称为“磁链跟踪控制”，磁链的轨迹是靠电压空间矢量相加得到的，所以又称“电压空间矢量PWM控制”。

空间矢量是按电压所加绕组的空间位置来定义的。

在图1中，A、B、C分别表示在空间静止不动的电机定子三相绕组的轴线，它们在空间互差120°，三相定子相电压UA、UB、UC 分别加在三相绕组上，可以定义三个电压空间矢量UA、UB、UC，它们的方向始终在各相的轴线上，而大小则随时间按正弦规律变化，时间相位互差120°。